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建議收藏 | 多種焊接方法介紹及特點概述

發布時間:2025-07-07 瀏覽次數:54203次

在焊接領域,存在多種不同的焊接方法,每種方法都有其獨特的特點和適用場景。接下來,小編將為您詳細介紹這些焊接方法及其關鍵特性。

焊接的概述

焊接,這一工藝過程,通常是指將金屬材料通過加熱或加壓,亦或是兩者同時作用,使得兩個分離的金屬部件產生原子間的結合力,從而形成一個不可分割的整體。根據不同的加熱程度和工藝特點,焊接方法主要可分為三大類:熔焊、壓焊釬焊

熔焊,其核心在于將工件的焊接部分加熱至熔化狀態,形成熔池并加入填充金屬,待冷卻結晶后,便形成了焊縫,將工件牢固地連接成一個整體。常見的熔焊方法包括氣焊、電弧焊、電渣焊等。

壓焊,則是指在焊接過程中無論是否加熱,都需要施加壓力的焊接方式。電阻焊、摩擦焊、冷壓焊等都屬于這一類別。

釬焊則通過熔點低于被焊金屬的釬料(填充金屬)來實現連接。在釬焊過程中,被焊工件保持不熔化狀態,且通常不發生塑性變形。

焊接技術的優點顯而易見:它能夠節省金屬材料,減輕結構重量;能夠制造重型、復雜的機器零部件,簡化鑄造、鍛造及切削加工工藝;同時,焊接接頭具有良好的力學性能和密封性。然而,它也存在一些不足,如焊接結構的不可拆卸性、可能存在的焊接應力和變形,以及焊接接頭組織性能的不均勻性等。

接下來,我們將深入探討各種焊接技術的細節,如電弧焊的工作原理和特點等。

弧形成后,只要維持兩極間一定的電位差,電弧便能持續燃燒。電弧具有電壓低、電流大、溫度高、能量密度大和移動性好等特點。通常,僅需20~30V的電壓就能保持電弧的穩定,而電流范圍可從幾十安培到幾千安培,靈活適應不同工件的焊接需求。電弧溫度可高達5000K以上,足以熔化各種金屬。

電弧由陰極區、陽極區和弧柱區三部分組成。為了滿足不同的焊接需求,弧焊電源可分為交流弧焊電源、直流弧焊電源、脈沖弧焊電源和逆變弧焊電源四大類。在直流焊機中,當工件接陽極、焊條接陰極時,稱為直流正接,適用于焊接厚大工件;而當工件接陰極、焊條接陽極時,則稱為直流反接,更適宜于焊接薄小工件。使用交流焊機時,則不存在正接或反接的問題。

電弧焊過程中,液態金屬、熔渣和氣體相互交融,實質上是金屬的再冶煉。然而,由于焊接條件的獨特性,這一過程展現出與常規冶煉不同的特點。例如,高溫和高反應速度導致液態金屬容易發生氧化和氮化反應,同時還會產生大量金屬蒸發。此外,焊接熔池小且冷卻迅速,使得各種冶金反應難以達到平衡,進而導致焊縫中化學成分的不均勻以及氣孔、夾渣等缺陷的形成。

為確保焊縫質量,電弧焊過程中常采取一系列措施。其中之一便是在焊接時對熔化金屬進行機械保護,以隔絕其與空氣的接觸。這可以通過氣體保護、熔渣保護或氣-渣聯合保護的方式來實現。

在焊接過程中,為了改善焊縫的質量,需要對焊接熔池進行冶金處理。這通常通過在焊接材料(如焊條藥皮、焊絲、焊劑)中添加適量的脫氧劑(主要成分是錳鐵和硅鐵)和合金元素來實現。這樣,在焊接時能夠有效地排除熔池中的FeO,并同時補償合金元素的燒損。

接下來,我們來看看常用的電弧焊方法。

其中,手弧焊是一種基礎且廣泛應用的焊接技術。

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手弧焊是電弧焊中歷史最悠久且至今仍廣泛使用的一種方法。它采用外部涂有涂料的焊條作為電極和填充金屬,電弧在焊條端部與被焊工件表面之間產生。涂料在電弧熱的作用下,一方面產生氣體以保護電弧,另一方面形成熔渣覆蓋在熔池上,從而防止熔化金屬與周圍氣體的反應。此外,熔渣還能與熔化金屬發生物理化學反應或添加合金元素,進一步優化焊縫金屬的性能。手弧焊設備簡便、輕便且操作靈活,非常適合短縫的焊接,尤其是難以觸及的部位的焊接。通過選用適當的焊條,手弧焊可適用于大多數工業用碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及其合金的焊接。

