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焊接
气焊
三、气焊
气焊是利用可燃性气体火焰作为热源熔化母材和填充金属，实现金属焊接的一种方法，如图1所示。可燃性气体主要有乙炔、液化气或丙烷燃气等，其中最常用的是乙炔。
三、气焊
气焊的主要设备和工具包括氧气瓶、氧气减压器、乙炔瓶、乙炔减压器、回火保险器、焊炬及胶管等，如图2所示。
1.气焊的主要设备和工具
图1 气焊操作过程示意图 图2 气焊的主要设备和工具
三、气焊
乙炔与铜或银长期接触后生成的乙炔铜或乙炔银是一种爆炸性化合物，它们受到剧烈振动或者加热到110~120℃时会发生爆炸。因此，凡是与乙炔接触的器具禁止用银或铜含量超过70%的铜合金制造。另外，乙炔与氯、次氯酸盐反应会发生燃烧和爆炸，因此乙炔燃烧时，绝对禁止使用四氯化碳来灭火。
安全知识
三、气焊
1.气焊的主要设备和工具
1.氧气瓶
氧气瓶是一种储存和运输氧气的高压容器。氧气瓶容积一般为40L，瓶口上装有开闭氧气瓶的阀门，并套有保护瓶阀的瓶帽。按规定，氧气瓶外表涂成天蓝色并用黑色字标明“氧气”字样。氧气瓶不许曝晒、火烤、振荡及敲打，也不许被油脂沾污。使用的氧气瓶必须定期进行压力试验。
2.乙炔瓶
乙炔瓶是一种储存和运输乙炔的高压容器，瓶口装有阀门并套有瓶帽保护。按规定，乙炔瓶外表涂成白色并用红色字标明“乙炔，火不可近”字样。
三、气焊
1.气焊的主要设备和工具
3.减压器
氧气减压器是将氧气瓶内的高压氧气调节成工作所需要的低压氧气，并在工作过程中保持压力与流量稳定不变；乙炔减压器是将乙炔瓶内的高压乙炔调节成工作所需要的低压乙炔，并保持工作过程中的压力与流量稳定不变。
4.回火保险器
在气焊过程中，由于气体供应不足，或管道与焊嘴阻塞等原因，均会导致火焰沿乙炔胶管向内逆燃，这种现象称为回火。回火会引起乙炔瓶或乙炔发生器的爆炸。为了防止这种严重事故的发生，必须在胶管与乙炔瓶或乙炔发生器之间装上回火保险器。
三、气焊
1.气焊的主要设备和工具
5.焊炬
焊炬的作用是将可燃气体与氧气按一定比例混合，并以一定的速度喷出，点燃后形成稳定燃烧并具有较高热能的焊接火焰。按可燃气体与氧气混合方式的不同，焊炬可分为射吸式焊炬和等压式焊炬两类。目前使用较多的是射吸式焊炬，如图3所示。
三、气焊
2.气焊工艺
气焊具有火焰容易控制、适应性强、不需电源、能够焊接多种金属材料等优点。但气焊存在火焰温度较低、加热缓慢、热影响区较宽、焊件易变形及难以实现机械化等缺点。气焊适合焊接厚度在3mm以下的薄钢板、非铁金属及其合金，钎焊刀具及铸铁的补焊等。
1.气焊火焰
气焊质量的优劣与所用气焊火焰的性质有很大关系。改变氧气和乙炔的体积比可得到氧化焰、中性焰和碳化焰三种不同性质的气焊火焰，如图4所示。
三、气焊
2.气焊工艺
1.气焊火焰
氧化焰是指火焰中有过量的氧，在尖形焰芯外面形成一个具有氧化性富氧区的火焰。由于氧气充足，火焰燃烧剧烈，最高温度可达3300℃，适合于焊接黄铜、锡青铜、镀锌铁皮等。
中性焰是指在燃烧区内既无过量氧又无游离碳的火焰。氧气与乙炔充分燃烧，内焰的最高温度可达3000~3200℃，适合于焊接低碳钢、中碳钢、低合金钢、紫铜、铝及铝合金等。
碳化焰是指火焰中含有游离碳，具有较强的还原作用，也具有一定渗碳作用的火焰。此时乙炔过剩，火焰最高温度可达3000℃，适合于焊接高碳钢、高速钢、铸铁及硬质合金等。
三、气焊
2.气焊工艺
2.气焊的接头形式与坡口形式
气焊主要采用对接接头，而角接接头和卷边接头只是在焊接薄板时采用，搭接接头和T形接头则较少采用。在对接接头中，当焊件厚度小于5mm时，可以不开坡口，只留0.5~1.5mm的间隙；当焊件厚度大于5mm时，必须开坡口。坡口的形式、角度、间隙及钝边等与焊条电弧焊基本相同。
3.气焊时焊丝直径的选择
气焊焊丝的化学成分要求与焊件的化学成分基本相符，焊丝的直径一般根据焊件厚度来决定，见表1.
