1、第八单元第八单元 其他焊接、切割方法与技其他焊接、切割方法与技术术 模块一 钎焊钎焊 1.钎焊原理 钎焊是采用比焊件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，低于焊件熔点的温度，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方法。要获得牢固的钎接接头，首先必须使熔化的钎料能很好地流入并填满接头间隙，其次钎料与焊件金属相互作用形成金属结合。（1）液态钎料的填隙原理 要使熔化的钎料能很好地流入并填满间隙，就必须具备润湿作用和毛细作用两个条件。（2）钎料与焊件金属的相互作用 液态钎料在填缝过程中，还会与焊件金属发生相互物理化学作用。一是固态焊件溶解于液态钎料，二是液态钎料向
2、焊件扩散，这二个作用对钎焊接头的性能影响很大。当溶解与扩散的结果使它们形成固溶体时，则接头的强度与塑性都高。如果溶解与扩散的结果使它们形成化合物时则接头的塑性就会降低。2.钎焊的分类 按钎料熔点不同，钎焊可分为软钎焊和硬钎焊。当所采用的钎料的熔点（或液相线）低于450时，称为软钎焊；当其温度高于450时，称为硬钎焊。按照热源种类和加热方式不同，钎焊可分为火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、电弧钎焊、激光钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊等。最简单、最常用的是火焰钎焊和烙铁钎焊。3.钎焊特点 钎焊时加热温度低于焊件金属的熔点，所以钎焊时，钎料熔化，焊件不熔化，焊件金属的组织和性能变化较少，焊件的应力与
3、变形较少，可以用于焊接尺寸精度要求较高的焊件。某些钎焊，它可以一次焊几条、几十条钎缝甚至更多，所以生产率高。钎焊不仅可以焊接同种金属，也适宜焊接异种金属，甚至可以焊接金属与非金属。钎焊接头的强度和耐热能力较基本金属低；装配要求比熔焊高；以搭接接头为主，使结构重量增加。钎料与钎剂钎料与钎剂 钎焊时用作形成钎缝的填充金属，称为钎料 按钎料的熔点不同，钎料可以分为软钎料（熔点低于450C）和硬钎料（熔点高于450C）两大类。软钎料包括锡基、铅基、铋基、铟基、锌基、镉基等，其中锡铅钎料是应用最广的一类软钎料。硬钎料包括铝基、银基、铜基、镁基、锰基、镍基、金基、钯基、钼基、钛基等，其中银基钎料是应用最广
4、的一类硬钎料。钎剂 钎剂是钎焊时使用的熔剂。它的作用是清除钎料和焊件表面的氧化物，并保护焊件和液态钎料在钎焊过程中免于氧化，改善液态对焊件的润湿性。从不同角度出发，可将钎剂分为多种类型。如按使用温度不同，可分为软钎剂和硬钎剂；按用途不同，可分为普通钎剂和专用钎剂。此外，考虑到作用状态的特征不同，还可分出一类气体钎剂。钎剂的分类如图94所示。钎焊工艺钎焊工艺 1.钎焊接头形式 钎焊时钎缝的强度比母材低，若采用对接接头，则接头的强度比母材差。所以，钎焊大多采用增加搭接面积来提高承载能力的搭接接头，一般搭接接头长度为板厚的34倍，但不超过15mm。2.装配间隙及钎料放置 钎焊间隙应适当中，间隙过小，
