焊接基础知识

一、基本知识

1.什么叫焊接?
答：两种或两种以上材质(同种或异种),通过加热或加压或二者并用,来达到原子之间的结合而形成永久性连接的工艺过程叫焊接.
2.什么叫电弧？
答：由焊接电源供给的，在两极间产生强烈而持久的气体放电现象—叫电弧。
〈1〉按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧。
〈2〉按电弧的状态可分为：自由电弧和压缩电弧（如等离子弧）。
〈3〉按电极材料可分为：熔化极电弧和不熔化极电弧。

3.什么叫母材？
答：被焊接的金属---叫做母材。　
4.什么叫熔滴？
答： 焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴---叫做熔滴。
5.什么叫熔池？
答：熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分---叫做熔池。
6.什么叫焊缝？
答：焊接后焊件中所形成的结合部分。
7.什么叫焊缝金属？
答：由熔化的母材和填充金属（焊丝、焊条等）凝固后形成的那部分金属。
8.什么叫保护气体？
答：焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体---保护气体。
9.什么叫焊接技术？
答：各种焊接方法、焊接材料、焊接工艺以及焊接设备等及其基础理论的总称—叫焊接技术。
10.什么叫焊接工艺？它有哪些内容？
答：焊接过程中的一整套工艺程序及其技术规定。内容包括：焊接方法、焊前准备加工、装配、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、焊接工艺参数以及焊后处理等。
11.什么叫CO2焊接？
答：用纯度> 99.98% 的CO2做保护气体的熔化极气体保护焊—称为CO2焊。
12.什么叫MAG焊接？
答：用混合气体75--95% Ar + 25--5 % CO2 ，（标准配比：80%Ar + 20%CO2 ）做保护气体的熔化极气体保护焊—称为MAG焊。
13.什么叫MIG焊接？
答： 〈1〉用高纯度氩气Ar≥ 99.99%做保护气体的熔化极气体保护焊接铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属；
     〈2〉用98% Ar + 2%O2 或95%Ar + 5%CO2做保护气体的熔化极气体保护焊接实心不锈钢焊丝的工艺方法--称为MIG焊。
     〈3〉用氦+氩惰性混合气做保护的熔化极气体保护焊。
14.什么叫TIG（钨极氩弧焊）焊接？
答：用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨、锆钨、镧钨）作为不熔化电极的惰性气体保护电弧焊，简称TIG焊。
15.什么叫SMAW（焊条电弧焊）焊接？
答：用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。
16.什么叫碳弧气刨？
答：使用碳棒作为电极，与工件间产生电弧，用压缩空气（压力0.5—0.7Mpa）将熔化金属吹除的一种表面加工的方法。常用来焊缝清根、刨坡口、返修缺陷等。
17.为什么CO2焊比焊条电弧焊效率高？
答：〈1〉CO2焊比焊条电弧焊熔化速度和熔化系数高1-3倍；
    〈2〉坡口截面比焊条减小50%，熔敷金属量减少1/2；
    〈3〉辅助时间是焊条电弧焊的50%。
三项合计：CO2焊的工效与焊条电弧焊相比提高倍数2.02--3.88倍
18.为什么CO2焊接接头比焊条电弧焊的焊接接头质量好？
答：CO2焊缝热影响区小，焊接变形小；CO2焊缝含氢量低（≤1.6ML/100g），气孔及裂纹倾向小；CO2焊缝成形好，表面及内部缺陷少，探伤合格率高于焊条电弧焊。
19.为什么CO2焊比焊条电弧焊的综合成本低？
答：〈1〉坡口截面积减少36-54%, 节省填充金属量；
    〈2〉降低耗电量65.4%；
    〈3〉设备台班费较焊条电弧焊降低67-80%，降低成本20-40%；
    〈4〉减少人工费、工时费，降低成本10-16%；
    〈5〉节省辅助工时、辅料消耗及矫正变形费用；
综合五项,CO2焊能使焊接总成本降低  39.6-78.7%,平均降低59%。
20.什么叫低频脉冲？适用哪些焊接？
答：脉冲频率在0.5—30Hz的脉冲电弧叫作低频脉冲焊接。主要用于不锈钢、钢和钛等有色金属的TIG焊。
21.什么叫中频脉冲？适用哪些焊接？
答：脉冲频率在30-500Hz的脉冲电弧叫作中频脉冲焊接。由于具有电弧压缩效应，电弧集中，挺度好，主要用于薄件不锈钢、钢和钛等有色金属的TIG焊和不锈钢和铝及铝合金的MIG焊。
22.为什么CO2焊接有飞溅？
答：焊丝端部的熔滴与熔池短路接触（短路过渡），由于强烈过热和磁收缩的作用使熔滴爆断，产生飞溅。CO2焊机的输出电抗器和波形控制可以将飞溅降低至最小程度。
23.为什么MIG/MAG大电流焊接才能实现射流过渡，无飞溅？
答：MIG/MAG焊接时，各种金属均具有短路过渡转变为射流过渡的临界电流值（如：φ1.2碳钢、不锈钢焊丝，电流I≥260—280A），此时电弧呈射流过渡状态，实现无飞溅焊接。
24.为什么MIG/MAG小电流焊接要用带脉冲的电源才能实现射流过渡，无飞溅？答：MIG/MAG焊接，焊接电流低于临界电流值时，采用带脉冲的电源，其脉冲电流大于临界电流值，电弧也能呈射流过渡状态，实现无飞溅焊接（如：使用松下AG2/GE2脉冲MIG/MAG焊机，φ1.2碳钢、不锈钢、铝及铝合金焊丝在电流I≥80A时已实现脉冲射滴过渡，其脉冲电流Ip≥350A）。