三、气焊
2.气焊工艺
3.气焊时焊丝直径的选择
表1焊件厚度与焊丝直径的关系
焊件厚度/mm 1~2 2~3 3~5 5~10 10~15 ＞15
焊丝直径/mm 1~2 2~3 3~4 3~5 4~6 4~6
三、气焊
2.气焊工艺
4.气焊时焊嘴倾角的选择
焊炬倾斜角度是指焊嘴长度方向与焊件之间的夹角，如图5所示，其大小主要取决于焊件厚度和母材的熔点与导热性等。在气焊过程中，焊丝与焊件表面的倾斜角度一般为30°~40°，焊丝与焊炬中心线的角度为90°~100°，如图6所示。
图5 焊炬倾斜角度与焊件厚度的关系 图6 焊炬与焊丝的位置
三、气焊
2.气焊工艺
5.气焊的基本操作方法
气焊前，先调节好氧气压力和乙炔压力，装好焊炬。点火时，先微开氧气阀门，再打开乙炔阀门，随后点燃火焰，调节至所需要的火焰。在点火过程中，如果有放炮声或火焰熄灭现象，则应立即减少氧气或放掉不纯的乙炔后再点火。灭火时，应先关乙炔阀门，再关氧气阀门，以免发生回火并减少烟尘。
6.气焊时的焊接速度
焊接速度与焊件的熔点和厚度有关，一般当焊件的熔点高、厚度大时，焊接速度应慢一些，但在保证焊接质量的前提下应尽量提高焊接速度，以提高生产率。
三、气焊
新型氢氧焊割机
拓展知识
新型氢氧焊割机克服了传统氧-乙炔焊割机能耗高、不安全的缺点。它采用电解水的原理，将水分解为氢氧混合物，利用可燃的氢氧混合物进行各种火焰加工，混合物的燃烧热值是石油的3倍，使用成本是氧-乙炔焊的1/10，混合物燃烧后的生成物是水，不污染环境。新型氢氧焊割机可用于钢铁材料、非铁金属的焊接和切割及玻璃制品的封口和烧制。
埋弧焊
四、埋弧焊
埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧并进行焊接的方法。埋弧焊属于电弧焊的一种，可分为埋弧自动焊和埋弧半自动焊。埋弧焊的工作原理是电弧在颗粒状的焊剂下燃烧，焊丝由送丝机构自动送入焊接区进行焊接。电弧沿焊接方向的移动靠手工操作完成的称为埋弧半自动焊，电弧沿焊接方向的移动靠机械自动完成的称为埋弧自动焊。
埋弧自动焊设备如图1所示。焊接电源与焊件相接，颗粒状焊剂通过软管均匀地撒在焊接位置，焊丝被送丝电动机自动送入电弧燃烧区，并维持选定的弧长，在焊接小车的带动下以一定的速度移动完成焊接。
四、埋弧焊
图1 埋弧自动焊设备
四、埋弧焊
埋弧自动焊的优点是允许采用较大的焊接电流以提高生产率，焊缝保护好，焊接质量高，能节省材料和电能，无熔化金属溅射和弧光四射现象，劳动条件好，容易实现焊接自动化和机械化；缺点是焊接时电弧不可见，不能及时发现问题，接头的加工与装配要求较高，设备较贵，焊前准备时间长。
埋弧焊主要用于焊接非合金钢、低合金高强度钢，也可用于焊接不锈钢及加工铜等，适用于大批量焊接较厚的大型结构件的直焊缝和大直径环缝。
气体保护电弧焊
五、气体保护电弧焊
用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊，简称气体保护焊或气电焊。根据所用保护气体的不同，气体保护电弧焊可分为氩弧焊、二氧化碳气体保护焊及氦弧焊等。下面主要介绍氩弧焊和二氧化碳气体保护焊。
五、气体保护电弧焊
以氩气作为保护气体的气体保护电弧焊称为氩弧焊。按所用的电极不同，氩弧焊分为非熔化极（钨极）氩弧焊和熔化极氩弧焊两种，如图1所示。
氩弧焊的特点：便于观察，操作灵活，适于各种位置的焊接，焊后无熔渣，易实现焊接自动化，焊缝表面成形好，具有较好的力学性能，焊接电弧燃烧稳定，飞溅较小，能够焊接厚度为1mm以下的薄板及某些异种金属；但氩弧焊所用设备及控制系统比较复杂，维修较难，氩气价格较贵，焊接成本高。氩弧焊应用范围广泛，几乎可以对所有金属进行焊接，通常多用于在焊接过程中易氧化的铝、镁、钛及钛合金、不锈钢、耐热合金等的焊接。
1.氩弧焊