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埋弧焊,一種以顆粒狀焊劑為保護介質的熔化極電焊接方法,其電弧被焊劑層所掩蓋。該工藝包含三個關鍵步驟:首先,在焊件待焊縫處均勻鋪撒充足的顆粒狀焊劑;其次,通過導電嘴與焊件連接焊接電源,從而產生焊接電弧;最后,自動送進焊絲并移動電弧進行焊接。

埋弧焊的獨特之處在于其出色的電弧性能。焊縫質量高,熔渣能有效隔絕空氣,保護電弧區的主要成分為CO2,顯著降低焊縫金屬中的含氮量和含氧量。同時,焊接參數可自動調節,電弧行走機械化,熔池存在時間長,冶金反應充分,抗風能力強,確保焊縫成分穩定、力學性能優越。此外,熔渣隔離弧光,改善了勞動條件,降低了勞動強度。

與熔化極氣體保護焊相比,埋弧焊的弧柱電場強度更高,設備調節性能更好,自動調節系統靈敏度高,提高了焊接過程的穩定性。同時,其焊接電流下限也更高。

在生產效率方面,埋弧焊同樣表現出色。由于焊絲導電長度縮短,電流和電流密度顯著提升,從而大幅提高了電弧的熔透能力和焊絲的熔敷速率。此外,焊劑和熔渣的隔熱作用也使得總熱效率大大增加,進一步提升了焊接速度。

在冶金反應中,焊劑發揮著重要作用。它參與反應,使Si和Mn被還原,C部分燒毀,有效限制雜質S、P的去H,從而防止氫氣孔的產生。熔滴過渡采用渣壁過渡方式,確保了焊接過程的穩定性。

關于電源選擇,直流電源適用于小電流情況,配合等速送絲和自身電弧調節;而對于大電流焊接,則一般選用交流電源,采用變速送絲和弧壓反饋電弧調節。在焊接材料方面,需選配適當的焊絲和焊劑,以確保高質量的焊接接頭,同時兼顧成本效益和適用的電流種類及極性。

適用范圍:埋弧焊因其獨特的熔深能力、高生產率以及高度的機械操作性,特別適合于焊接中厚板結構的長焊縫。這一工藝在造船、鍋爐與壓力容器、橋梁、超重機械、核電站結構、海洋結構以及武器制造等多個領域都得到了廣泛的應用,成為當今焊接生產中不可或缺的一種方法。此外,埋弧焊不僅可用于金屬結構中構件的連接,還可用于在基體金屬表面堆焊耐磨或耐腐蝕的合金層。隨著焊接冶金技術與焊接材料生產技術的進步,埋弧焊所適用的材料范圍已從傳統的碳素結構鋼擴展到低合金結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼等多種材料,甚至包括某些有色金屬如鎳基合金、鈦合金和銅合金等。然而,埋弧焊也有其固有的局限性,如對焊接位置的限制(主要用于水平俯位置焊縫焊接)、對焊接材料的限制(無法焊接鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金)、對長焊縫的依賴性以及對直接觀察電弧的困難等。同時,它也不適用于薄板和小電流焊的情況。

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這是一種熔化極氣體保護電弧焊,其原理是通過鎢極與工件間的電弧來熔化金屬,進而形成焊縫。在焊接過程中,鎢極本身不熔化,僅作為電極使用。同時,通過焊炬的噴嘴向焊接區域送入氬氣或氦氣以提供保護。此外,還可以根據需要加入其他金屬。這種焊接方法在國際上通常被稱為TIG焊。由于其能精確控制熱輸入,因此非常適合連接薄板金屬和進行打底焊。該方法幾乎適用于所有金屬的連接,特別是對于焊接鋁、鎂這類易形成難熔氧化物的金屬以及鈦和鋯等活潑金屬,效果尤為出色。盡管其焊縫質量上乘,但相較于其他電弧焊方法,其焊接速度較慢。

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(GMAG)即氣體保護金屬極電弧焊,是一種以電弧為熱源的熔化焊接方法。其獨特之處在于,焊絲與熔池之間的電弧持續建立,通過冶金方式將分離的母材連接起來。熔化的焊絲金屬與母材金屬混合,形成熔池,在電弧熱源移走后結晶成焊縫。

