1.埋弧自动焊
图9-72 焊接变形的基本形式
埋弧焊又称焊剂层下电弧焊。它通过保持在光焊丝和工件之间的电弧将金属加热,与被焊件之间形成刚性连接。按自动化程度的不同,埋弧焊分为半自动焊(移动电弧是手工操作)和自动焊。这里所指的埋弧焊都是指埋弧自动焊,半自动焊已基本上被气体保护焊代替。
1)埋弧自动焊的焊接过程
如图9-73所示,埋弧自动焊时,焊剂从给送焊剂管流出,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。
颗粒状焊剂层上的焊丝末端与母材之间产生电弧,电弧热使邻近的母材、焊丝和焊剂熔化,并有部分被蒸发。焊剂蒸气将熔化的焊剂(熔渣)排开,形成一个与外部空气隔绝的封闭空间,这个封闭空间不仅很好地隔绝了空气与电弧和熔池的接触,而且可完全阻挡有害电弧光的辐射。电弧在这里继续燃烧,焊丝便不断地熔化,呈滴状进入熔池并与母材中熔化的金属以及焊剂提供的合金元素相混合,熔化的焊丝不断地被补充,送入电弧中,同时不断地添加焊剂。随着焊接过程的进行,电弧向前移动,焊接熔池随之冷却而凝固,形成焊缝。密度较小的熔化焊剂浮在焊缝表面形成熔渣层。未熔化的焊剂可回收再用。
图9-73 埋弧自动焊方法
2)埋弧自动焊的特点及应用
(1)焊接质量好。
焊接过程能够自动控制;各项工艺参数可以调节到最佳数值;焊缝的化学成分比较均匀和稳定;焊缝光洁平整,有害气体难以侵入,熔池金属冶金反应充分,焊接缺陷较少。
(2)生产率高。
焊丝从导电嘴伸出长度较短,可用较大的焊接电流,而且连续施焊的时间较长,这样就能提高焊接速度。同时,工件厚度在14 mm以内的对接焊缝可不开坡口,不留间隙,一次焊成,故埋弧自动焊生产率高。
(3)节省焊接材料。
工件可以不开坡口或开小坡口,可减少焊缝中焊丝的填充量,也可减少因加工坡口而浪费掉的工件材料。同时,焊接时金属飞溅少,又没有焊条头的损失,所以可节省焊接材料。
(4)易实现自动化,劳动条件好,强度低,操作简单。
埋弧自动焊的缺点是:适应性差,通常只适用于焊接水平位置的直缝和环缝,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、直径大于300 mm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。
2.气体保护焊
气体保护焊是气体保护电弧焊的简称,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。
气体保护焊是明弧焊接,焊接时便于监视焊接过程,故操作方便,可实现全位置自动焊接,焊后还不用清渣,可节省大量辅助时间,大大提高了生产率。另外,由于保护气流对电弧有冷却压缩作用,电弧热量集中,因而焊接热影响区窄,工件变形小。气体保护焊特别适合用于薄板焊接。
1)氩弧焊
氩弧焊是以氩(Ar)气作为保护气体的气体保护焊。氩气是一种惰性气体。在高温下,它不与金属和其他任何元素起化学反应,也不溶于金属,因此保护效果良好,所焊接头质量高。
按使用的电极不同,氩弧焊可分为非熔化极氩弧焊即钨极氩弧焊(TIG焊)和熔化极氩弧焊(MIG焊)两种,如图9-74所示。
(1)钨极氩弧焊(TIG焊)。
它常采用熔点较高的钍钨棒或铈钨棒作为电极,焊接过程中电极本身不熔化,故属非熔化极电弧焊。钨极氩弧焊又分为手工焊和自动焊两种。焊接时填充焊丝在钨极前方添加。当焊接薄板时,一般不需要开坡口和加填充焊丝。
钨极氩弧焊的电流种类与极性的选择原则是:焊接铝、镁及其合金时,采用交流电;焊其他金属(低合金钢、不锈钢、耐热钢、钛及钛合金、铜及铜合金等)时,采用直流正接法。由于钨极的载流能力有限,其电功率受到限制,所以钨极氩弧焊一般只适于焊接厚度小于6 mm的工件。
(2)熔化极氩弧焊(MIG焊)。