5、钎料流入困难，在钎缝内形成夹渣或未钎透，导致接头强度下降；间隙过大，毛细作用减弱，钎料不能填满间隙使钎缝强度降低，同时钎缝过大也使钎料消耗过多。钎料可在钎焊过程中送给，也可在钎焊前预先放置。大多数钎焊方法钎料都是预先放置在接头上的，使其熔化后在重力与毛细作用下易填满钎缝。3.钎焊工艺参数 钎焊工艺参数主要是钎焊温度和保温时间。钎焊温度一般高于钎料熔点2560；钎料与基本金属作用强的保温时间取短些，间隙大的、焊件尺寸大的保温时间则取长些。4.焊后清理 钎剂残渣大多数对钎焊接头起腐蚀作用，同时也妨碍对钎缝的检查，所以焊后必须及时清除，一般应在钎焊后8h内进行。模块二模块二 电渣焊电渣焊 1.电渣焊
6、的原理 电渣焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。焊接开始时，先在电极和引弧板之间引燃电弧，电弧熔化焊剂形成渣池。当渣池达到一定深度后，电弧熄灭，这一过程称为引弧造渣阶段。随后进入正常焊接阶段，这时电流经过电极并通过渣池传到焊件。由于渣池中的液态熔渣电阻较大，通过电流时就产生大量的电阻热，将渣池加热到很高温度（17002000）。使电极及焊件熔化，并下沉到底部形成金属熔池，而密度较熔化金属小的熔渣始终浮于金属熔池上部起保护作用。随着焊接过程的连续进行，熔池金属的温度逐渐降低，在冷却滑块的作用下，强迫凝固形成焊缝。最后是引出阶段，即在焊件上部装有引出板，以便将渣池和收尾部分的焊缝
7、引出焊件，以保证焊缝质量。2.电渣焊的特点 生产率高 对于大厚度的焊件，可以一次焊好，且不必开坡口。因此电渣焊要比电弧焊的生产效率高得多。经济效果好 电渣焊的焊缝准备工作简单，大厚度焊件不需要进行坡口加工，即可进行焊接，因而可以节约大量金属和加工时间。宜在垂直位置焊接 当焊缝中心线处于垂直位置时，电渣焊形成熔池及焊缝成形条件最好，一般适合于垂直位置焊缝的焊接。焊缝缺陷少 渣池在整个焊接过程中总是覆盖在焊缝上面，一定深度的渣池使液态金属得到良好的保护，焊缝不易产生气孔、夹渣及裂纹等缺陷。焊接接头晶粒粗大 这是电渣的主要缺点。焊后必须热处理。3.电渣焊的分类 电渣焊根据所用的电极形状不同可分为：丝
8、极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊（包括管极电渣焊）4.电渣焊的适用范围 电渣焊适用大厚度的焊件，目前可焊接的最大厚度达300mm。焊件越厚、焊缝越长，采用电渣焊越合理。5.电渣焊工艺及设备电渣焊工艺及设备（1）电渣焊焊剂 目前常用的电渣焊焊剂有HJ360、HJ170，HJ360是中锰高硅中氟焊剂，常用于焊接大型低碳钢和某些低合金结构。HJ170固态时具有导电性，用于电渣焊开始时形成渣池。除上述两种专用焊剂外，焊剂431也广泛用于电渣焊焊接。（2）电渣焊的电极材料 电渣焊的电极有焊丝、熔嘴、板极等。生产中多采用低合金结构钢焊丝或材料作为电极，常用焊丝有H08MnA、H08Mn2SiA、H10Mn
9、2等，板极和熔嘴板的材料通常为Q295（09Mn2）等，熔嘴管为20号无缝钢管。（3）电渣焊焊接工艺参数 电渣焊的工艺参数较多，但对于焊缝成形影响比较大的主要是焊接电流、焊接电压、装配间隙、渣池深度。（4）电渣焊设备 电渣焊一般采用专用设备，生产中较为常用的是HS1000型电渣焊机。它适用于丝极和板极电渣焊。可焊接60mm500mm厚的对接立焊缝；60mm250mm厚的T形接头、角接接头焊缝；配合焊接滚轮架，可焊接直径在3000 mm以下、壁厚小于450 mm的环缝；以及用板极焊接800 mm以内的对接焊缝。模块三模块三 碳弧气刨碳弧气刨1.碳弧气刨原理及特点碳弧气刨原理及特点 碳弧气刨是使用