CO2焊接的特點如下:

1、在高溫焊接電弧作用下,CO2會分解為CO、O2和O,這些成分對電弧具有顯著的壓縮作用。這導致CO2焊接的電弧形態獨特,弧柱直徑較小,弧跟面積也相對較小,往往難以完全覆蓋焊絲端部的熔滴。因此,熔滴在過渡過程中受到較大的阻力,表現為熔滴粗化,過渡路徑的軸向性變差,飛濺率相對較高。/2、CO2氣體對焊接區域提供了良好的保護。其密度在常用保護氣體中最 大,且受熱分解后體積增大,從而增強了保護效果;

3、CO2焊接的能量相對集中,熔透能力強,適合多種金屬材料的焊接;

4、從生產成本角度看,CO2焊接具有顯著的優勢,不僅節約電能,還能提高生產效率;

5、在工藝和技術方面,CO2焊接還具有諸多優點,如焊接區可見度高、操作便捷、熱影響區和焊接變形小、熔池體積小且結晶速度快、全位置焊接性能優良以及對銹污的敏感度低等特點。

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冶金特性:在CO2焊接過程中,由于電弧的高溫作用,CO2會分解為CO、O2和O。在焊接環境中,CO不溶于金屬且不參與反應,然而CO2和O都具有強烈的氧化性,這會導致Fe及其他合金元素發生氧化。為了應對這一問題,通常會在焊絲中加入適量的脫氧劑,這些脫氧劑在焊接過程中會與氧化產物反應,從而確保焊縫的化學成分符合要求。

熔滴過渡:CO2焊接的熔滴過渡有幾種不同的模式。短路過渡適用于薄板的全面位置焊接,其特點是短弧、細絲和小電流。細顆粒過渡則適用于粗絲、長弧和大電流的焊接情況。而潛弧射滴過渡雖然較少使用,但在某些特殊情況下也可能被采用。

電源與焊接材料:CO2焊接需要平特性電源和平特性的等速送絲機構。此外,焊接過程中還需要使用CO2氣體和焊絲作為焊接材料。

適用范圍:CO2氣體保護焊在機車制造、船舶制造、汽車制造以及采煤機械制造等多個領域得到了廣泛應用。它特別適用于焊接低碳鋼、低合金鋼和低合金高強鋼,但對于有色金屬和不銹鋼的焊接則不太適用。盡管有資料顯示CO2氣體保護焊也可用于不銹鋼的焊接,但它并非不銹鋼焊接的首 選方法。

助水冷噴嘴等措施的應用,使得電弧的弧柱區橫截面積得以減小,進而顯著提升了電弧的溫度、能量密度以及等離子流速。這種通過外部拘束壓縮弧柱的電弧,被稱為等離子弧。

等離子弧作為電弧的一種特殊形態,以其高能量密度為特點,依然屬于氣體導電現象。在焊接領域,等離子弧焊接技術得以廣泛應用,它通過等離子弧的熱量來加熱并熔化工件與母材,從而實現焊接目的。該技術主要分為穿孔型等離子弧焊和微束等離子弧焊兩類。

穿孔型等離子弧焊的焊接電流范圍在100至300安培之間,其特點在于接頭無需預先開坡口或留間隙。在焊接過程中,等離子弧能夠完全穿透焊件并形成一個小通孔,熔化的金屬則被擠出并圍繞在小孔周圍。隨著電弧的移動,小孔也隨之移動,并在后方留下焊縫,實現單面焊雙面一次成形的焊接效果。該方法適用于焊接碳鋼和不銹鋼,其板厚上限分別為7毫米和10毫米。

另一方面,微束等離子弧焊的焊接電流較小,范圍在0.1至30安培之間,其焊接厚度則相對較薄,介于0.025至2.5毫米之間。此外,還有針對銅及銅合金的熔入型等離子弧焊、適用于厚板深熔焊或薄板高速焊的熔化極等離子弧焊以及解決鋁合金等離子弧焊交流(變極性)問題的等離子弧焊等工藝方法。

