埋弧焊是指以连续送进的焊丝作为电极和填充金属的电弧焊,如图4-9所示。埋弧自动焊时,焊剂由给送焊剂管流出,均匀地堆敷在装配好的焊件(母材)表面。焊丝由自动送丝机构自动送进,经导电嘴进入电弧区。焊接电源分别接在导电嘴和焊件上,以便产生电弧。给送焊剂管、自动送丝机构及控制盘等通常都装在一台电动小车上。小车可以按调定的速度沿着焊缝自动行走。
埋弧焊与焊条电弧焊相比,其最大的优点是焊接质量好,焊接速度高,劳动条件好,劳动强度低,操作简单;但埋弧自动焊适应性差,通常只适用于水平位置焊接直缝和环缝,不能焊接空间焊缝和不规则焊缝,对坡口的加工、清理和装配质量要求较高。
埋弧自动焊通常用于碳钢、低合金结构钢、不锈钢和耐热钢等中厚板结构的长直缝(如铁道货车中梁的组焊)、直径大于300mm环缝的平焊。此外,它还用于耐磨、耐腐蚀合金的堆焊、大型球墨铸铁曲轴以及镍合金、铜合金等材料的焊接。
图4-9 埋弧自动焊方法
气体保护焊是指用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。
(1)钨极气体保护电弧焊
钨极气体保护电弧焊是一种不熔化极气体保护电弧焊,利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝,同时由焊枪的喷嘴送进氩气或氦气做保护。焊接进程中钨极不熔化,只起电极的作用。还可根据需要另外添加填充金属。在国际上称为TIG焊。如图4-10(a)所示。
钨极气体保护电弧焊由于能很好地控制热输入,所以它是连接薄板金属和打底焊的一种极好的方法。这种方法几乎可以用于所有金属的连接,尤其适用于焊接铝、镁这些能形成难熔氧化物的金属以及像钛和锆这些活泼金属。这种焊接方法的焊缝质量高,但与其他电弧焊相比,其焊接速度较慢。
(2)熔化极气体保护电弧焊
熔化极气体保护电弧焊是以连续送进的焊丝作为电极,电弧产生在焊丝与工件之间,由焊枪喷嘴喷出的气体来保护电弧进行焊接。其常用的保护气体有氩气、氦气、CO2气或这些气体的混合气。以氩气或氦气为保护气时称为熔化极惰性气体保护电弧焊(在国际上简称为MIG焊),如图4-10(b)所示;以惰性与氧化性气体(O2、CO2)混合气为保护气时,统称为熔化极活性气体保护电弧焊(在国际上简称为MAG焊)。
熔化极气体保护电弧焊具有可以方便地进行各种位置的焊接、焊接速度较快、熔敷率较高等优点。熔化极惰性气体保护电弧焊适用于不锈钢、铝、镁、铜、钛、锆及镍合金等。
(3)CO2气体保护焊
CO2气体保护焊是利用廉价的CO2作为保护气体的电弧焊。其焊接装置如图4-11所示。它是利用焊丝作电极,焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送出。电弧在焊丝与工件之间发生。CO2气体从喷嘴中以一定的流量喷出,包围电弧和熔池,从而防止空气对液体金属的有害作用。CO2保护焊可分为自动焊和半自动焊。目前应用较多的是半自动焊。CO2气体保护焊具有焊缝含氢量低,抗裂性能好,成本低等优点。已广泛应用于机械制造业各部门中。
图4-10 气体保护焊示意图
1—送丝轮 2—焊丝 3—导电嘴 4—喷嘴 5—进气管6—氩气流 7—电弧 8—工件 9—钨极 10—填充焊丝
图4-11 CO2气体保护焊示意图
(1)气焊
气焊是指利用气体火焰为热源的一种熔焊焊接方法。最常用的是以乙炔气作燃料,氧气为助燃气的氧-乙炔火焰气焊。气焊设备由氧气瓶、乙炔瓶、减压器、回火保险器及焊炬等组成。如图4-12所示。乙炔和氧气在焊炬中混合均匀后从焊嘴喷出燃烧,将焊件和焊丝熔化形成熔池,冷却凝固后形成焊缝,如图4-13、图4-14所示。气焊时气体燃烧,产生大量的CO2、CO、H2气体笼罩熔池,起到保护作用。气焊使用不带药皮的光焊丝作填充金属。
图4-12 气焊设备及其连接
图4-13 气焊示意图
气焊设备简单、操作灵活方便、不需电源,但其火焰温度较低,且热量较分散,生产率低,工件变形大。主要用于黑色金属、有色金属及合金的焊接。
(2)气割
气割是指利用高温的金属在纯氧中燃烧而将工件分离的一种加工方法。气割使用的气体和供气装置可与气焊通用,所用的割炬与焊炬相比,多了一个切割氧气管和切割氧阀门。
气割时,先用氧-乙炔焰将金属加热到熔点,然后打开切割氧阀门,放出一股纯氧气流,使高温金属燃烧。燃烧后生成的液体熔渣,被高压氧流吹走,形成切口,如图4-15所示。
符合一定条件的金属才能进行气割:金属的燃点应低于本身的熔点,否则将变为熔割,使切割质量降低,甚至不能切割;金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点,否则高熔点的氧化物会阻碍着下层金属与氧气流接触,使气割无法继续进行。(www.xing528.com)
