1.焊接的原理 焊接是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充材料，使相鄰工件結(jié)合到一起的一種方法。 焊接的用途非常廣泛，鋼、鑄鋼和一定條件下的鑄鐵等材料都可以焊接，銅合金、鋁合金和鎂合金，鎳、鋅、鉛以及熱塑性塑料也可以焊接。有很多機械設(shè)備用焊接代替了鉚接，也有很多焊接的機械零件代替了鍛造和鑄造的零件。此外焊接還用來修補缺陷、裂縫和斷口，用堆焊來加強磨損的部位。最后，還用與焊接技術(shù)密切聯(lián)系的火焰切割來切斷或拆除某些結(jié)構(gòu)。 在機械制造中，如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計上能夠采用焊接結(jié)構(gòu)時，一般在相同的強度和剛度條件下，焊接的零件要比鑄造的零件輕，也比鉚接的零件輕，但焊接的質(zhì)量比較難以控制，焊后產(chǎn)生的變形和殘余應(yīng)力也需要制定專門的措施加以控制。 焊接結(jié)構(gòu)適用于單件、少批量、要求結(jié)構(gòu)重量輕及交貨期短的情況。有些情況下，焊接的機械零件要比鑄件重量輕一半以上。尤其是在單件生產(chǎn)時，焊接代替鑄造可以大大節(jié)省零件開模費用和縮短交貨周期。但是在大批量生產(chǎn)時，則往往還是鑄件成本比較低。 根據(jù)焊接過程中加熱程度和工藝特點的不同，焊接方法可以分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類。本章就熔化焊常見的幾種焊接工藝進行展開介紹。 2.熔化焊的分類 熔化焊將工件焊接處局部加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池（通常還加入填充金屬），冷卻結(jié)晶后形成焊縫，被焊工件結(jié)合為不可分離的整體。常見的熔化焊方法有氣焊、電弧焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊等。 2.1.電弧焊 電弧焊是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的焊接方法，它的原理是利用電弧放電（俗稱電弧燃燒）所產(chǎn)生的熱量將焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程。電弧焊焊接低碳鋼或低合金鋼時，電弧中心部分的溫度可達(dá)6000～8000℃，兩電極的溫度可達(dá)到2400～2600℃。 根據(jù)不同的焊接方式和材料，電弧焊可以分為多種類型。 1）手工電弧焊 手工弧焊又稱涂藥焊條電弧焊，是各種電弧焊方法中發(fā)展最早、目前仍然應(yīng)用最廣的一種焊接方法。它是以外部涂有涂料的焊條作電極和填充金屬，電弧是在焊條的端部和被焊工件表面之間燃燒。涂料在電弧熱作用下一方面可以產(chǎn)生氣體以保護電弧，另一方面可以產(chǎn)生熔渣覆蓋在熔池表面，防止熔化金屬與周圍氣體的相互作用。 特點： a.手工電弧焊具有靈活、機動，適用性廣泛，可進行全位置焊接； b.所用設(shè)備簡單、耐用性好、維護費用低等優(yōu)點; c.工人勞動強度大，焊接質(zhì)量取決于操作者技術(shù)水平，質(zhì)量不夠穩(wěn)定。 適用范圍： 在單件、小批、零星、修配中廣泛應(yīng)用，適于焊接3mm以上的碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和銅、鋁等非鐵合金。 2）埋弧焊 埋弧焊也是利用電弧作為熱源的焊接方法。埋弧焊時電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧光不外露。埋弧有自動埋弧焊和半自動埋弧焊兩種方式。前者的焊絲送進和電弧移動都由專門的機頭自動完成，后者的焊絲送進由機械完成，電弧移動則由人工進行。 特點： a.焊縫質(zhì)量高，熔渣隔絕空氣保護效果好; b.電弧區(qū)主要成分為CO2，焊縫金屬中含氮量、含氧量大大降低，焊接參數(shù)自動調(diào)節(jié)，電弧行走機械化，熔池存在時間長，冶金反應(yīng)充分 ，抗風(fēng)能力強，所以焊縫成分穩(wěn)定，力學(xué)性能好； c.