熔化极氩弧焊以连续送进的焊丝作为电极,电弧产生在焊丝与工件之间,焊丝不断送进,并熔化过渡到焊缝中去,因而焊接电流可大大提高。
熔化极氩弧焊可分为半自动焊和自动焊两种,一般采用直流反接法。
图9-74 氩弧焊示意图
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
与钨极氩弧焊相比,熔化极氩弧焊可采用高密度电流,母材熔深大,填充金属熔敷速度快,生产率高。
与钨极氩弧焊一样,熔化极氩弧焊几乎可焊接所有的金属,尤其适合用于焊接铝及铝合金、铜及铜合金以及不锈钢等材料。熔化极氩弧焊主要用于中、厚板的焊接。目前采用熔化极脉冲氩弧焊可以焊接薄板,进行全位置焊接、实现单面焊双面成型以及封底焊。
2)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。CO2气体保护焊的焊接装置如图9-75所示。它利用焊丝作电极,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产生。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气体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。
图9-75 CO2气体保护焊示意图
CO2气体保护焊除具有前述气体保护焊的那些优点外,还有以下优点:焊缝含氢量低,抗裂性能好;CO2气体价格便宜、来源广泛,生产成本低。
CO2气体是氧化性气体,高温时可分解成CO和氧原子,易造成合金元素烧损,焊缝吸氧,导致电弧稳定性差、色溅较多、弧光强烈、焊缝表而成形不够美观等缺点。若控制或操作不当,还容易产生气孔。为保护焊缝的合金元素,须采用含锰、硅较高的焊接钢丝或含有相应合金元素的合金钢焊丝。
常用的CO2气体保护焊焊丝是H08Mn2SiA焊丝,它适合用于焊接低碳钢和普通低合金结构钢(δb<600 MPa)。
还可使用Ar和CO2气体混合保护,焊接强度级别较高的普通低合金结构钢。为了稳定电弧,减少飞溅,CO2气体保护焊采用直流反接法。
CO2气体保护焊由于优点较多,目前已广泛应用于机械制造业各部门中。
3.气焊和气割
1)气焊
气焊是利用气体火焰作热源的焊接方法。最常用的气焊是氧-乙炔焊。它利用氧-乙炔焰进行焊接。乙炔(C2H2)为可燃气体,氧气为助燃气体。乙炔和氧气在焊炬中混合均匀后从焊嘴喷出燃烧,将工件和焊丝熔化形成熔池,冷却凝固后形成焊缝,如图9-76所示。氧-乙炔焊时气体燃烧,产生的大量CO2、CO、H2气体笼罩熔池,起到保护作用。氧-乙炔焊使用不带药皮的光焊丝作填充金属。
氧-乙炔焊设备简单、操作灵活方便、无需电源,但氧-乙炔焊火焰温度较低(最高约3150℃),且热量较分散,生产率低,工件变形大,所以应用不如电弧焊广泛。气焊主要用于焊接厚度在3 mm以下的薄钢板,铜、铝等有色金属及其合金,低熔点材料以及铸铁焊补等。
氧-乙炔焊设备由氧气瓶、乙炔瓶、减压器、回火防止器及焊炬等组成。氧-乙炔焊设备及其连接如图9-77所示。焊炬如图9-78所示。
图9-76 氧-乙炔焊示意图
图9-77 氧-乙炔焊设备及其连接
图9-78 焊炬
(1)氧-乙炔焊火焰的种类及应用。
氧-乙炔焊时通过凋节氧气阀和乙炔阀,可以改变氧气和乙炔的混合比例,从而得到三种不同的气焊火焰,即中性焰、碳化焰和氧化焰,如图9-79所示。
中性焰(正常焰)是指在一次燃烧区内既无过量氧又无游离碳的火焰(最高温度为3100 3200℃)。中性焰中氧气和乙炔的比例为1~1.2。中性焰由焰芯、内焰、外焰三个部分组成。焰心呈清晰明亮的亮白色圆锥形;内焰呈淡橘红色;外焰为橙黄色,不甚明亮。中性焰使用较多,如焊接低碳钢、中碳钢、低合金钢、紫铜、铝合金等。
图9-79 氧-乙炔焊火焰
