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一、焊接的定义
焊接是指通过加热或加压,或两者并用,并且用或不用填充材料,使焊件达到对结合的一种方法。被结合的两个物体可以是各种同类或不同类的金属、非金属(石墨、陶瓷、塑料等),也可以是一种金属与一种非金属,但是目前工业中应用最广泛的还是金属之间的结合。
二、焊接方法的分类
焊接方法的分类及其特点:
目前,在工业生产中应用的焊接方法已达百余种。根据它们的焊接过程中的特点可将其分为熔焊、压焊和钎焊三大类,每大类又可按不同方法细分为若干小类。
1、熔焊:将待焊处和母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。按所使用热源的不同,熔焊可分为以下一些基本方法:电弧焊、气焊、铝热焊、电渣焊、电子束焊和激光焊。
在熔焊时,为了避免焊接区的高温金属与空气相互作用而使其性能恶化,在焊接区要实施保护。保护的方法通常有造渣、通以保护气和抽真空三种。因此,保护形式常常是区分熔焊方法的加一种特征。
2、压焊:焊接过程中必须对焊件施加压力(加热或不加热),以完成时焊接的方法称为压焊。
根据施加焊接能量的不同,压焊基本方法可分为:电阻焊(包括点焊、缝焊、凸焊、对焊)、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊和锻焊等。
3、钎焊:采用比母材熔点低的金属材料作为钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点,低于母材熔化温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊。
在现代汽车生产过程中主要涉及到的焊接方法包括:手工电弧焊、二氧化碳气体保护电弧焊、电阻点焊和凸焊及气焊。
三、焊接时常用辅料
焊接用辅料选用原则见表1。
表1焊接用辅料选用原则
焊接方法
辅料名称
牌号及纯度
点焊
上下电极头
铬锆铜等
凸焊
电极头
焊接方法
辅料名称
牌号及纯度
焊接模具和夹具
/
CO保护焊
2
焊丝
H08MSiA(又称ER49-1)等
n2
CO气体
2
%,水分含量低于1〜2g/m3
2
表2(续)焊接用辅料选用原则
焊接方法
辅料名称
牌号及纯度
钨极氩弧焊
钨极
铈钨极等
填充焊丝
HS221等
氩气
%
钎焊
铜焊丝
HS221等
焊剂
CB-1气焊剂、CJ301等
乙炔、氧气
/
气焊
气焊丝
H08A等
乙炔、氧气
/
四、焊接操作安全守则
焊工进行焊接操作时应遵守以下焊接守则
1、焊机及控制箱外壳必须可靠接地,并严禁随意碰触机箱内的高压线;
2、点焊机使用前必须通水,出水管应流畅,以免烧坏变压器和引燃管;
3、操作时应戴防护用具;
4、 CO气瓶不得在太阳下暴晒或火烤,以免气瓶爆炸;
2
5、 焊接工作地附近不应有汽油、木屑、油脂等其它易燃物品;
6、 氧、乙炔瓶应离开热源并严禁日晒,检查漏气时可用肥皂水,严禁用明火;
7、 凡与乙炔接触的用具、设备禁止用纯铜制造,只许用含铜量<70%的铜合金制造;
8、 当液态CO瓶内气体压力低于1MPa时应停止使用;
2
9、 当氧气瓶压表读数低于(〜)MPa;乙炔瓶低压表读数低于(〜)MPa时,应停止使用。
第一章手工电弧焊
电弧焊是应用最为广泛、也是最重要的现代焊接方法之一。手工电弧焊是最常用的焊接方法,它使用的设备简单、操作方便灵活,适用在各种条件下的焊接,特别适用于形状复杂焊接结构的焊接。因此,虽然手工电弧焊劳动强度大、生产率低,但仍然在国内外焊接生产中占据着重要位置。