二、电阻焊焊接原理

    焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法称为电阻焊。电阻焊具有生产效率高、低成本、节省材料、易于自动化等特点，因此广泛应用于航空、航天、能源、电子、汽车、轻工等各工业部门，是重要的焊接工艺之一。
一、焊接热的产出及影响因素
    点焊时产生的热量由下式决定：Q=IIRt（J）————（1）
       式中：Q——产生的热量（J）、I——焊接电流（A）、R——电极间电阻（欧姆）、t——焊接时间（s）
       1.电阻R及影响R的因素    
       电极间电阻包括工件本身电阻Rw，两工件间接触电阻Rc，电极与工件间接触电阻Rew.即R=2Rw+Rc+2Rew    
       当工件和电极一定时，工件的电阻取决与它的电阻率.因此，电阻率是被焊材料的重要性能.电阻率高的金属其导电性差（如不锈钢）电阻率低的金属其导电性好（如铝合金）。因此，点焊不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难而散热易.点焊时，前者可用较小电流（几千安培），而后者就必须用很大电流（几万安培）。电阻率不仅取决与金属种类，还与金属的热处理状态、加工方式及温度有关。    
       接触电阻存在的时间是短暂，一般存在于焊接初期，由两方面原因形成：    
       1）工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物质层，会使电流遭到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物质层甚至会使电流不能导通。    
       2）在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。在接触点处形成电流线的收拢。由于电流通路的缩小而增加了接触处的电阻。    
       电极与工件间的电阻Rew与Rc和Rw相比，由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此很小，对熔核形成的影响更小，我们较少考虑它的影响。
       2.焊接电流的影响   
       从公式（1）可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因为回路的几何形状变化或因在次级回路中引入不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。    
       3.焊接时间的影响    
       为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间（强条件，又称硬规范），也可采用小电流和长时间（弱条件，也称软规范）。选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都有一个上下限，使用时以此为准。
       4.电极压力的影响    
       电极压力对两电极间总电阻R有明显的影响，随着电极压力的增大，R显着减小，而焊接电流增大的幅度却不大，不能影响因R减小引起的产热减少。因此，焊点强度总随着焊接压力增大而减小。解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流。
       5.电极形状及材料性能的影响    
       由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，因此，电极的形状和材料对熔核的形成有显着影响。随着电极端头的变形和磨损，接触面积增大，焊点强度将降低。
       6.工件表面状况的影响   
       工件表面的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不能通过。局部的导通，由于电流密度过大，则会产生飞溅和表面烧损。氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的不均匀性，引起焊接质量波动。因此彻底清理工件表面是保证获得优质接头的必要条件。
二、热平衡及散热    
        点焊时，产生的热量只有一小部分用于形成焊点，较大部分因向临近物质传导或辐射而损失掉了，其热平衡方程式：    
              Q=Q1+Q2————（3）其中：Q1——形成熔核的热量、Q2——损失的热量
       有效热量Q1取决与金属的热物理性能及熔化金属量，而与所用的焊接条件无关。Q1=10%-30%Q，导热性好的金属（铝、铜合金等）取下限；电阻率高、导热性差的金属（不锈钢、高温合金等）取上限。损失热量Q2主要包括通过电极传导的热量（30%-50%Q）和通过工件传导的热量（20%Q左右）。辐射到大气中的热量5%左右。