碳化焰是当氧气和乙炔的比例小于1时得到的火焰。由于向火焰中提供的氧气量不足而乙炔过剩,使火焰焰芯拉长,白炽的碳层加厚呈羽翅状延伸入内焰区中。整个火焰燃烧软弱无力,冒黑烟。用此种火焰焊接金属能使金属增碳。碳化焰通常用于焊接高碳钢、高速钢、铸铁及硬质合金等。
氧化焰是当氧气和乙炔的比例大于1.2时得到的火焰。氧化焰中有过量的氧,焰芯变短变尖,内焰区消失,整个火焰长度变短,燃烧有力并发出响声。用此种火焰焊接金属能使熔池氧化沸腾,钢性能变脆,故除焊接黄铜之外,这种火焰一般很少使用。
(2)接头形式和焊接准备。
气焊可以进行平、立、横、仰等各种空间位置的焊接。气焊的接头形式有对接接头、搭接接头、角接接头和T形接头等。在气焊前,必须彻底清除焊丝和工件接头处表面的油污、油漆、铁锈以及水分等,否则不能进行焊接。
(3)焊丝与焊剂。
在焊接时,气焊的焊丝作为填充金属,与熔化的母材一起形成焊缝,因此焊丝质量对工件性能有很大的影响。焊接时常根据工件材料选择相应的焊丝。
焊剂的作用是保护熔池金属,除去焊接过程中形成的氧化物,增加液态金属的流动性。焊接低碳钢时,由于中性焰本身具有相当的保护作用,可不用焊剂。我国气焊焊剂的主要牌号有CJ101(用于焊接不锈钢、耐热钢)、CJ201(用于焊接铸铁)、CJ301(用于焊接铜合金)、CJ401(用于焊接铝合金),焊剂的主要成分有硼酸、硼砂、碳酸钠等。
2)气割
气割是利用高温的金属在纯氧中燃烧而将工件分离的加工方法。气割使用的气体和供气装置可与气焊通用。
气割时,先用氧-乙炔焰将金属加热到燃点,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9-80所示。金属燃烧放出大量的热,又预热了待切割的金属。所以,气割是预热—燃烧—吹渣形成切口不断重复进行的过程。气割所用的割炬与焊炬有所不同,多了一个氧气管和一个氧阀门。
金属进行气割应符合的条件如下。
(1)金属的燃点应低于本身的熔点,否则气割变为熔割,使气割质量降低,甚至不能气割。
(2)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。另外,气割时所产生的氧化物应易于流动。
(3)金属的导热性不能太高,否则使气割处的热量不足,造成气割困难。
(4)金属在燃烧时所产生的大量热能应能维持气割的进行
碳素钢和低合金结构钢具有很好的气割性能;气割铸铁时,因铸铁的燃点高于熔点,且渣中有大量黏稠的SiO2,妨碍气割进行;铝和不锈钢由于气割时存在高熔点Al2O3和Cr2O3膜,不能用一般气割方法切割。
图9-80 气割(www.xing528.com)
4.电渣焊
电渣焊是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方法。它与电弧焊不同,除引弧外,焊接过程中不产生电弧。
电渣焊一般在立焊位置进行,焊前将边缘经过清理、侧面经过加工的工件装配成相距20 40 mm的接头,如图9-81所示。电渣焊示意图如图9-82所示。
图9-81 电渣焊工件装配图
1—工件;2—引弧板;3—门形板;4—引出板
图9-82 电渣焊示意图
1—工件;2—金属熔池;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
工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。在接头两侧还装有强制成形装置即冷却滑块(一般用铜板制成,并通水冷却),以利于熔池冷却结晶。焊接时将焊剂装在由引弧板、强制成形装置围成的盒状空间里,送丝机构送入焊丝,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。由于液态熔渣具有较大的电阻,电流通过时产生的电阻热将使熔渣温度升高达1700~2000℃,使与之接触的那部分工件边缘及焊丝末端熔化。熔化的金属在下沉过程中,同熔渣进行一系列冶金反应,最后沉积于渣池底部,形成金属熔池。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,强制成形装置也同步上移,渣池底部逐渐冷却凝固成焊缝,将两工件连接起来。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。
