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焊接基础常识

  • 2024-12-01

以下是一些焊接基础常识:

焊接的定义与原理


  • 定义:焊接是通过加热或加压,或两者并用,并且用或不用填充材料,使焊件达到原子结合的一种加工方法 。
  • 原理:从物理本质上讲,就是要采取措施使两块固体连接表面上的原子接近到足够小的距离,使其产生足够的结合力,从而达到永久性连接的目的。例如,利用热源加热被焊母材的连接处,使之发生熔化,利用熔融金属之间的相溶及液 - 固两相原子的紧密接触来实现原子间的结合;对被焊母材的连接表面施加压力,在清除连接面上的氧化物和污物的同时,克服连接界面的不平,或使之产生局部塑性变形,使两个连接表面的原子相互紧密接触,并产生足够大的结合力;对填充材料加热使之熔化,利用液态填充材料对固态母材润湿,使液 - 固界面的原子紧密接触,相互扩散,产生足够大的结合力从而实现连接。

焊接的方法


  • 熔焊:在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态,不加压力完成焊接的方法。常见的有焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊(如氩弧焊、CO₂保护焊)、电渣焊、激光焊、电子束焊等。其中,焊条电弧焊操作灵活,适用于各种位置的焊接,可用于碳钢、低合金钢、耐热钢等多种材料;氩弧焊焊接质量高,适用于焊接铝、镁及其合金等有色金属。
  • 压焊:在加压条件下,使两工件在固态下实现原子间结合,又称固态焊接。包括电阻焊、摩擦焊、超声波焊、扩散焊等。例如电阻焊,利用电流通过焊件产生的电阻热作为热源,将焊件加热到塑性状态或局部熔化状态,然后施加压力使其焊接在一起,常用于汽车制造中的车身焊接。
  • 钎焊:采用比母材熔点低的金属材料作钎料,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。有烙铁钎焊、火焰钎焊、感应钎焊等。比如用锡铅钎料焊接电子元件,操作简单方便。

焊接材料


  • 焊条:由焊芯和药皮组成。焊芯起导电和填充焊缝金属的作用,药皮则用于保证焊接电弧的稳定燃烧,保护熔池不受空气侵害,以及向焊缝添加合金元素等。焊条按用途可分为碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条等;按药皮熔化后的渣系特性,可分为酸性焊条和碱性焊条。
  • 焊丝:是作为填充金属或同时作为导电用的金属丝焊接材料。常用于气体保护焊、埋弧焊等。根据所焊材料的不同,有碳钢焊丝、合金钢焊丝、不锈钢焊丝、铝及铝合金焊丝等。
  • 钎料:钎焊时使用的填充材料,其熔点低于母材。常见的有锡铅钎料、银基钎料、铜基钎料等,适用于不同材料的钎焊。
  • 焊剂:在焊接过程中起保护作用、冶金处理作用等。例如埋弧焊时,焊剂覆盖在电弧和熔池上,防止空气中的氧气、氮气等侵入,同时参与熔池的冶金反应,改善焊缝质量 。

焊接设备


  • 电焊机:是焊接的主要设备,包括弧焊变压器、弧焊整流器、弧焊发电机等电弧焊机,以及点焊机、凸焊机、缝焊机和对焊机等电阻焊机。还有其他特殊的电焊机,如电渣焊机、等离子弧焊机、电子束焊机等。
  • 焊接工艺装备:如焊接夹具,用于固定焊件的位置,保证焊接接头的精度和质量;焊接变位机,可使焊件在焊接过程中不断变换位置,以获得更好的焊接效果。
  • 焊接辅助器具:例如防护面罩,保护焊工的面部和眼睛免受弧光伤害;焊接手套,防止焊工手部烫伤和触电;清渣锤,用于清理焊缝表面的熔渣等。

