埋弧、气体保护、电阻、钎焊技术简介

1.埋弧自动焊

（1）焊接过程

埋弧焊是利用在焊剂层下燃烧的电弧的热量熔化焊丝、焊剂和母材而形成焊缝的一种电弧焊方法。它的操作方式可分为自动和半自动两种，生产中普遍应用的是埋弧自动焊，其全部焊接操作（引燃电弧、焊丝送进、电弧移动、焊缝收尾等）均由机械控制。

图4-24　埋弧焊焊缝形成过程

1—电弧；2—焊丝；3—焊剂；4—熔渣；5—渣壳；6—焊缝；7—熔池；8—焊件

埋弧焊焊缝形成过程如图4-24所示。焊丝末端与焊件之间产生电弧以后，电弧的热量使焊丝、焊件和焊剂熔化，有一部分甚至蒸发。金属与焊剂的蒸发气体形成一个包围电弧和熔池金属的封闭空间，使电弧和熔池与外界空气隔绝。随着电弧向前移动，电弧不断熔化前方的焊件、焊丝和焊剂，而熔池的后部边缘开始冷却凝固形成焊缝。密度较小的熔渣浮在熔池表面，冷却后形成渣壳。

（2）埋弧自动焊的特点与应用

与焊条电弧焊比较，埋弧焊有以下优点。

1）由于焊丝伸出导电嘴的长度短，焊丝导电部分的导电时间短，故可以采用较大的焊接电流，所以熔深大，对较厚的焊件可以不开坡口或坡口开得小些，既提高了生产率，又节省了焊接材料和加工工时。

2）对熔池保护可靠，焊接质量好且稳定。

3）由于实现了焊接过程机械控制，故对焊工操作技术水平要求不高，同时降低了劳动强度。

4）电弧在焊剂层下燃烧，避免了弧光对人体的伤害，改善了劳动条件。

埋弧自动焊的缺点是：适应性差，只宜在水平位置焊接；焊接设备较复杂，维修保养工作量较大。

埋弧自动焊适用于中厚板焊件的批量生产，焊接水平位置的长直焊缝和较大直径的环焊缝。

2.气体保护焊

气体保护电弧焊是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法，简称气体保护焊。常用的气体保护焊有氩弧焊和二氧化碳气体保护焊等。

（1）氩弧焊

用氩气作为保护气体的气体保护焊称为氩弧焊。按所采用的电极不同，氩弧焊（见图4-25）可分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊两类。钨极氩弧焊按操作方式不同分为手工焊、半自动焊和自动焊三种。

图4-25　氩弧焊示意图

氩弧焊的优点是：由于氩气是惰性气体，它既不与金属发生化学反应，又不溶解于金属，因而是一种理想的保护气体，能获得高质量的焊缝；氩气的导热系数小，且是单原子气体，高温时不分解吸热，电弧热量损失小，所以电弧一旦引燃就很稳定；明弧焊接，便于观察熔池，进行控制；可以进行各种空间位置的焊接，易于实现机械化和自动化。

氩弧焊的缺点是：不能通过冶金反应消除进入焊接区的氢和氧等元素的有害作用，其抗气孔能力较差，故焊前必须对焊丝和焊件坡口及坡口两侧20 mm范围的油、锈等进行严格清理；氩气价格贵，焊接成本高；氩弧焊设备较为复杂，维修不便。

氩弧焊几乎可以焊接所有的金属材料，目前主要用于焊接易氧化的非铁合金（如铜、铝、镁、钛及其合金）、难熔活性金属（钼、锆、铌等）、高强度合金钢以及一些特殊性能合金钢（如不锈钢、耐热钢等）。

（2）二氧化碳气体保护焊

二氧化碳气体保护焊是利用CO2作为保护介质的气体保护焊，简称CO2焊。它利用焊丝作电极并兼作填充金属，其焊接过程和熔化极氩弧焊类似。

CO2焊的操作方式分半自动和自动两种，生产中应用较广泛的是半自动CO2焊。

CO2焊的优点是：由于采用廉价的CO2气体，生产成本低；电流密度大，生产率高；焊接薄板时，比气焊速度快，变形小；操作灵活，适用于进行各种位置的焊接。其主要缺点是飞溅大，焊缝成型较差。此外，焊接设备比手弧焊机复杂。

由于CO2气体是一种氧化性气体，焊接过程中会使焊件合金元素氧化烧损，故它不适用于焊接非铁合金和高合金钢。CO2焊主要适用于低碳钢和低合金结构钢的焊接。

3.电阻焊

电阻焊又称为接触焊，是利用电流通过焊件接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，将焊件连接处局部加热到熔化或塑性状态，并在压力作用下实现连接的一种压焊方法。电阻焊的主要方法有点焊、缝焊、凸焊和对焊等，如图4-26所示。

图4-26　电阻焊的主要方法

（a）点焊；（b）缝焊；（c）凸焊；（d）对焊

电阻焊的生产率高，不需要填充金属，焊接变形小，操作简单，易于实现机械化和自动化。采用电阻焊时，加在工件上的电压很低（几伏至十几伏），但焊接电流很大（几千安至几万安），故要求电源功率大。(www.xing528.com)