电渣焊的特点如下。
(1)对于厚大截面的工件可一次焊成,生产率高。工件不开坡口,焊接同等厚度的工件,焊剂消耗量只是埋弧自动焊的1/50~1/20。电能消耗量是埋弧自动焊的1/3~1/2、焊条电弧焊的1/2,因此,电渣焊的经济效果好,成本低。
(2)由于熔渣对熔池保护严密,避免了空气对金属熔池的有害影响,而且熔池金属保持液态时间长,有利于冶金反应充分,焊缝化学成分均匀和气体杂质上浮被排除,因此焊缝金属比较纯净,质量较好。
(3)焊接速度慢,工件冷却慢,因此焊接应力小,但焊接热影响区比其他焊接方法的宽,造成接头晶粒粗大,力学性能下降。所以电渣焊后,工件要进行正火处理,以细化晶粒。
电渣焊主要用于焊接厚度大于30 mm的厚大工件。由于焊接应力小,它不仅适合用于低碳钢的焊接,还适合用于中碳钢和合金结构钢的焊接。目前电渣焊是制造大型铸-焊、锻-焊复合结构,如水压机、水轮机和轧钢机上大型零件的重要工艺方法。
5.等离子弧焊
等离子弧焊原理图如图9-83所示。电极与工件之间加一高压,经高频振荡器的激发,气体电离形成电弧,电弧通过细孔喷嘴时,弧柱截面缩小,产生机械压缩效应;向喷嘴内通入高速保护气流(如氩气、氮气等),此冷气流均匀地包围着电弧,使弧柱外围受到强烈冷却,于是弧柱截面进一步缩小,产生热压缩效应。
此外,带电离子在弧柱中的运动可看成无数根平行的通电“导体”,其自身磁场所产生的电磁力使这些“导体”互相吸引靠拢,电弧进一步受到压缩。这种作用称为电磁压缩效应。这三种压缩效应作用在弧柱上,使弧柱被压缩得很细,电流密度极大提高,能量高度集中,弧柱区内的气体完全电离,从而获得等离子弧,这种等离子弧的热力学温度可高达15000~16000K,能够用于焊接和切割。
利用等离子弧作为热源的焊接方法称为等离子弧焊。焊接时,在等离子弧周围还要喷射保护气体以保护熔池。一般保护气体和等离子气体相同,通常为氩气。
图9-83 等离子弧焊原理图
按焊接电流大小,等离子弧焊分为微束等离子弧焊和大电流等离子弧焊两种。微束等离子弧的电流一般为0.1~30 A,可用于厚度为0.025~2.5 mm箔材和薄板的焊接。大电流等离子弧主要用于焊接厚度大于2.5 mm的工件。
等离子弧焊的优点有:能量集中,穿透能力强,电弧稳定;焊接12 mm厚的工件可不开坡口,能一次单面焊透双面成形;焊接热影响区小,工件变形小;焊接速度快,生产率高。但等离子弧焊设备复杂,气体消耗大,焊接成本较高,并且只适合用于室内焊接,因此应用范围受到一定限制。
现在等离子弧焊已广泛应用于化工、原子能、精密仪器仪表及尖端技术领域不锈钢、耐热钢、铜合金、铝合金、钛合金及钨、钼、钴、铬、镍、钛的焊接。
此外,利用高温高速的等离子弧还可以切割任何金属和非金属材料,包括氧-乙炔焰不能切割的材料,而且切口窄而光滑,切割效率比氧-乙炔焰高1~3倍。
6.压焊与钎焊
1)压焊
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焊。根据加热加压的方式不同,压焊可分为电阻焊、摩擦焊、超声波焊、扩散焊和爆炸焊等。
(1)电阻焊。
电阻焊是利用电流通过工件及其接触面产生的电阻热作热源,将工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。工件在极短的时间(从十毫秒至几秒)内迅速加热到焊接温度,以减少散热损失,必须采用很大的焊接电流(103~104A),因此电阻焊设备的特点就是低电压、大功率。