焊接工艺参数


  • 焊接电流:电流大小直接影响焊缝的熔深、熔宽和焊接速度等。一般来说,焊接电流越大,熔深越大,但过大的电流可能导致焊件烧穿、咬边等缺陷。
  • 电弧电压:电弧电压主要影响焊缝的熔宽。电压过高,熔宽增加,熔深减小,可能出现气孔等缺陷;电压过低,熔宽变窄,熔深增加,易产生夹渣等问题。
  • 焊接速度:焊接速度影响焊缝的成型和质量。速度过快,易导致焊缝未焊透、气孔等;速度过慢,会使焊缝过宽,热影响区增大,降低生产效率。
  • 焊条直径或焊丝直径:根据焊件的厚度、焊接位置等选择合适的焊条或焊丝直径。一般焊件越厚,选用的焊条或焊丝直径越大 。
  • 坡口形式和尺寸:对于较厚的焊件,为了保证焊缝根部焊透,需要加工坡口。常见的坡口形式有 I 形、V 形、U 形、双 V 形等,坡口尺寸包括坡口角度、钝边高度、根部间隙等,需根据焊件的材质、厚度和焊接方法等确定。

焊接接头与焊缝符号


  • 焊接接头形式:主要有对接接头、角接接头、T 形接头和搭接接头等。对接接头受力均匀,常用于重要结构的焊接;角接接头适用于连接相互垂直的焊件;T 形接头常用于梁、柱等结构的连接;搭接接头则用于薄板或不重要结构的焊接。
  • 焊缝符号:一般由基本符号和指引线组成,必要时还可加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。基本符号表示焊缝的截面形状,如 “V” 表示 V 形焊缝,“⊿” 表示角焊缝等;指引线用于指示焊缝的位置;辅助符号用于表示焊缝的表面形状、辅助要求等;补充符号用于补充说明焊缝的某些特征;焊缝尺寸符号则用于标注焊缝的尺寸要求。

焊接质量与缺陷


  • 焊接质量要求:包括焊缝的外观质量,如焊缝表面应光滑、平整,无气孔、裂纹、夹渣等缺陷,焊缝尺寸应符合设计要求;焊缝的内在质量,如焊缝的强度、韧性、密封性等性能应满足使用要求。
  • 常见焊接缺陷及原因
    • 气孔:焊接时,熔池中的气泡在凝固时未能逸出,残存下来形成的空穴。原因主要有焊接材料受潮、焊接电流过大或过小、焊接速度过快、焊件表面有油污或锈迹等。
    • 裂纹:可分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹是在焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹,主要原因是焊缝金属中的硫、磷等杂质含量过高,焊接应力过大等;冷裂纹是在焊接接头冷却到较低温度时产生的裂纹,常因焊接材料选择不当、焊接工艺不合理、焊件拘束度大等引起。
    • 夹渣:焊后残留 在焊缝中的熔渣。主要是由于焊接电流过小、焊接速度过快、焊件边缘有未清理干净的氧化物或熔渣等。
    • 未焊透:指焊接时接头根部未完全熔透的现象。多因焊接电流过小、焊接速度过快、坡口角度过小、根部间隙过小等造成。
    • 咬边:在焊缝边缘母材上形成的凹陷或沟槽。通常是由于焊接电流过大、电弧过长、焊条角度不当等引起。


焊接安全


  • 防触电:焊接设备必须接地良好,焊工操作时应穿戴绝缘手套和绝缘鞋,避免身体接触焊件和焊接设备的带电部分。在潮湿环境或容器内焊接时,应采取更严格的防触电措施。
  • 防弧光伤害:焊接弧光会产生强烈的紫外线、红外线和可见光,对眼睛和皮肤造成伤害。焊工必须佩戴防护面罩,防止弧光直接照射眼睛和面部。同时,应穿着长袖工作服,避免皮肤暴露在外。
  • 防火防爆:焊接过程中会产生火花和熔渣,容易引发火灾和爆炸事故。在焊接场所应配备灭火器材,严禁在易燃、易爆物品附近焊接。在进行气焊或气割时,氧气瓶和乙炔瓶应保持安全距离,远离火源和热源。
  • 防中毒:在焊接某些材料时,如镀锌钢板、铅等,会产生有毒气体。因此,焊接场所应保持通风良好,必要时应采取通风排毒措施,防止焊工吸入有毒气体。


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