10、石墨棒与刨件间产生电弧将金属熔化，并用压缩空气将其吹掉，实现在金属表面上加工沟槽的方法。碳弧气刨的特点：碳弧气刨比采用风铲可提高生产率10倍，在仰位或竖位进出时更具有优越性。与风铲比较，噪声较小，并减轻了劳动强度，易实现机械化。在对封底焊进行碳弧气刨挑焊根时，易发现细小缺陷，并可克服风铲由于位置狭窄而无法使用的缺点。碳弧气刨也有一些缺点：如产生烟雾，噪音较大，粉尘污染，弧光辐射等。碳弧气刨广泛应用于清理焊根，清除焊缝缺陷，开焊接坡口（特别是U形坡口），清理铸件的毛边、浇冒口及缺陷，还可用于无法用氧乙炔切割的各种金属材料切割等。2.碳弧气刨设备碳弧气刨设备 碳弧气刨设备由电源、气刨枪、碳棒、电缆
11、气管和空气压缩机组成。3.碳弧气刨工艺碳弧气刨工艺 碳弧气刨的工艺参数主要有电源极性、电流与碳棒直径。刨削速度、压缩空气压力、碳棒的伸出长度，碳棒与工件的倾角、电弧长度等。4.碳弧气刨操作 碳弧气刨操作特点是准、平、正。模块四模块四 螺柱焊螺柱焊 将螺柱一端与板件（或管件）表面接触，通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力完成焊接的方法称为螺柱焊，它同时具有熔焊和压焊的特征。一、螺柱焊的特点、应用及分类一、螺柱焊的特点、应用及分类1螺柱焊的特点 （1）焊接时间短（通常小于1s），不需要填充金属，生产率高；热输入小，焊缝金属和热影响区窄，焊接变形极小。（2）只需单面焊，熔深浅，焊接过程不会对焊件
12、背面造成损害。安装紧固件时，不必钻孔、攻螺纹和铆接，使紧固件之间的间距达到最小，增加了防漏的可靠性。（3）对焊件表面清理要求不很高，焊后也无须清理。（4）与螺纹拧入的螺柱相比所需母材厚度小，因而节省材料，还可减少连接部件所需的机械加工工序，成本低。（5）螺柱焊可焊接小螺柱、薄母材和异种金属，也可把螺柱焊到有金属涂层的母材上且有利于保证焊接质量。（6）易于全位置焊接。（7）螺柱的形状和尺寸受焊枪夹持和电源容量限制；螺柱的底端尺寸受母材厚度的限制。（8）焊接易淬硬金属时，由于焊接冷却速度快，易在焊缝和热影响区形成淬硬组织，接头延性较差。2螺柱焊的应用 螺柱焊在安装螺柱或类似紧固件方面可取代铆接、钻
13、孔、焊条电弧焊、电阻焊或钎焊。可焊接低碳钢、低合金钢、铜、铝及其合金材质制作的螺柱、焊钉（栓钉）、销钉以及各种异型钉，广泛应用于钢结构高层建筑、仪表、机车、航空、石油、高速公路、造船、汽车、锅炉、电控柜等行业。3螺柱焊的分类 螺柱焊根据所用电源和接头形成过程的不同通常可分为电弧螺柱焊、电容储能螺柱焊和短周期螺柱焊三种基本形式。它们的主要区别在于供电电源和燃弧时间长短的不同。电弧螺柱焊由弧焊电源供电，燃弧时间约0.11S；电容储能螺柱焊由电容储能电源供电，燃弧时间非常短约115ms。短周期螺柱焊是电弧螺柱焊的一种特殊形式，焊接时间只有电弧螺柱焊的十分之一到几十分之一，在焊接过程中与电容储能螺柱焊
14、一样，不用采取像普通电弧螺柱焊所用的陶瓷环、焊剂及保护气体等保护措施。二、电弧螺柱焊二、电弧螺柱焊 电弧螺柱焊是电弧焊方法的一种特殊应用。焊接过程大致如下：先将螺柱放入焊枪夹头，在螺柱与焊件间引燃电弧，使螺柱端面和相应的焊件表面被加热到熔化状态，达到适宜的温度时，将螺柱挤压到熔池中去，使两者融合形成焊缝。靠预加在螺柱引弧端的焊剂和陶瓷保护圈来保护熔融金属。电弧螺柱焊的焊接原理如图8-16所示。图图8-16 电弧螺柱焊焊接原理电弧螺柱焊焊接原理（箭头表示螺柱运动方向）1焊件 2保护套圈 3焊枪 4螺柱 5弹簧 2电弧螺柱焊的设备 电弧螺柱焊的设备由焊接电源、焊接时间控制器和焊枪等组成。电弧螺柱焊