總的來說,等離子弧焊的主要工藝參數包括焊接電流、焊接速度、保護氣流量、離子氣流量以及焊槍噴嘴的結構與孔徑等。這些參數的合理設置對于確保焊接質量至關重要。
等離子弧切割是一種利用等離子弧的高溫和高速特性來熔化金屬并形成切口的切割方法。其特點包括高能量密度、高穿透力,以及無指狀熔深等問題。此外,它還具有穩定的電弧特性,使得薄板焊接成為可能,并有效防止了焊縫夾鎢的問題。然而,該方法也存在設備復雜、氣體耗量大等局限性,且僅適用于室內焊接。在冶金方面,等離子弧切割的冶金反應相對單一,主要涉及蒸發過程。此外,它還廣泛適用于銅及銅合金、鈦及鈦合金、合金鋼、不銹鋼等金屬的焊接,如航空航天等軍工和尖端工業領域。

另一方面,管狀焊絲電弧焊也是一種重要的焊接方法。它利用連續送進的管狀焊絲與工件之間的電弧為熱源進行焊接。管內裝有的焊劑在加熱過程中分解或熔化,起到造渣保護、滲合金及穩弧等作用。該方法不僅具有熔化極氣體保護焊的優點,還在冶金方面表現出色,可廣泛應用于大多數黑色金屬的焊接。目前,管狀焊絲電弧焊在一些工業先進國家已得到廣泛應用。

接下來,我們將探討熔焊中的氣焊方法。

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氣焊,一種以氣體火焰為熱源的熔焊方法,通過可燃氣體在氧氣中的燃燒熱量來熔化母材焊接處,從而實現連接。其中,氧-乙炔火焰因設備簡單、操作便捷而得到廣泛應用。然而,氣焊的加熱速度和生產率相對較低,熱影響區較大,容易引發較大的變形。盡管如此,它仍然適用于多種黑色金屬、有色金屬及其合金的焊接工作。

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可燃氣,如乙炔和液化石油氣,是氣焊的關鍵成分。以乙炔為例,它在氧氣中的燃燒可產生高達3200℃的火焰溫度。氧乙炔火焰可分為三種類型:

①中性焰:當氧氣與乙炔的體積混合比控制在1~1.2范圍內時,乙炔能夠充分燃燒,這種火焰適用于焊接碳鋼和非鐵合金。

②碳性焰:若氧氣和乙炔的體積混合比小于1,乙炔會過剩,從而產生碳性焰,這種火焰特別適用于焊接高碳鋼、鑄鐵和高速鋼。

③氧化焰:當氧氣與乙炔的體積混合比大于1.2時,氧氣會過剩,產生氧化焰,適用于黃銅和青銅的釬焊。

盡管氣焊具有設備簡單、無需電源、費用低廉等優點,但由于其火焰溫度較低、加熱速度慢、加熱區域寬以及焊接過程中熔化金屬保護不足等問題,其應用已逐漸減少。然而,在無電源場合和野外工作中,氣焊仍顯示出其實用價值。目前,它主要被用于薄鋼板(厚度0.5~3mm)、銅及銅合金的焊接以及鑄鐵的補焊等領域。

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氣壓焊同樣以氣體火焰為熱源,通過加熱兩對接工件的端部至一定溫度,再施加足夠壓力以形成牢固接頭,屬于固相焊接范疇。其特點是不需填充金屬,特別適用于鐵軌和鋼筋的焊接。

接下來介紹電渣焊,這是一種以熔渣電阻熱為能源的焊接方法。它是在立焊位置進行,通過兩工件端面與兩側水冷銅滑塊形成的裝配間隙進行焊接。電渣焊利用電流通過熔渣產生的電阻熱來熔化工件端部。

電渣焊的特點在于其穩定的電渣過程,與埋弧焊有顯著區別。其優點包括可焊工件厚度大(從30mm到超過1000mm)以及高生產率。電渣焊主要用于斷面對接接頭及丁字接頭的焊接,適用于各種鋼結構的焊接,也包括鑄件的組焊。然而,由于加熱和冷卻速度較慢,熱影響區較寬,顯微組織粗大,因此焊接后通常需要進行正火處理。

電渣焊的局限性包括其立焊方式、不適合厚度小于30mm的工件以及焊縫長度不宜過長。在分類上,電渣焊可分為絲極電渣焊、板極電渣焊、熔嘴電渣焊和管極電渣焊等,其中絲極電渣焊是最常用的方法。它采用焊絲作為電極,適用于焊接厚度為40至450mm的焊件及較長焊縫的焊接,也可用于大型焊件的環焊縫。

應用:

在重型機械制造業中,電渣焊發揮著關鍵作用,常用于制造鍛-焊結構件和鑄-焊結構件。例如,重型機床的機座和高壓鍋爐等大型設備的制造都離不開它。其適用的焊件厚度范圍廣泛,從40mm到450mm不等,且材料類型多樣,包括碳鋼、低合金鋼以及不銹鋼等。

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電子束焊,一種通過集中高速電子束轟擊工件表面所產生的熱能進行焊接的方法,具有顯著的優勢。在焊接過程中,電子槍產生并加速電子束,從而實現精確的焊接。這種焊接方法包括高真空電子束焊、低真空電子束焊和非真空電子束焊,其中前兩種方法均在真空室內進行,適用于不同尺寸和材質的工件。

與電弧焊相比,電子束焊的焊縫熔深大、熔寬小且金屬純度高,既適用于薄材料的高精度焊接,也適用于厚達300mm的構件。此外,電子束焊接還可用于其他焊接方法能熔化的金屬及合金,特別適用于高質量產品的制造,并能解決異種金屬、易氧化金屬及難熔金屬的焊接難題。盡管如此,電子束焊在大批量產品生產中可能不太適用。

電子束焊機的核心在于電子槍,它負責完成電子的產生、會聚和加速。在焊接過程中,燈絲通電加熱陰極,當陰極達到一定溫度時開始發射電子。這些電子在高壓電場的作用下被加速,形成高速電子束。經過聚焦線圈的會聚后,電子束以極小的直徑射向焊件,將動能轉化為熱能,從而實現精確的焊接。

根據工作室的真空度不同,電子束焊可分為高真空、低真空和非真空三種類型。高真空電子束焊適用于難熔、活性、高純金屬及小零件的精密焊接;低真空電子束焊則適用于較大型的結構件;而非真空電子束焊則需借助惰性氣體保護罩或噴嘴,適用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等多種金屬的焊接。

綜上所述,電子束焊作為一種先進的焊接方法,在重型機械制造、航空航天等領域發揮著重要作用。其高熔深、高純度及廣泛適用性等特點使得它成為高質量產品制造的首 選。

電子束焊的顯著優勢在于其高能量密度,最高可達5×108W/cm2,遠超普通電弧的5000~10000倍。這使得熱量高度集中,熱效率極高,同時熱影響區域相對較小,從而產生了窄而深的焊縫,大大減少了焊接變形。此外,在真空環境中進行焊接,金屬與氣相反應被有效避免,進一步增強了接頭的強度。電子束的焦點半徑調節范圍廣泛,控制靈活多變,使得它能夠輕松應對從0.05mm的薄件到200~700mm厚板的焊接需求。因此,電子束焊特別適用于焊接難熔金屬、活性或高純度金屬以及熱敏感性強的金屬。然而,其復雜的設備結構、高昂的成本、真空室對焊件尺寸的限制、高裝配精度要求,以及可能激發的X射線和較長的焊接輔助時間,都在一定程度上限制了電子束焊的廣泛應用。

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激光焊,一種以大功率相干單色光子流聚焦而成的激光束為熱源的焊接方式,分為連續功率激光焊和脈沖功率激光焊。其優點在于無需在真空中進行,且能進行精確的能量控制,特別適用于精密微型器件的焊接。激光焊還能解決難焊金屬及異種金屬的焊接問題,廣泛應用于眾多金屬領域。

激光的產生源于物質受激勵后發出的波長、頻率、方向完全相同的光束,具有單色性好、方向性好、能量密度高的特性。經過透射或反射鏡聚焦后,激光能束直徑可小于0.01mm,功率密度高達1013W/cm2,成為焊接、切割、鉆孔及表面處理的理想熱源。在工業加工中,釔鋁石榴石(YAG)固體激光和CO2氣體激光是主要的應用類型。

激光焊的主要優勢包括:光學方法如光導纖維、棱鏡等可使激光彎曲傳輸,適用于微型零部件及其他焊接方法難以觸及的部位;高能量密度實現高速焊接,同時減小熱影響區和焊接變形,非常適合熱敏感材料的焊接;不受電磁場影響,不產生X射線,適用于大型結構的焊接;可直接焊接絕緣導體,無需預先剝除絕緣層,也能焊接物理性能差異顯著的異種材料。