电阻焊分为点焊、缝焊、对焊三种形式,如图9-84所示。
图9-84 电阻焊示意图
与其他焊接方法相比,电阻焊具有生产率高、工件变形小、劳动条件好、无需填充材料和易于实现自动化等优点。但电阻焊设备较一般熔化焊复杂,耗电量大,适用的接头形式和可焊工件厚度受到一定的限制,且焊前清理要求高。
①点焊。如图9-84(a)所示,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。点焊的焊接过程分为预压、通电加热和断电冷却三个阶段。
a.预压:将表面已清理好的工件叠合起来,置于两电极之间预压夹紧,使工件欲焊处紧密接触。
b.通电加热:由于电极内部通水,电极与被焊工件之间所产生的电阻热被冷却水带走,故热量主要集中在两工件接触处,将该处金属迅速加热到熔融状态而形成熔核,熔核周围的金属被加热到塑性状态,在压力作用下发生较大塑性变形。
c.断电冷却:塑性变形量达到一定程度后,切断电源,并保持压力一段时间,使熔核在压力作用下冷却结晶,形成焊点。
焊完一点后,移动工件焊第二点,这时候有一部分电流流经已焊好的焊点,这种现象称为分流。分流会使第二点处电流减小,影响焊接质量,因而两点间应有一定的距离。被焊材料的导电性越好,工件厚度越大,分流现象越严重,因此两点间的间距就应该越大。
点焊主要用于焊接薄板结构,板厚一般在4 mm以下,特殊情况下可达10 mm。这种焊接方法广泛用来制造汽车车厢、飞机外壳等轻型结构。
②缝焊。缝焊过程与点焊基本相似。缝焊焊缝是由许多焊点相互依次重叠而形成的连续焊缝。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。
如图9-84(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,这样就获得缝焊焊缝,焊点相互重叠率在50%以上。
缝焊在焊接过程中分流现象严重,因此缝焊只适于焊接3 mm以下的薄板工件。
缝焊焊缝表面光滑美观,气密性好。缝焊已广泛应用于家用电器(如电冰箱壳体)、交通运输(如汽车、拖拉机油箱)及航空航天(如火箭燃料贮箱)等领域要求密封的工件的焊接。
③对焊。对焊是利用电阻热将两工件端部对接起来的一种压焊方法。根据焊接过程不同,对焊又可分为电阻对焊和闪光对焊。
a.电阻对焊。把工件装在对焊机的两个电极夹具上对正、夹紧,并施加预压力,使两工件的端面挤紧,然后通电。由于两工件接触处实际接触面积较小,因而电阻较大,当电流通过时,就会在此产生大量的电阻热,使接触面附近金属迅速加热到塑性状态,然后增大压力,切断电源,使接触处产生一定的塑性变形而形成接头。
电阻对焊具有接头光滑、毛刺小、焊接过程简单等优点,但接头的机械性能较低。焊前必须对工件端面进行除锈、修整,否则焊接质量难以保证。电阻对焊主要用于截面尺寸小且截面形状简单(如圆形、方形等)的金属型材的焊接。
b.闪光对焊。闪光对焊时,将工件装在电极夹头上夹紧,先接通电源,然后逐渐靠拢。由于工件接头端面比较粗糙,开始只有少数几个点接触。当强大的电流通过接触面积很小的几点时,就会产生大量的电阻热,使接触点处的金属迅速熔化甚至汽化,熔化的金属在电磁力和气体爆炸力作用下连同表面的氧化物一起向四周喷射,产生火花四溅的闪光现象。继续推进工件,闪光现象便在新的接触点处产生。待两工件的整个接触端面有一薄层金属熔化时,迅速加压并断电,两工件便在压力作用下冷却凝固而焊接在一起。
闪光对焊对工件端面的平整度要求不高,接头质量也较电阻对焊好,但操作比较复杂,对环境也会造成一定的污染。
(2)摩擦焊。
摩擦焊是利用两工件焊接端面之间的相互摩擦力产生的热量将工件接合端加热到塑性状态后,在压力作用下使它们连接起来的一种压焊方法。
①摩擦焊的过程。