一、手工电弧焊的基本原理手工电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。它利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧,使焊条和焊件熔化,从而获得牢固的焊接接头。焊接过程中,药皮不断地分解、熔化而生产气体及熔渣,保护焊条端部、电弧、熔池及其附近区域,防止大气对熔化金属的有害污染。焊条芯也在电强制性热作用下不断熔化,进入熔池,成为焊缝的填充金属。
二、手工电弧焊的特
手工电弧焊与其他的熔焊相比有以下的特点:
1、操作灵活手工电弧焊这所以成为应用最广泛的焊接方法,主要是因为它有灵活性。由于手工电弧焊的设备简单、移动方便、电缆长、焊把轻,因而广泛应用于平焊、立焊、横焊、仰焊待各种空间位置和对接、搭接、角接、T型接头等各种接头形式的焊接。无论是在车间内,还是在野外施工现场均可采用。可以说凡是焊条能达到的任何位置的接头,均可以采用手工电弧焊方法连接。
2、 待焊接头装配要求低由于焊接过程由焊工手工控制,可以适时调整电弧位置和运条姿势,修正焊接参数,
以保证跟踪接缝和均匀熔透。
3、 可焊金属材料广手工电弧焊广泛应用于低碳钢、低合金结构钢的焊接。选配相应的焊条,手工电弧焊
也常用于不锈钢、耐热钢、低碳钢等合金结构钢的焊接,还可手于铸铁、铜合金等材料的焊接,以及耐磨损、耐腐蚀等特殊使用要求的构件进行表面堆焊。
4、 焊接生产率低手工电弧焊与其他电弧焊相比,由于其使用的焊接电流小,每焊完一根焊条后要更换
焊条,以及因清渣而停止焊接等,故这种焊接方法的熔敷速度慢,焊接生产率低、劳动强度大。
5、焊缝质量依赖性强
虽然焊接的力学性能可以通过选择与母材力学性能相当的焊条来保证,但焊缝质量在很大程度上依赖于焊工的操作技能及现场发挥,甚至焊工的精神状态也会影响焊缝质量。
手工电弧焊的工艺
一、焊接的接头形式、坡口和焊缝
1、接头形式
用焊接方法连接的接头称为焊接接头(简称接头)。焊接接头由焊缝,焊合区、热影响区及其邻边的母材组成,基本方式有:接接头、十字接头、角接接头、斜对接接头、锁
底接头、搭接接头、端接接头、卷边接头、T型接头具体如下图所示:
1、对接接头
2、T型接头3、十字接头
4、搭接接头
5、角接接头
6、端接接头
7、斜对接接头8、卷边接头
9、锁底接头
选择接头形式时,主要根据产品的结构,并综合考虑受力条件、加工成本等因素。例如,对接接头具有受力均匀、节省金属等特点,故应用最多。但是,对接接头对下料尺寸和组装的要求比较严格。T型接头焊缝大多数情况下只承受较小的切应力或仅作为联系焊缝。搭接接头对装配要求不高,也易于装配,但接头承载能力低,一般用在不重要的结构中。
2、坡口
坡口是根据设计或工艺需要,在焊件的待焊部位加工成一定几何形状并经装配后克成的沟槽。用机械、火焰或电弧等加工坡口的过程称为开坡口。开坡口的目的是为保证电弧能深入到焊缝根部使其焊透,并获得良好的焊缝成型以便于清渣。对于合金来说,开坡口还能起到调节母材金属和填充金属比例的作用。坡口的形式取决于焊接接头形式、焊件厚度以及对接头质量的要求。对接接头是焊接结构中最常见的接头方式,根据板厚的不同,对接接头常用的坡口形式有I形、Y形、X形、带钝边U形等。
根据焊件厚度、结构形式及承载情况不同,角接接头和T形接头可分为I形、带钝边
V形坡口和K形坡口等。
常见坡口简图:
1、I形坡口
2、Y形坡口
3、带钝边V形坡口
4、双Y形坡
口
5、带钝边单边V形坡口
tail
3、焊缝
1)焊缝分类:焊缝是反指焊件经焊接后所形成的结合部分。按不同分类方法焊缝可以分为以下几种形式:
按空间位置可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝及仰焊缝四种形式;按结合方式可分为对