然而,激光焊也存在設備昂貴、能量轉化率低(5%~20%)、對焊件接口加工和組裝定位要求高等缺點。目前,它主要被應用于電子工業和儀表工業中的微型器件焊接,以及硅鋼片、鍍鋅鋼板等的焊接。

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這是以電阻熱為能源的一類焊接方法,主要包括電渣焊和電阻焊。電渣焊因其獨特性,我們將單獨進行介紹。而電阻焊,特別是以固體電阻熱為能源的焊接方式,如點焊、縫焊、凸焊及對焊等,則廣泛應用于各個行業。

電阻焊是通過電極對工件施加壓力,使電流通過工件產生的電阻熱將接觸表面熔化,從而實現連接的焊接方法。這一過程中,需要使用較大的電流,并始終保持施加壓力以防止電弧產生和鍛壓焊縫金屬。

電阻焊的優點包括冶金過程簡單、加熱時間短、熱量集中、無需填充金屬、操作簡單且易于實現機械化和自動化等。同時,它還具有生產率高、無噪聲及有害氣體排放等優點,非常適合大批量生產。

然而,電阻焊也存在一些缺點。由于缺乏可靠的無損檢測方法,焊接質量主要依賴于工藝試樣和破壞性試驗。此外,點、縫焊的搭接接頭會增加構件重量,并可能降低接頭的抗拉強度和疲勞強度。同時,設備功率大、機械化自動化程度高也增加了設備成本和維修難度。

盡管如此,電阻焊在汽車、飛機、儀器、家電、建筑鋼筋等行業仍有著廣泛的應用。它適用于焊接厚度小于3mm的薄板組件,并能用于焊接各種鋼材、鋁、鎂等有色金屬及其合金、不銹鋼等材料。

摩擦焊,一種以機械能為能源的固相焊接方法,通過兩表面間的機械摩擦產生熱量,從而實現金屬的連接。其熱量主要集中在接合面,因此熱影響區相對較窄。在多數情況下,會在加熱結束時增加壓力,使熱態金屬受到頂鍛而結合,且通常結合面不會熔化。摩擦焊具有較高的生產率,原則上,只要金屬能夠進行熱鍛,就可以采用這種方法進行焊接。此外,它還適用于異種金屬的焊接,并可處理橫斷面為圓形、最 大直徑為100mm的工件。

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摩擦焊,作為一種以機械能為能源的固相焊接技術,通過兩表面間的機械摩擦產生熱量,進而實現金屬的牢固連接。其獨特之處在于熱量主要集中在接合面,熱影響區相對狹窄。在加熱結束時增加的壓力,使熱態金屬受到頂鍛而結合,且通常結合面不會熔化。這一技術不僅具有較高的生產率,適用于多數金屬的熱鍛焊接,還特別適合異種金屬的焊接,并能夠處理橫斷面為圓形、最 大直徑達100mm的工件。

此外,摩擦焊還具備諸多優點。它能夠提供穩定的焊接質量,確保焊件尺寸的高精度,同時顯著降低接頭廢品率,相比電阻對焊和閃光對焊更具優勢。其生產率極高,是閃光對焊的5~6倍。更重要的是,摩擦焊能夠連接異種金屬,如碳素鋼、低合金鋼與不銹鋼、高速鋼等,以及銅-不銹鋼、銅-鋁、鋁-鋼、鋼-鋯等組合。該技術加工費用低廉,省電且環保,焊件無需特殊清理。同時,它易于實現機械化和自動化,操作簡便,且焊接過程中無火花、弧光及有害氣體產生。

然而,摩擦焊也存在一定的局限性。它主要靠工件旋轉實現焊接,因此對于非圓截面的焊接較為困難。此外,盤狀工件及薄壁管件的夾持和焊接也具有一定挑戰性。同時,受焊機主軸電機功率的限制,目前摩擦焊可焊接的最 大截面為20000mm2。另外,摩擦焊機的投資費用較高,更適宜大批量生產。

擴散焊則是一種以間接熱能為能源的固相焊接方法。它通常在真空或保護氣氛下進行,通過高溫和較大壓力使兩被焊工件的表面緊密接觸并保溫一定時間,以達到原子間距離,進而經過原子間的相互擴散而實現結合。在擴散焊過程中,不僅需要清洗工件表面的氧化物等雜質,而且要確保表面粗糙度低于一定值以保證焊接質量。