三、焊接循环    
        点焊和凸焊的焊接循环由四个基本阶段：    
       1）预压阶段——电极下降到电流接通阶段，确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。   
       2）焊接时间——焊接电流通过工件，产热形成熔核。    
       3）维持时间——切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。    
       4）休止时间——电极开始提起到电极再次开始下降，开始下一个焊接循环。    
       为了改善焊接接头的性能，有时需要将下列各项中的一个或多个加于基本循环：
       1）加大预压力以消除厚工件之间的间隙，使之紧密贴合。   
       2）用预热脉冲提高金属的塑性，使工件易于紧密贴合、防止飞溅；凸焊时这样做可以使多个凸点在通电焊接前与平板均匀接触，以保证各点加热的一致。   
       3）加大锻压力以压实熔核，防止产生裂纹或缩孔。  
       4）用回火或缓冷脉冲消除合金钢的淬火组织，提高接头的力学性能，或在不加大锻压力的条件下，防止裂纹和缩孔。
四、焊接电流的种类和适用范围   
       1.交流电     可以通过调幅使电流缓升、缓降，以达到预热和缓冷的目的，这对于铝合金焊接十分有利。交流电还可以用于多脉冲点焊，即用于两个或多个脉冲之间留有冷却时间，以控制加热速度。这种方法主要应用于厚钢板的焊接。
       2.直流电     主要用于需要大电流的场合，由于直流焊机大都三相电源供电，避免单相供电时三相负载不平衡。
五、金属电阻焊时的焊接性  
       下列各项是评定电阻焊焊接性的主要指标：
       1.材料的导电性和导热性     电阻率小而热导率大的金属需用大功率焊机，其焊接性较差。
       2.材料的高温强度     高温（0.5-0.7Tm）屈服强度大的金属，点焊时容易产生飞溅，缩孔，裂纹等缺陷，需要使用大的电极压力。必要时还需要断电后施加大的锻压力，焊接性较差。
       3.材料的塑性温度范围     塑性温度范围较窄的金属（如铝合金），对焊接工艺参数的波动非常敏感，要求使用能精确控制工艺参数的焊机，并要求电极的随动性好。焊接性差。
       4.材料对热循环的敏感性    在焊接热循环的影响下，有淬火倾向的金属，易产生淬硬组织，冷裂纹；与易熔杂质易于形成低熔点的合金易产生热裂纹；经冷却作强化的金属易产生软化区。防止这些缺陷应该采取相应的工艺措施。因此，热循环敏感性大的金属焊接性也较差。

三、电阻焊的种类    

 电阻焊的种类很多，常用的有点焊、缝焊和对焊三种。
           一、点焊
           点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。点焊主要用于薄板焊接。
           点焊的工艺过程：
           1、预压，保证工件接触良好。
           2、通电，使焊接处形成熔核及塑性环。
           3、断点锻压，使熔核在压力继续作用下冷却结晶，形成组织致密、无缩孔、裂纹的焊点。
           二、缝焊
           缝焊是将焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。
           缝焊主要用于焊接焊缝较为规则、要求密封的结构，板厚一般在3mm以下。
           三、对焊
           对焊是使焊件沿整个接触面焊合的电阻焊方法。
           1、电阻对焊
           电阻对焊是将焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法，
           电阻对焊主要用于截面简单、直径或边长小于20mm和强度要求不太高的焊件。
           2、闪光对焊
           闪光对焊是将焊件装配成对接接头，接通电源，使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点，在大电流作用下，产生闪光，使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。
           闪光焊的接头质量比电阻焊好，焊缝力学性能与母材相当，而且焊前不需要清理接头的预焊表面。闪光对焊常用于重要焊件的焊接。可焊同种金属，也可焊异种金属；可焊0.01mm的金属丝，也可焊20000mm的金属棒和型材。