勞動條件好 熔渣隔離弧光有利于焊接操作；機械化行走，勞動強度較低; d.設(shè)備調(diào)節(jié)性能好，由于電場強度較高，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度較高，使焊接過程的穩(wěn)定性提高； e.生產(chǎn)效率高由于焊絲導(dǎo)電長度縮短，電流和電流密度顯著提高，使電弧的熔透能力和焊絲的熔敷速率大大提高；又由于焊劑和熔渣的隔熱作用，總的熱效率大大增加，使焊接速度大大提高。 適用范圍： 由于埋弧焊熔深大、生產(chǎn)率高、機械操作的程度高，因而適于焊接中厚板結(jié)構(gòu)的長焊縫。在造船、鍋爐與壓力容器、橋梁、超重機械、核電站結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)、武器等制造部門有著廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)今焊接生產(chǎn)中最普遍使用的焊接方法之一。埋弧焊除了用于金屬結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的連接外，還可在基體金屬表面堆焊耐磨或耐腐蝕的合金層。隨著焊接冶金技術(shù)與焊接材料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，埋弧焊能焊的材料已從碳素結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展到低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼等以及某些有色金屬，如鎳基合金、鈦合金、銅合金等。 由于埋弧焊具有以上的特點，其應(yīng)用也有一定的局限性，主要為： a.焊接位置的限制，由于焊劑保持的原因，如不采用特殊措施，埋弧焊主要用于水平俯位置焊縫焊接，而不能用于橫、立、仰焊； b.焊接材料的局限，不能焊接鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金，主要用于焊接黑色金屬； c.只適合于長焊縫焊接，且不能焊接空間位置有限的焊縫； d.不能直接觀察電??； e.不適用于薄板、小電流焊。 2.2.氣焊 利用可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w混合燃燒生成的火焰為熱源，熔化焊件和焊接材料使之達(dá)到原子間結(jié)合的一種焊接方法。助燃?xì)怏w主要為氧氣，可燃?xì)怏w主要采用乙炔、液化石油氣等。 特點： a.設(shè)備簡單,操作靈活方便,不需要電源 ; b.氣焊火焰溫度比 較低,熔池容易控制,易實現(xiàn)單面焊雙面成形,并可以焊接很薄的焊件; c.在焊接鑄鐵、鋁及鋁合金、銅及銅合金時焊縫質(zhì)量好; d.氣焊熱量分散,接頭變形大,不易自動化,生產(chǎn)率低,焊縫組織粗大,性能較差。 適用范圍: 常用于低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼薄板的對接、端接,在熔點較低的銅、鋁及其合金的焊接中仍有應(yīng)用,焊接需要預(yù)熱和緩冷的工具鋼、鑄鐵也比較適合。 2.3.氣體保護焊 利用惰性氣體或活性氣體來保護焊接區(qū)域，防止焊接區(qū)的氧化和其他雜質(zhì)進入焊接區(qū)域，從而保護焊接質(zhì)量的一種電弧焊接工藝。 常見的氣體保護焊有CO2氣體保護焊和氬弧焊。 1）CO2氣體保護焊 采用CO2氣體作為保護氣體的焊接方法稱為CO2氣體保護焊。 特點： a.電流密度大，生產(chǎn)效率較高； b.焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形； c.焊縫氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，接頭抗裂性好； d.焊接成本較低. 適用范圍： 適用于焊接低碳鋼、低合金鋼、低合金高強鋼，但是不適合于焊接有色金屬、不銹鋼。 