擴散焊的優點包括能夠在不損害被焊材料性能的情況下實現各類同種和異種材料間的焊接,可用于制造雙層或多層復合材料;能夠焊接結構復雜以及厚薄相差大的工件;接頭成分和組織均勻,減小了應力腐蝕傾向;同時具有較小的焊接變形和高的接頭精度。然而,擴散焊也存在一定的缺點和局限性。

綜上所述,摩擦焊和擴散焊作為兩種不同的固相焊接技術,各自具有獨特的優點和適用場景。在實際應用中,可以根據具體的焊接需求和條件選擇合適的技術。

擴散焊過程中,可以與其他加工工藝如真空熱處理等同步進行,使得多個接頭能夠一次性完成焊接,進而顯著提升生產效率。

然而,擴散焊也存在一些不足。首先,它對焊件表面的加工和清理要求非常嚴格,需要確保表面粗糙度控制在一定范圍內。其次,由于焊接過程需要較長時間,因此生產率相對較低。此外,擴散焊的成本較高,設備投資也相對較大。

盡管如此,擴散焊在特定應用場景下仍具有顯著優勢。它可以用于連接熔點差異大或冶金不相容的異種金屬,如金屬與陶瓷的焊接,以及鈦、鎳、鋁合金結構件的焊接。這些應用不僅涵蓋原子能、航空航天及電子工業等高端技術領域,還廣泛拓展至一般機械制造工業部門。

接下來,我們將探討另一種焊接技術——釬焊。

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釬焊,一種既包含固相又包含液相的焊接方法,其能源既可以是化學反應熱,也可以是間接熱能。在釬焊過程中,我們使用熔點低于母材的合金作為釬料。當加熱時,這些釬料會熔化,并借助潤濕和毛細作用填充并保持在接頭間隙內。而母材則保持固態,通過與液態釬料之間的相互擴散來形成釬焊接頭。

釬焊具有諸多特點,如對母材物理化學性能影響小、焊接應力和變形較小等。這使得它能夠焊接性能差異較大的異種金屬,并能一次性完成多條焊縫。此外,釬焊接頭的外觀美觀且整齊,所需的設備簡單,生產投資也相對較小。然而,釬焊接頭的強度和耐熱能力相對較低。

釬焊的應用非常廣泛,包括硬質合金刀具、鉆探鉆頭、自行車車架、換熱器、導管以及各類容器的制造。特別是在微波波導、電子管和電子真空器件的制造中,釬焊往往是唯一可行的連接方法。

接下來,我們將深入了解釬焊中的兩個關鍵因素:釬料和釬劑。

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釬料,作為釬焊接頭的重要組成部分,其質量直接決定著釬焊接頭的質量。理想的釬料應具備適宜的熔點、出色的潤濕性和填縫能力,以便與母材相互擴散。此外,還需具備一定的力學和物理化學性能,以滿足接頭的使用需求。釬焊可分為軟釬焊與硬釬焊兩大類,前者使用熔點低于450℃的釬料,如錫鉛釬料,廣泛應用于電子產品等領域;后者則使用熔點高于450℃的釬料,如黃銅釬料和銀基釬料,適用于受力較大的鋼和銅合金工件。

在釬焊過程中,母材的接觸面必須保持干凈,這就要借助釬劑。釬劑的主要作用是清除母材和釬料表面的氧化物、油污等雜質,保護接觸面不被氧化,并增強釬料的潤濕性和流動性。軟釬焊常用的釬劑包括松香和氯化鋅溶液,而硬釬焊則常使用硼砂、硼酸和堿性氟化物的混合物。

釬焊的加熱方法多種多樣,包括火焰釬焊、感應釬焊、爐中釬焊等。火焰釬焊適用于碳鋼、不銹鋼等多種金屬的硬釬焊;感應釬焊則適用于具有對稱形狀的焊件,如管軸類。由于加熱溫度相對較低,釬焊對工件材料的性能影響較小,焊件的應力變形也較小。但需注意的是,釬焊接頭的強度和耐熱能力相對較低。

浸沾釬焊是一種將焊件局部或整體浸入熔融鹽混合物熔液或釬料熔液中的釬焊方法。這種方法的優點在于加熱迅速、溫度均勻,同時焊件變形小。爐中釬焊則是利用電阻爐來加熱焊件,通過抽真空或采用還原性氣體、惰性氣體來保護焊件。