（1）点焊

点焊焊件只在有限的接触面（即所谓“焊点”）上实现连接，并形成扁球形的熔核。点焊主要适用于不要求密封的薄板搭接结构和金属网、交叉钢筋等构件的焊接。

（2）缝焊

缝焊的焊接过程与点焊类似。它采用一对圆盘状电极代替点焊时所用的圆柱形电极，圆盘状电极压紧焊件并转动，依靠电极和焊件之间的摩擦力带动焊件向前移动，配合断续通电（或连续通电），形成一连串相互重叠的焊点，称为缝焊焊缝。缝焊适用于厚度3 mm以下、要求密封的薄板搭接结构的焊接，如汽车油箱等。

（3）凸焊

凸焊是点焊的一种变型。在一个焊件上预先压出一个或多个凸点，使其与另一个焊件的表面相接触并通电加热到所需温度，然后压塌，使这些接触点形成焊点。由于是凸点接触，电流密集于凸点，故可以用较小的电流进行焊接，并能形成尺寸较小的焊点。凸焊适用于厚度0.5～3.2 mm的低碳钢、低合金结构钢和不锈钢的焊接。

（4）对焊

按焊接过程和操作方法不同，对焊可分为电阻对焊和闪光对焊两种。

1）电阻对焊。电阻对焊的焊接过程如图4-27（a）所示，先将两焊件端面对齐并加初压力F1，使其处于压紧状态；再通以大电流，迅速将接触面及其附近金属加热到塑性状态；然后断电，同时施加顶锻压力F2；最后去除压力，形成焊接接头。

图4-27　对焊的焊接过程

（a）电阻对焊；（b）闪光对焊

电阻对焊操作的关键是控制加热温度和顶锻速度。若加热温度太低，顶锻不及时或顶锻力不足，焊接接头就不牢固；若加热温度太高，就会产生“过烧”现象，也会影响接头强度；若顶锻力太大，则可能导致接头变形量增大，甚至产生开裂现象。

电阻对焊的优点是焊接操作简单，焊接接头外形光滑匀称，如图4-28（a）所示；缺点是焊前对连接表面清理要求高，接头质量难以保证。它宜用于小断面金属型材的对接，如直径小于20 mm的低碳钢棒料和管子的对接等。

2）闪光对焊。闪光对焊的焊接过程如图4-27（b）所示。两焊件装配成对接接头后不接触，先接通电源；再逐渐移近焊件使端面局部接触，大电流通过时产生的电阻热使接触点金属迅速熔化、蒸发、爆破，高温金属颗粒向外飞射形成闪光，经多次闪光加热后，焊件端面在一定深度范围内达到预定温度，立即施加压力F进行断电顶锻；最后去除压力，形成焊接接头。

闪光对焊的优点是焊接前接头表面无须任何加工和特殊的清理，接头强度高，接头质量容易保证；缺点是焊接操作较复杂，接头表面毛糙，如图4-28（b）所示。它是工业生产中常用的对焊方法，适用于受力要求高的各种重要对焊件。

图4-28　电阻对焊和闪光对焊的焊接接头外形

（a）电阻对焊；（b）闪光对焊

对焊机的结构如图4-29所示，其主要部件包括机架、焊接变压器、夹持机构、加压机构和冷却水系统等。焊接变压器的次级线圈连同焊件在内仅有一圈回路。夹钳既用于夹持焊件并对焊件施加压力，又起电极作用，传导焊接电流。冷却水通过焊接变压器和夹钳等。

图4-29　对焊机的结构示意图

1—固定夹钳；2—焊件；3—活动夹钳；4—加压机构；5—机架；6—焊接变压器

4.钎焊

钎焊是采用熔点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、低于母材熔点的温度，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。

按钎料熔点不同，钎焊分为硬钎焊和软钎焊两类。钎料熔点高于450℃的钎焊称为硬钎焊，常用的硬钎料有铜基钎料和银基钎料等；钎料熔点低于450℃的钎焊称为软钎焊，常见的软钎料有锡铅钎料和锡锌钎料等。

钎焊时，一般要用钎剂。钎剂能去除钎料和母材表面的氧化物，保护母材连接表面和钎料在钎焊过程中不被氧化，并改善钎料的润湿性（钎焊时液态钎料对母材浸润和附着的能力）。硬钎焊时，常用的钎剂有硼砂、硼砂与硼酸的混合物等；软钎焊时，常用的钎剂有松香、氯化锌溶液等。

按钎焊时所采用的热源不同，钎焊方法可以分为烙铁钎焊、火焰钎焊、浸沾钎焊（包括盐浴钎焊和金属浴钎焊）、电阻钎焊、感应钎焊和炉中钎焊等。

与熔焊相比，钎焊加热温度低，焊接接头的金属组织与力学性能变化小，焊接变形也小，容易保证焊件的尺寸精度；某些钎焊方法可以一次焊成多条钎缝或多个焊件，生产率高；可以焊接同种或异种金属，也可以焊接金属与非金属；可以实现其他焊接方法难以实现的复杂结构的焊接，如蜂窝结构、封闭结构等。但是，钎焊接头强度较低，耐热能力较差，焊前准备工作要求较高。钎焊广泛用于制造硬质合金刀具、钻探钻头、散热器、自行车架、仪器仪表、电真空器件、导线、电动机、电器部件等。