15、枪是螺柱焊设备的执行机构，有手持式和固定式两种。手持式焊枪应用较普遍，固定式焊枪是为某特定产品而专门设计的，被固定在支架上，在一定工位上完成焊接。两种焊枪的工作原理相同。专用焊机常把电源与时间控制器做成一体。对焊接电源要求用直流电源来获得稳定电弧，还要有较高的空载电压，具有陡降的外特性，并且能在短时间内输出大电流并迅速达到设定值。图8-17为电弧螺柱焊设备及焊接图。图图8-17 电弧螺柱焊设备及焊接电弧螺柱焊设备及焊接 a）焊接电源 b）焊枪 c）焊接3.电弧螺柱焊的焊接参数 输入足够的能量是保证获得优质电弧螺柱焊接接头的基本条件。而这个能量又与螺柱的横截面积的大小、焊接电流、电弧电压及燃弧时
16、间有关。焊接电弧电压取决于电弧长度或螺柱焊枪调定的提升高度，一旦调好，电弧电压就基本不变。因此输入能量只由焊接电流和焊接时间决定。生产中一般是根据所焊螺柱横截面尺寸来选择焊接电流和焊接时间，螺柱直径越大，焊接电流越大，焊接时间越长。此外焊接参数也与螺柱材质有关。4.短周期螺柱焊 短周期螺柱焊是焊接电流经过波形控制的电弧螺柱焊，是普通电弧螺柱焊的一种特殊形式。焊接过程也是由短路提升焊接落钉有电顶锻等几个过程组成。短周期螺柱焊设备由电源、控制装置、送料机及焊枪等部分组成，其中电源和控制箱通常装在同一箱体中。此种螺柱焊的电源，可以是弧焊整流器组、逆变器，也可以是整流器加电容器组，采用双整流器和逆变器
17、作电源时的电弧过程是阶段稳定的电弧过程。三、三、电容储能螺柱焊电容储能螺柱焊 以充于电容器中的电能瞬时放电产生电弧热来连接螺柱与工件的方法，称电容放电螺柱焊。由于在焊接前电能已储在电容器内，故又称电容储能螺柱焊。根据引燃电弧的方式不同，将电容储能螺柱焊分成预接触式、预留间隙式和拉弧式三种焊接方法。1.预接触式 预接触式电容储能螺柱焊的特征是先接触后通电，加压在通电之前，再完成焊接。2.预留间隙式 预留间隙式电容储能螺柱焊的特征是留间隙，先通电后接触放电加压，完成焊接。3.拉弧式 拉弧式电容储能螺柱焊的特征是接触后拉起引弧，再电容放电完成焊接。四、四、螺柱焊方法的选择螺柱焊方法的选择 1当螺柱直
18、径大于8mm时，适合采用电弧螺柱焊方法（如电站锅炉水冷壁管屏通常采用电弧螺柱焊）。虽然电弧螺柱焊可焊接直径325mm的螺柱，但8mm以下的螺柱，采用电容储能螺柱焊或短周期螺柱焊更为合适。2焊件厚度和螺柱直径有个比例关系，电弧螺柱焊是34，电容储能螺柱焊和短周期螺柱焊是8左右，因此焊件厚度3mm以下最好采用电容储能螺柱焊和短周期螺柱焊。3对于碳钢、不锈钢及铝合金，电弧螺柱焊、电容储能螺柱焊及短周期螺柱焊均可以选用。但对铝合金、铜及涂层钢板薄板或异种金属材料螺柱焊最好选用电容储能螺柱焊。模块五模块五 先进焊接方法与技术先进焊接方法与技术1.真空电子束焊真空电子束焊 电子束焊是利用加速和聚焦的电子束