图4-14 焊炬
图4-15 气割
碳素钢和低合金结构钢因钢中主要成分是铁,其燃烧时生成FeO,Fe3O4和Fe2O3放出大量的热,并且熔点低流动性好,故切口光洁整齐而质量好,所以具有很好的气割性能。
电渣焊是指利用电流通过液态熔渣时所产生的电阻热熔化母材和填充金属进行焊接的一种加工方法。焊接过程是在立焊位置,在由两工件端面与两侧面水冷铜滑块形成的装配间隙内(装配成相距20~40mm的接头,如图4-16所示)进行。焊接过程如图4-17所示。
图4-16 电渣焊工件装配图
1—工件 2—引弧板3—门形板 4—引出板
图4-17 丝极电渣焊示意图
1—工件 2—金属熔 3—熔渣 4—导丝管 5—焊丝6—强制成形装置 7—冷却水管 8—焊缝9—引出板 10—金属熔滴 11—引弧板
焊件与填充焊丝接电源两极,在接头底部焊有引弧板,顶部装有引出板。焊接时将焊剂装在引弧板、冷却滑块围成的盒状空间里。送丝机构送入焊丝,同引弧板接触后引燃电弧。电弧高温使焊剂熔化,形成液态熔渣池。当渣池液面升高淹没焊丝末端后,电弧自行熄灭,电流通过熔渣,进入电渣焊过程。这时,电流通过熔渣产生电阻热,使与之接触的那部分焊件边缘及焊丝末端熔化,形成金属熔池沉在渣池下面。以后随着焊丝不断送进与熔化,金属熔池不断升高并将渣池上推,冷却滑块也同步上移,渣池底部则逐渐冷却凝固成焊缝,将两焊件连接起来。比重轻的渣池浮在上面既作为热源,又隔离空气,保护熔池金属不受侵害。
根据焊接时所用的电极形状,电渣焊分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊。
电渣焊的特点是:对厚大截面的焊件可一次焊成,生产率高。工件不开坡口,成本低;由于熔渣对熔池保护严密,因此焊缝金属比较纯净,质量好;焊接速度慢,焊件冷却慢,因此焊接应力小;焊接热影响区宽,所以焊后焊件要进行正火处理,以细化晶粒。
电渣焊主要用于焊接厚度大于30mm的厚大工件,可用于各种钢结构的焊接,也可用于铸件的组合焊接。
等离子弧焊是一种利用等离子弧作为热源的不熔化极电弧焊。它是利用电极和工件之间的压缩电弧(称转移电弧)实现焊接的,所用的电极通常是钨极。产生等离子弧的等离子气可用氩气、氮气、氦气或其中二者的混合气,同时,还通过喷嘴用惰性气体保护。焊接时,可以外加填充金属,也可以不加填充金属。
等离子弧焊焊接时,由于其电弧挺直,能量密度大,因而电弧穿透能力强。对于一定厚度范围内的大多数金属,可以不开坡口对接,并能一次单面焊透双面成型。因此,生产率高,焊缝质量好。但等离子弧焊设备复杂,焊接成本较高,并且只适宜于室内焊接。
等离子弧焊现已广泛应用于化工、原子能、精密仪器仪表及尖端技术领域的不锈钢、耐热钢、铜合金、铝合金、钛合金及钨、钼、钻、铬、镍、钛的焊接。
利用加压(或同时加热)的方法使两工件的结合面紧密接触并产生一定的塑性变形,借用原子之间的结合力将它们牢固地连接起来,这类焊接方法称为压力焊。根据加热加压的方式不同,压力焊可分为电阻焊、摩擦焊、超声波焊、扩散焊和爆炸焊等。现只简要介绍一下电阻焊。
电阻焊是指利用电流通过焊件及其接触面产生的电阻热作热源,将焊件局部加热到塑性或熔融状态,然后在压力下形成焊接接头的一种焊接方法。电阻焊具有生产率高、焊件变形小、劳动条件好、不需填充材料和易于实现自动化等特点。但设备较复杂,投资大,耗电量大,接头形式和工件厚度受到一定限制,且焊前清理要求高。因此电阻焊适用于大批量生产。
电阻焊分为点焊、缝焊、对焊三种形式,其示意图如图4-18所示。
图4-18 电阻焊示意图
1)点焊 是利用柱状电极在两块搭接工件接触面之间形成焊点而将工件焊在一起的焊接方法。如图4-18(a)所示。点焊主要用于薄板结构,广泛用来制造汽车车厢、飞机外壳等轻型结构。
2)缝焊 其过程与点焊基本相似,如图4-18(b)所示。当两工件的搭接处被两个圆盘电极以一定的压力夹紧并反向转动时,自动开关按一定的时间间隔断续送电,两工件接触面间就形成许多连续而彼此重叠的焊点,这样就形成一条密封性的焊缝。一般只适于焊接3mm以下的薄板结构。由于缝焊机的电极是两个可以旋转的盘状电极,所以缝焊又称滚焊。
缝焊焊缝表面光滑美观,气密性好。已广泛应用于家用电器(如电冰箱壳体)、交通运输(如汽车油箱)及航空航天(如火箭燃料贮箱)等工业部门中要求密封的焊件的焊接。
3)对焊 是指利用电阻热将两工件端部对接起来的一种压力焊方法。如图4-18(c)所示。根据焊接过程不同,对焊又可分为电阻对焊和闪光对焊。
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