焊接工藝
金屬焊接方法有40種以上,，主要分為熔焊,、壓焊和釬焊三大類(lèi),。
0 G. z Y8 v: {9 R+ l% a熔焊是在焊接過(guò)程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法,。熔焊時(shí),，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化,，形成熔池,。熔池隨熱源向前移動(dòng)，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體,。
在熔焊過(guò)程中,，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會(huì)氧化金屬和各種合金元素,。大氣中的氮,、水蒸汽等進(jìn)入熔池，還會(huì)在隨后冷卻過(guò)程中在焊縫中形成氣孔,、夾渣,、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能,。
- r3 W' g Y% n7 O7 ?6 |) O6 R$ j" ^為了提高焊接質(zhì)量,，人們研究出了各種保護(hù)方法。例如,，氣體保護(hù)電弧焊就是用氬,、二氧化碳等氣體隔絕大氣，以保護(hù)焊接時(shí)的電弧和熔池率,；又如鋼材焊接時(shí),，在焊條藥皮中加入對(duì)氧親和力大的鈦鐵粉進(jìn)行脫氧，就可以保護(hù)焊條中有益元素錳,、硅等免于氧化而進(jìn)入熔池,，冷卻后獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。
6 Y- a5 K: h' {( @9 d& d5 H- z! X壓焊是在加壓條件下,，使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合,，又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對(duì)焊,，當(dāng)電流通過(guò)兩工件的連接端時(shí),，該處因電阻很大而溫度上升，當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時(shí),，在軸向壓力作用下連接成為一體,。
# e6 `1 B* h4 q$ B+ L; v+ [各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在焊接過(guò)程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴(kuò)散焊,、高頻焊,、冷壓焊等都沒(méi)有熔化過(guò)程，因而沒(méi)有象熔焊那樣的有益合金元素?zé)龘p,，和有害元素侵入焊縫的問(wèn)題,，從而簡(jiǎn)化了焊接過(guò)程,，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時(shí)由于加熱溫度比熔焊低,、加熱時(shí)間短，因而熱影響區(qū)小,。許多難以用熔化焊焊接的材料,，往往可以用壓焊焊成與母材同等強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)接頭。
釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料,，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn),、低于工件熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕工件,，填充接口間隙并與工件實(shí)現(xiàn)原子間的相互擴(kuò)散,，從而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。
焊接時(shí)形成的連接兩個(gè)被連接體的接縫稱為焊縫,。焊縫的兩側(cè)在焊接時(shí)會(huì)受到焊接熱作用,，而發(fā)生組織和性能變化，這一區(qū)域被稱為熱影響區(qū),。焊接時(shí)因工件材料焊接材料,、焊接電流等不同，焊后在焊縫和熱影響區(qū)可能產(chǎn)生過(guò)熱,、脆化,、淬硬或軟化現(xiàn)象，也使焊件性能下降,，惡化焊接性,。這就需要調(diào)整焊接條件，焊前對(duì)焊件接口處預(yù)熱,、焊時(shí)保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量,。
另外，焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過(guò)程,，焊接區(qū)由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮,，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力,，矯正焊接變形,。
現(xiàn)代焊接技術(shù)已能焊出無(wú)內(nèi)外缺陷的、機(jī)械性能等于甚至高于被連接體的焊縫,。被焊接體在空間的相互位置稱為焊接接頭,，接頭處的強(qiáng)度除受焊縫質(zhì)量影響外，還與其幾何形狀,、尺寸,、受力情況和工作條件等有關(guān),。接頭的基本形式有對(duì)接、搭接,、丁字接(正交接)和角接等,。
) y( H* o. e5 ^0 B+ F7 G4 ]3 f$ O對(duì)接接頭焊縫的橫截面形狀，決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式,。焊接較厚的鋼板時(shí),，為了焊透而在接邊處開(kāi)出各種形狀的坡口，以便較容易地送入焊條或焊絲,。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口,。選擇坡口形式時(shí)，除保證焊透外還應(yīng)考慮施焊方便,，填充金屬量少,，焊接變形小和坡口加工費(fèi)用低等因素。
厚度不同的兩塊鋼板對(duì)接時(shí),，為避免截面急劇變化引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中,，常把較厚的板邊逐漸削薄，達(dá)到兩接邊處等厚,。對(duì)接接頭的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度比其他接頭高,。在交變、沖擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯(lián)接,，常優(yōu)先采用對(duì)接接頭的焊接,。
7 i4 C2 T, ?( C* t. j搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單，裝配方便,，焊接變形和殘余應(yīng)力較小,，因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)上時(shí)常采用。一般來(lái)說(shuō),，搭接接頭不適于在交變載荷,、腐蝕介質(zhì)、高溫或低溫等條件下工作,。
/ y) D) f2 J% c) p4 ^8 Q5 `采用丁字接頭和角接頭通常是由于結(jié)構(gòu)上的需要,。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點(diǎn)與搭接接頭的角焊縫相似。當(dāng)焊縫與外力方向垂直時(shí)便成為正面角焊縫,，這時(shí)焊縫表面形狀會(huì)引起不同程度的應(yīng)力集中,；焊透的角焊縫受力情況與對(duì)接接頭相似。
# B- G3 N: S% y- b角接頭承載能力低,，一般不單獨(dú)使用,，只有在焊透時(shí)，或在內(nèi)外均有角焊縫時(shí)才有所改善,，多用于封閉形結(jié)構(gòu)的拐角處,。
焊接產(chǎn)品比鉚接件,、鑄件和鍛件重量輕，對(duì)于交通運(yùn)輸工具來(lái)說(shuō)可以減輕自重,，節(jié)約能量,。焊接的密封性好，適于制造各類(lèi)容器,。發(fā)展聯(lián)合加工工藝,，使焊接與鍛造、鑄造相結(jié)合,，可以制成大型、經(jīng)濟(jì)合理的鑄焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu),，經(jīng)濟(jì)效益很高,。采用焊接工藝能有效利用材料，焊接結(jié)構(gòu)可以在不同部位采用不同性能的材料,，充分發(fā)揮各種材料的特長(zhǎng),，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì),。焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)中一種不可缺少,，而且日益重要的加工工藝方法。
9 a0 L5 j5 T' ]- ^, U$ F- Y" _; I在近代的金屬加工中,，焊接比鑄造,、鍛壓工藝發(fā)展較晚，但發(fā)展速度很快,。焊接結(jié)構(gòu)的重量約占鋼材產(chǎn)量的45%,，鋁和鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的比重也不斷增加。
未來(lái)的焊接工藝,，一方面要研制新的焊接方法,、焊接設(shè)備和焊接材料，以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性,，如改進(jìn)現(xiàn)有電弧,、等離子弧、電子束,、激光等焊接能源,；運(yùn)用電子技術(shù)和控制技術(shù)，改善電弧的工藝性能,，研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法,。
另一方面要提高焊接機(jī)械化和自動(dòng)化水平，如焊機(jī)實(shí)現(xiàn)程序控制,、數(shù)字控制,；研制從準(zhǔn)備工序,、焊接到質(zhì)量監(jiān)控全部過(guò)程自動(dòng)化的專(zhuān)用焊機(jī)；在自動(dòng)焊接生產(chǎn)線上,，推廣,、擴(kuò)大數(shù)控的焊接機(jī)械手和焊接機(jī)器人，可以提高焊接生產(chǎn)水平,，改善焊接衛(wèi)生安全條件,。
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