19、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。真空电子束焊工作原理 电子束是从电子枪中产生的。电子枪的阴极通电加热到高温而发射出大量电子，电子在加速电压的作用下达到0.30.7倍的光速，经电子枪静电透镜和电磁透镜的作用，会聚成一束能量（动能）极大的电子束。这种电子束以极高的速度撞击焊件的表面，电子的动能转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。强烈的金属气流将熔化的金属排开，使电子束继续撞击深处的固态金属，很快在被焊焊件上“钻”出一个锁形小孔（匙孔）。小孔被周围的液态金属包围，随着电子束与焊件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部逐渐冷却、凝固形成焊缝。2 激光焊与切割激光焊与切割 激光
20、是一种新能源，是比等离子弧更为集中的热源。激光可以用来焊接、切割、打孔或其它加工。激光焊是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，是当今先进的制造技术之一。激光焊接的基本原理 激光与普通光不同，它具有能量密度高（可达105 W/cm21013W/cm2），单色性好与方向性强的特点。激光焊就是利用激光器产生的单色性、方向性非常高的激光束，经过光学聚焦后，把其聚焦到直径10m的焦点上，能量密度达到106W/cm2以上，通过光能转变为热能，从而熔化金属进行焊接。3.扩散焊 焊件在高温下加压，但不产生可见变形和相对移动的固态焊接方法，称为扩散焊。扩散焊接的基本原理 扩散焊是把两个接触
21、的金属焊件，加热到高温（一般为0.7 T熔0.8T熔），并施加一定压力，此时焊件产生一定的显微变形，经过较长时间的原子互相扩散而得到牢固的联接。扩散焊根据被焊材料的组合形式可分为无中间层扩散焊和中间层扩散焊两种。4.焊接机器人及应用焊接机器人及应用 机器人是由程序控制的电子机械装置，具有某些类似人的器官的功能，能完成一定的操作或运输任务，也可以说是模仿人的机器。只有装有计算机的电子机械装置才有可能是机器人。特点 焊接质量的稳定和提高易于实现，保证其均一性。提高生产率，在一天内可24h连续生产。改善焊工劳动条件，可在有害环境下长期工作。降低对工人操作技术难度的要求。缩短产品改型换代的准备周期，减
22、少相应的设备投资。可实现小批量产品焊接自动化。为焊接柔性生产线提供基础。焊接机器人的构造 完整的弧焊机器人包括机器人的机械手、控制系统、焊接装置和焊件夹持装置。焊接装置包括焊枪、焊接电源及送丝机构。夹持装置用于夹持焊件，上面装有旋转工作台，便于调整焊件位置。机械手是正置全关节式的，其特点是机构紧凑、灵活性好、占地面积小、工作空间大。它与焊枪固定，带动焊枪运动。弧焊机器人通常有五个以上自由度，具有六个自由度的机器人可以保证焊枪的任意空间轨迹和姿势。点至点方式移动速度可达60m/min以上，其轨迹重复精度可达0.2mm。它可以通过示教和再现方式或通过编程进行工作。这种焊接机器人具有直线的及环形内插法摆动的功能，用以满足焊接工艺要求。焊接机器人的操作 弧焊机器人普遍采用示教方式工作，即通过示教盒的操作键引导到其始点，然后用按键确定位置、运动方式（直线或圆弧）、摆动方式、焊枪姿态以及各种焊接参数。同时还可通过示教盒确定周围设备的运动速度等。焊接操作包括引弧、施焊、熄弧、填满弧坑，都通过示教盒给定。示教完毕后，机器人控制系统进入程序编辑状态，焊接程序生成后即可进行实际焊接。焊接机器人 焊接机器人