接焊缝、角焊缝及塞焊缝三种形式;按焊缝断续情况可分为连续焊缝和断续焊缝两种形式
二、焊接的工艺参数及选择
手工电弧焊的焊接工艺参数通常包括:焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选技的正确与否。直接影响焊缝形状、尺寸焊接质量和生产率,因此选择合适的焊接工艺参数是焊接生产中的一个重要问题。
1、焊条直径
焊条直径是指焊芯直径。它是保证焊接质量和效率的重要因素。焊条直径一般根据焊件厚度不同选择;同时还要考虑接头形式、施焊位置和焊接层数。在一般情况下,焊条直径与焊件厚度之间关系的参考数见下表:
表1:焊条直径与工件厚度之间的关系
焊件厚度/mm
2
3
4-5
6-12
13
焊条直径/mm
2

-4
4-5
4-6
在板厚相同的条件下,平焊位置的焊接所选用的焊条直径应比其他位置大一些,立焊、仰焊和横焊应选择较细的焊条,。同时第一层焊缝应选用小直径焊条焊接,以后各层可以根据焊件厚度选用较大直径的焊条。T形接头、搭接接头都应选用较大直径的焊条进行焊接。
2、焊接电源的种类和极性的选择用交流电源焊接时,电弧稳定性差。采用直流电源焊接时,电弧稳定、飞溅少,但电弧磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧性差,通常必须采用直流弧焊电源。用小交流焊接薄板时,也常用直流弧焊电源,因为引弧比较容易、电弧也比较稳定。
低氢型焊条采用直流弧焊电源焊接时,一般要用反接,因为反接的电弧比正接稳定。焊接薄板时,焊接电流小,电弧不稳,因此焊接薄板时,不论用碱性焊条还是用酸性焊条都选用直流反接。
3、焊接电流的选择
选择焊接电流时应根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置和层数等因素综合考虑。如果电流过小会使电弧不稳,造成未焊透、夹渣以及焊缝成形不良等缺陷。反之,焊接电流过大易出现咬边、焊穿、增加焊件变形和金属飞溅,也会使焊接接头的组织由于过热而发生变化。所以焊接时要选择合理的焊接电流。
对于一定直径的灶条有一个合适的焊接电流范围,可参考表2选择
表2:焊条接电流与焊条直径之间的关系
焊条直径/mm







焊接电流/A
22-40
40-65
50-80
100-130
160-210
200-270
260-300
在相同焊条直径的条件下,平焊时焊接电流可大些,其它位置焊接电流应不些。
在相同条件的情况下,碱性焊条使用的焊接电流一般可比酸性焊条小10%左右,否则焊缝中易产生气孔。
总之,在保证不焊穿和成形良好的条件下,应尽量采用较大的焊接电流,并适当提高焊接速度,以提高焊接生产率。
4、焊缝层数的选择在焊件厚度较大时,往往需要进行多层焊接。对于低碳钢和强度较低的低合金钢的多层焊时,每层焊缝厚度过大时,对焊缝金属的性能有不利影响。因此,对质量要求较高的焊缝,每层厚度最好不大于4-5mm。
焊缝的层数主要根据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定,可作如下近似运算:
n=6/d
式中:n为焊接层数;6为焊件厚度(mm);d为焊条直径(mm)
5、电弧电压和焊接速度的控制手工电弧焊的电弧电压主要是由电弧长度来决定的:电弧长度越大,电弧电压越高;
电弧长度越短,电弧电压越低。在焊接过程中,应尽量使用短弧焊接。
焊接过程中,焊接速度应该均匀适当,既要保证焊透又要保证不焊穿,同时还要使焊缝宽度和余高符合设计要求。
三、手工电弧焊的基本操作方法
1、引弧电弧焊时,引燃焊接电弧的过程叫引弧。手工电弧焊通常采用接触引弧法,它是先将焊条与工件接触形成短路,再拉开焊条引燃电弧的方法。根据操作方法的不同又分为:直接引弧法和划擦引弧法。