五、气体保护电弧焊
1.氩弧焊
图1 氩弧焊示意图
五、气体保护电弧焊
2.二氧化碳气体保护焊
用二氧化碳气体作为保护气体的气体保护电弧焊称为二氧化碳气体保护焊。如图2所示，焊接时焊丝作为电极连续送进，二氧化碳气体从喷嘴中以一定流量喷出，电弧引燃后，电弧与熔池被二氧化碳气体包围，防止空气对焊缝金属的有害作用。
五、气体保护电弧焊
2.二氧化碳气体保护焊
二氧化碳气体保护焊的优点是二氧化碳气体来源广、价格低，生产成本为埋弧焊的40%~50%；电弧的穿透能力强，熔池深；焊接速度快，生产率比焊条电弧焊高2~4倍；热影响区小，焊件变形小，焊缝质量高。二氧化碳气体保护焊的缺点是焊接设备较为复杂，需要采用直流电源；焊接时弧光较强，飞溅较大；焊缝表面不平滑，室外焊接时常受风的影响。二氧化碳气体保护焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢薄板。
等离子弧焊
六、等离子弧焊
借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法称为等离子弧焊，如图1所示。
六、等离子弧焊
等离子弧焊的优点是等离子弧能量易于控制，弧柱温度高（可达15700℃以上），穿透能力强，焊接质量高，生产率高，焊缝深宽比大，热影响区小。等离子弧焊的缺点是焊炬结构复杂，对控制系统要求较高，焊接区可见度较差，焊接最大厚度受到限制
等离子弧焊可以焊接绝大部分金属，但由于焊接成本较高，故主要用于焊接某些焊接性较差的金属和精细工件等，如焊接不锈钢、耐热钢、高强度钢、难熔金属材料及合金等。此外，还可以焊接厚度为0.025~2.5mm的箔材及板材，也可进行等离子弧切割。
电阻焊
七、电阻焊
焊件组合后通过电极施加压力，利用电流流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。电阻焊根据接头形式的不同可分为点焊、缝焊和对焊三种，如图1所示。
七、电阻焊
电阻焊的特点是生产率较高，成本较低，劳动条件好，焊件变形小，易实现机械化与自动化，由于焊接过程极快，所以电阻焊设备需要相当大的电功率和机械功率。
电阻焊主要用于焊接低碳钢、不锈钢、铝及铜等金属材料。其中点焊主要用于焊接厚度在4mm以下的薄板，广泛应用于汽车、飞机制造；缝焊主要用于焊接厚度在3mm以下的薄板，广泛应用于焊接油箱、烟道等；对焊主要用于焊接较大横截面（直径或边长小于30mm）的焊件和不同种类金属材料的对接，广泛应用于焊接刀具、管件、钢筋、钢轨及链条等。
电渣焊
八、电渣焊
利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法称为电渣焊。电渣焊分为丝极电渣焊（图1）、板极电渣焊和熔嘴电渣焊三种。
八、电渣焊
电渣焊时，焊件不需开坡口，不易产生气孔及夹渣等缺陷，不易出现淬硬组织和冷裂倾向；焊接低合金高强度钢及中碳钢时，通常不需预热；焊接热影响区在高温停留时间长，易产生晶粒粗大和过热组织；焊接接头冲击韧性较低，一般焊后需要正火或回火，强制成形一以改善焊接接头的组织与力学性能。电渣焊生产率装置高，劳动条件好，特别适合于焊接板材厚度在40mm以上的结构件，主要用于厚壁压力容器纵向焊缝的焊接。适合于电渣焊的金属材料有非合金钢、耐热钢、不锈钢、铝及铝合金等。
钎焊
九、钎焊
钎焊与熔化焊相比，焊件加热温度低、组织和力学性能变化较小，焊接接头光滑平整；某些钎焊方法可以一次焊接多个焊件和多个接头，生产率高；可以连接异种材料。但钎焊接头强度较低，工作温度不能太高。根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊和软钎焊两种。
九、钎焊