此外,還有烙鐵釬焊、電阻釬焊、擴散釬焊、紅外線釬焊、反應釬焊、電子束釬焊、激光釬焊等多種釬焊方法。這些方法適用于焊接碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鋁、銅等金屬材料,并能連接異種金屬和金屬與非金屬。它們特別適用于焊接受載不大或常溫下工作的接頭,以及精密、微型和復雜的多釬縫焊件。

另外,還有高頻焊、爆炸焊和超聲波焊等其他焊接方法。高頻焊利用高頻電流在工件內產生的電阻熱來焊接金屬,生產效率高,主要用于制造管子時的縱縫或螺旋縫焊接。爆炸焊則是利用炸藥爆炸產生的能量來實現金屬連接,可以焊接的異種金屬組合范圍廣泛。超聲波焊則是通過超聲波的振動能量來焊接金屬,具有高效、環保的特點。

超聲波焊,一種以機械能為能源的固相焊接方法,通過聲極發出高頻振動,使焊接工件在靜壓力下產生強烈摩擦并加熱至焊接溫度,從而實現牢固結合。這種方法適用于多種金屬材料的焊接,包括金屬、異種金屬以及金屬與非金屬,且特別適合金屬絲、箔或厚度小于2~3mm的薄板金屬接頭的批量生產。接下來,我們將介紹另一項焊接新技術——焊接機器人。

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焊接技術的革新推動了其向自動化、智能化和信息化方向的持續進步。智能焊接機器人的出現,標志著焊接過程高度自動化的新階段。這類機器人不僅突破了傳統焊接自動化的局限,更使得小批量自動化生產成為可能。

焊接機器人主要分為固定位置的手臂式機械,包括示教型和智能型兩種。示教型機器人通過預先的示教來記憶焊接軌跡和參數,并嚴格按照這些指令進行產品焊接。其優點在于操作精確,適合大批量生產。然而,它們對環境變化的適應能力相對較弱,難以應對大型結構在工地上的小批量生產需求。

相比之下,智能型機器人則更為先進。它們能夠根據簡單的控制指令自動確定焊縫起點、空間軌跡及關鍵參數。同時,它們還能根據實際情況自動跟蹤焊縫、調整焊炬姿態和參數,以確保焊接質量。盡管這類機器人目前仍處在研究開發階段,且實際應用較少,但它們無疑是未來焊接技術的重要發展方向。

此外,點焊機器人在焊接機器人中占據了相當大的比例,達到50%~60%。這類機器人由本體、點焊系統和控制系統三大部分組成,具有1~5個自由度。其控制系統負責本體和焊接部分的協調控制。

另一方面,計算機軟件在焊接領域的應用也日益廣泛。這包括計算機模擬技術,如模擬焊接熱過程、冶金過程、應力和變形等。通過這些模擬技術,我們可以更深入地理解焊接過程的復雜性,并通過計算機系統來優化設計方案、工藝方法和參數選擇。

傳統上,焊接工藝的確定往往需要經過一系列繁瑣的實驗或依賴經驗。然而,隨著計算機模擬技術的引入,這一狀況得到了顯著改善。通過少量的驗證試驗證明數值方法的有效性后,大量的篩選工作便可交由計算機高效完成,從而節省了大量的人力、物力和時間。這一技術在新的工程結構和新材料焊接方面展現出了巨大的潛力。

此外,計算機模擬技術的水平還直接決定了自動化焊接的應用范圍。同時,它也被廣泛應用于分析焊接結構和接頭的強度、性能等關鍵問題。

另一方面,數據庫技術與專家系統也為焊接工藝的設計和優化提供了強大的支持。這些系統不僅用于選擇工藝參數、診斷焊接缺陷,還能進行焊接成本預算、實時監控、CAD設計以及焊工考試等多樣化應用。數據庫技術已滲透到焊接領域的每個環節,從原材料管理到焊接生產,為數據和信息的高效管理提供了有力保障。

同時,焊接專家系統在工藝制定、缺陷預測和診斷以及計算機輔助設計等方面也發揮著重要作用。現有的專家系統主要聚焦于工藝選擇和制定,而實時控制則是未來發展的重要方向。

另外,計算機輔助質量控制技術(CAQ)的應用也日益廣泛,它主要用于產品的數據分析、焊接質量的實時監測等關鍵環節。同時,計算機輔助設計/制造(CAD/CAM)在焊接加工中的應用也日益增加,特別是在數控切割、焊接結構設計和焊接機器人領域。