如图9-85所示,将工件Ⅰ、Ⅱ分别夹持在焊机的旋转夹头和移动夹头上,加上预压力,使两工件紧密接触,然后使工件Ⅰ高速旋转,工件Ⅱ在一定的轴向压力作用下不断向工件Ⅰ方向缓缓移动。于是两工件接触端面强烈摩擦而发出大量的热并被加热到塑性状态,同时在轴向压力作用下逐步发生塑性变形,变形的结果使覆盖在端面上的氧化物和杂质迅速破碎并被挤出焊接区,露出纯净的金属表面。
图9-85 摩擦焊工作原理
随着焊接区金属塑性变形的增加,接触端部很快被加热到焊接温度,这时立即刹车,停止工件Ⅰ的旋转并加大轴向压力,使两工件在高温高压下焊接起来。
②摩擦焊的特点。
a.焊接接头质量高且稳定。由于工件接触表面强烈摩擦,使工件接触表面的氧化膜和杂质挤出焊缝之外,因而接头质量好,工件尺寸精度高。
b.不仅可以实现同种金属的焊接,还可实现异种金属的焊接,如高速钢与45钢焊接、铜合金与铝合金焊接等。
c.生产率高。焊好一个接头所需时间一般不超过1 min。与闪光焊相比,生产率可提高几倍甚至几十倍。
d.摩擦焊操作技术简单,容易实现自动控制,且没有火花和弧光,劳动条件好。
e.焊机所需功率小,省电。与闪光焊相比,可节约电能5~10倍甚至更多。
③摩擦焊的接头形式。
摩擦焊接头一般是等截面的,也可以是不等截面的。
2)钎焊
钎焊是通过加热,使被焊工件接头处温度升高但不熔化,同时使熔点较低的钎料熔化并渗入被焊工件的间隙之中,通过原子扩散和相互相熔解,冷却凝固后将两工件连接起来的一种焊接方法。
与一般焊接方法相比,钎焊的加热温度较低,工件的应力和变形较小,对材料的组织和性能影响很小,易于保证工件尺寸。钎焊还能实现异种金属甚至金属与非金属的连接。因此,钎焊在电工、仪表、航空等机械制造业中得到广泛应用。
①钎料。
按熔点不同,钎料可分为易熔钎料和难熔钎料两大类。
a.易熔钎料熔点在450℃以下,又称软钎料。常用的易熔钎料有锡基钎料和铅基钎料。易熔钎料的焊缝强度较低,用于强度要求低或无强度要求的工件,如电子产品和仪表中线路的焊接。
b.难熔钎料熔点高于450℃,又称硬钎料。常用的难熔钎料有银基钎料和铜基钎料。难熔钎料的接头强度较高,常用于受力较大或工作温度较高的工件焊接,如车刀上硬质合金刀头与刀杆的焊接。
②钎焊方法。
a.工件去膜。大气中的金属表面都覆盖着一层氧化膜。氧化膜的存在会使液态钎料不能浸润工件而难以焊接,因此必须设法清除。常用的去膜法有钎剂去膜法(如锡焊时采用松香、铜焊时采用硼酸或硼砂)和机械去膜法(如利用器械刮除)。
b.接头形式。钎焊接头的强度往往低于钎焊金属的强度,因此钎焊常采用搭接接头形式。依靠增大搭接面积,可以在接头强度低于钎焊金属强度的条件下,达到接头与工件具有相等的承载能力的目的。另外,它的装配要求也比较简单。
③加热方法。
a.烙铁加热:利用烙铁头积聚的热量来熔化钎料并加热工件钎焊部位。烙铁钎焊只适用于用易熔钎料焊接薄件和小件,多用于电工、仪表等线路连接。烙铁钎焊一般采用钎剂去膜。
b.火焰加热:利用可燃性气体或液体燃料燃烧所形成的火焰来加热工件和熔化钎料。这种加热方法常用于难熔钎料,钎焊碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金的薄壁和小型工件。火焰钎焊主要由手工操作,对工人的技术水平要求较高。
c.电阻加热:依靠电阻热加热工件和熔化钎料,并在压力作用下完成焊接过程。电阻钎焊加热迅速、生产率高,易于实现自动化,但接头尺寸小能太大。目前电阻钎焊主要用于钎焊刀具、带锯、导线端、各种电触点,以及集成电路块和晶体管等元件的焊接。
d.感应加热:将工件的钎焊部分置于交变磁场中,通过工件在磁场中产生的感应电流的电阻热来实现钎焊焊接。感应加热的速度快,生产率高,便于实现自动化,特别适用于管件套接。
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