所用钎料熔点在450℃以上的钎焊称为硬钎焊。硬钎焊的焊接强度为300~500MPa。属于硬钎焊的钎料有铜基钎料、铝基钎料、银基钎料、镍基钎料及锰基钎料等，常用的为铜基钎料。硬钎焊时需要加钎剂，对铜基钎料常用硼砂、硼酸混合物作为钎剂。硬钎焊的加热方式有火焰加热、电阻加热、炉内加热、电弧加热及激光加热等，硬钎焊适合于受力较大的焊件及工具的焊接。
1.硬钎焊
九、钎焊
所用钎料熔点在450℃以下的钎焊称为软钎焊。软钎焊的焊接强度一般不超过140MPa。属于软钎焊的钎料有锡铅钎料、锡银钎料、铅基钎料及镉基钎料等，常用的为锡铅钎料。软钎焊时所用的钎剂为松香、酒精溶液、氯化锌或氯化锌加氯化氨水溶液。软钎焊时可用烙铁、喷灯或炉子加热焊件。软钎焊常用于受力不大的仪表、导电元件等的焊接。
2.软钎焊
九、钎焊
史海拾贝
在唐朝时期（约公元7世纪），我国已应用锡焊和银焊技术，而此项技术直到公元17世纪才在欧洲出现。
焊接新技术和新工艺
十、焊接新技术和新工艺
随着科学技术和机械制造业的发展，焊接技术也在不断地发展和提高。下面介绍部分成熟的焊接新技术与新工艺。
十、焊接新技术和新工艺
摩擦焊是指利用焊件表面相互摩擦所产生的热使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法，如图1所示。摩擦焊的特点是焊接质量高，易实现焊接自动化，生产率高，尤其适用于焊接异种材料（如铜与铝的焊接、铜与不锈钢的焊接等）。摩擦焊主要用于等横截面的杆状焊件的焊接。但摩擦焊设备投资较大，焊件必须是回转体，不宜焊接摩擦系数小或脆性大的金属材料。
1.摩擦焊
十、焊接新技术和新工艺
利用超声波的高频振荡能对焊件接头进行局部加热和表面清理，然后施加压力实现焊接的压焊方法称为超声波焊。进行超声波焊时，由于无电流流经焊件，无火焰，无电弧热源的影响，所以焊件表面无变形和热影响区，表面不需严格清理，焊接质量高。超声波焊适合焊接厚度小于0.5mm的焊件，特别适合焊接异种材料。
2.超声波焊
十、焊接新技术和新工艺
利用炸药爆炸产生的冲击力使焊件迅速碰撞，实现连接的压焊方法称为爆炸焊。一般来说，任何具有足够强度和塑性并能承受快速变形要求的金属材料均可进行爆炸焊。爆炸焊的质量较高，工艺操作过程简单，适用于一些工程结构件的连接，如螺纹钢的对接、钢轨的对接等。
3.爆炸焊
十、焊接新技术和新工艺
利用10~500kHz的高频电流进行焊接的电阻焊方法称为高频电阻焊。高频电阻焊的原理是，当高频电流通过焊件时，在焊件接合面处产生电阻热，再施加一定的压力使焊件连接。高频电阻焊的特点是焊接速度快，可以焊接多种金属材料。
4.高频电阻焊
5.激光焊
以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法称为激光焊。激光焊的特点是能量密度高，焊接速度快；焊缝窄，热影响区和变形很小；灵活性大，不需要焊接设备与焊件接触，可以用反射镜或偏转镜将激光在任何方向弯曲或聚焦，还可用光导纤维将其引到难以接近的部位进行焊接；可以进行同种金属和异种金属的焊接，也可以焊接玻璃钢等非金属材料。
十、焊接新技术和新工艺
利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法称为电子束焊。电子束焊的特点是能量利用率高，速度快，焊缝窄而深，热影响区和焊接变形很小，焊接质量高；能够焊接其他焊接方法难以焊接的形状复杂的焊件，特别适合于焊接化学活泼性强、要求纯度高和极易被大气腐蚀的金属，如铝、钛、锆、不锈钢及高强度钢等，也适合于焊接异种金属和非金属材料。
6.电子束焊
十、焊接新技术和新工艺
焊条电弧焊操作过程中需要完成哪三个基本运条动作？
仔细观察生活和学习环境，有哪些器件是采用焊接工艺生产的？
实践与思考
谢谢观看！

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