直接引弧法是使焊条与焊件表面垂直地接触,当焊条未端与焊件表面轻轻一碰后,便迅速提起焊条,并保持一定的距离,而将电弧引燃。
划擦引弧法与划火才柴有些类似,先将焊条末端对准焊件,然后将焊条在焊件表面划擦一下,当电弧引燃后立即将焊条未端与被焊件表面距离保持在2-4mm,电弧就能稳定燃烧。
2、运条
焊接过程中,焊条相对焊缝所做的各种动作的总称叫做运条。运条包括沿焊条轴线的送进、沿焊缝轴线方向的纵向移动和横向摆动工三个动作,如图所示。
运条的方法有很多,选用时应根据接头的形式、装配间隙、焊缝的空间位置、焊条直径与性能、焊接电流及焊工技术水平等方面而定。常用的方法及适用范围见下表:
常用运条方法及适用范围
四•焊接中常见问题
1、 咬边:由于焊接工艺参数选择不当,或操作工艺不正确而沿焊趾的母材金属部位生产的沟槽或凹陷的现象,即为咬边。
2、 咬边对焊缝的影响:咬边可使母材金属的有效截面积减小,削弱接头的强度,在咬边处还会引起应力集中,承载后会产生裂纹。
3、 烧穿焊接过程中,熔化金属自坡口背面流出,形成穿孔的缺陷称为烧穿。
4、 焊接时焊瘤的缺陷产生的原因:焊接过程中,熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材
金属上所形成的金属瘤。气焊时,焊瘤产生的原因是火焰能率太大;焊接速度过慢;焊件装配
间隙过大;焊时未丝和焊嘴角度不相等。
5、影响焊丝熔化速度的因素:
电流的影响:电流增大,熔化焊丝的电阻热和电弧热增加,焊丝熔化速度快。
焊丝直径的影响:电流一定时,焊丝直径越细电阻热越大,同时电流密度越大,从而使得焊丝熔化速度增大。
焊丝伸出长度的影响:焊丝伸出长度越长,电阻热越大,通过焊丝传导的热损失减少,所以焊丝熔化速度越快。
焊丝材料的影响:电阻率越大,焊丝熔化速度越快。
电弧电压的影响;气体介质及焊丝极性的影响
氧化碳气体保护焊
二氧化碳气体保护电弧焊(以下简称CO焊)是20世纪50年代发展起来的一种焊接技
2
术,目前已经发展成为一种重要的焊接方法。之所以如此,主要是因为CO焊比其他电弧焊
2
方法有更大的适应性、更高的效率、更好的经济性和更容易获得优质的焊接接头。
第一节CO焊的特点及应用
2
一、CO气体保护焊的实质
2
CO气体保护焊是利用CO作为保护气体的熔化极电弧焊方法。这种方法以CO气体作为
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保护介质,使电弧及熔池与周围的空气隔离,防止空气中的氧、氮、氢对熔滴和熔池金属的有害作用,从而获得良好的机械保护性能。生产中一般是利用专用的焊机,形成足够的
CO气体保护层,依靠焊丝与焊件之间的电弧热,进行自动或半自动熔化极气体保护焊焊接。
2
二、CO气体保护焊的特点
2
1、 优点
1) 焊接生产率高。由于焊接电流密度大,电弧热量利用率较高,以及焊后不需清渣,
因此提高了生产率。CO气体保护焊的生产率比手工电弧焊高2-4倍。
2
2) 焊接成本低。CO气体来源广,价格便宜,而且电能消耗少,故焊接成本低。
2
3) 焊接变形小。由于电弧加热集中,焊接件受热面积小,同时CO气体具有冷却作用,
2
所以焊接变形小,特别适用于薄板焊接。
4) 焊接质量较高。对铁锈敏感性小,焊缝含氢量小,抗裂性好。
5) 适用范围广。可实现全方位焊接,并且对于薄板、中薄板甚至厚板都能焊接。
6) 操作简便。焊后不需清渣,且是明弧便于监控。
2、 缺点
1) 飞溅率较大,并且焊缝表面成形较差。金属飞溅是CO焊中较为突出的问题,这是
2
主要缺点。
2) 很难用交流电源进行焊接,焊接设备比较复杂。
3) 抗风能力差,给室外作业带一定困难。