2）氬弧焊 采用惰性氣體氬氣作為保護氣體的焊接方法稱為氬弧焊。 氬弧焊按照電極的不同分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊兩種。 特點： a.焊件不易氧化； b.便于操作，容易實現(xiàn)全位置自動化； c.焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形； d.焊縫致密，成形美觀； e.焊接成本高。 適用范圍： 主要用于焊接易氧化的有色金屬和鋁合金，如鋁、鎂、鈦及其合金、耐熱鋼、不銹鋼等。為防止保護氣流破壞，氬弧焊只能在室內(nèi)進行。 2.4.電子束焊 電子束焊是指利用加速和聚焦電子束轟擊置于真空中焊件所產(chǎn)生的熱能進行焊接的方法。 特點： a.焊縫金屬純度高； b.焊縫表面質(zhì)量好，內(nèi)部熔合性好； c.焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形； d.控制靈活，精度高，適應(yīng)性強。 適用范圍： 用于焊接從微型電子線路組件、真空膜盒、鉬箔蜂窩結(jié)構(gòu)、原子能燃料原件到大型的導(dǎo)彈外殼，以及異種金屬，復(fù)合結(jié)構(gòu)件的焊接等，由于設(shè)備復(fù)雜，造價高，使用維護技術(shù)要求高，焊件尺寸受限制等，其應(yīng)用范圍受一定限制。 2.5.等離子焊 等離子弧焊是指借助水冷噴嘴對電弧的拘束作用，獲得較高能量密度的等離子弧進行焊接的方法。 特點： a.焊件不易氧化； b.便于操作，容易實現(xiàn)全位置自動化； c.焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形； d.焊縫致密，成形美觀； e.電弧挺直度和方向性好，可焊接薄壁結(jié)構(gòu)； f.弧柱溫度高，焊接速度快，生產(chǎn)率高。 適用范圍： 廣泛應(yīng)用于銅合金、合金鋼、鎢、鉬、鈷、鈦等金屬如鈦合金的導(dǎo)彈殼體、波紋管及膜盒，微型電容器、電容器的外殼封接以及飛機和航天裝置上的一些薄壁容器的焊接。 2.6.電渣焊 電渣焊是指利用電流通過液體熔渣所產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法 特點： a.厚大截面可一次焊成，生產(chǎn)效率高； b.金屬焊縫比較純凈； c.接頭組織粗大，焊后需要進行正火處理； 適用范圍： 應(yīng)用于碳鋼、合金鋼，大型和重型結(jié)構(gòu)如水輪機、水壓機、軋鋼機等全焊或組合結(jié)構(gòu)的制造，常用于35～400mm壁厚結(jié)構(gòu)。 2.7.激光焊 激光焊是指利用激光器受激產(chǎn)生的激光束，通過聚焦系統(tǒng)聚焦到十分微小的焦點，當(dāng)焦點到焊件接頭處時，光能轉(zhuǎn)換為熱能，從而使金屬熔化形成接頭的焊接工藝。 特點： a.焊接熱影響區(qū)極小，焊件不易變形； b.焊件不易被氧化，可在空氣中焊接； c.焊焊接設(shè)備與焊件間無接觸，可焊接難于接近的接頭； 適用范圍： 特別適用于焊接微型精密、排列非常密集，對受熱敏感的焊件、除焊接一段薄壁搭接外，還可焊接細(xì)的金屬線材以及導(dǎo)線和金屬薄板的搭接，如集成電路內(nèi)外引線，儀表游絲等的焊接。 3.焊接生產(chǎn)的特點 (1)節(jié)省金屬材料，結(jié)構(gòu)重量輕。 (2)以小拼大、化大為小，制造重型、復(fù)雜的機器零部件，簡化鑄造、鍛造及切削加工工藝，獲得最佳技術(shù)經(jīng)濟效果。 (3)焊接接頭具有良好的力學(xué)性能和密封性。 (4)能夠制造雙金屬結(jié)構(gòu)，使材料的性能得到充分利用。 應(yīng)用：焊接技術(shù)在機器制造、造船工業(yè)、建筑工程、電力設(shè)備生產(chǎn)、航空及航天工業(yè)等應(yīng)用十分廣泛。 不足：焊接技術(shù)也還存在一些不足之處，如焊接結(jié)構(gòu)不可拆卸，給維修帶來不便；焊接結(jié)構(gòu)中會存在焊接應(yīng)力和變形；焊接接頭的組織性能往往不均勻，并會產(chǎn)生焊接缺陷等。