2.3.1　常用焊接方法

1．手工電弧焊

（1）焊接過程及特點。手工電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。如圖2-47所示，將焊條和焊件與弧焊機(jī)的兩極相連，然后引弧，電弧熱使焊件接頭處的金屬和焊條端部熔化，形成焊池。隨著焊條的移動，新的熔池不斷形成，舊的熔池不斷凝固，形成焊縫。手工電弧焊設(shè)備簡單，操作靈活，是應(yīng)用最廣泛的焊接方法。

圖2-47　手工電弧焊原理圖

1—焊件　2—焊縫　3—電弧　4—焊條　5—焊鉗　6、8—電纜　7—電焊機(jī)

（2）焊接電弧的產(chǎn)生。焊接電弧的產(chǎn)生過程如圖2-48所示。焊接時，當(dāng)焊條末端與焊件接觸時，造成短路，在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，使接觸處金屬熔化。在很快提起焊條2～4mm時，焊條與焊件之間充滿了高熱的氣體與氣態(tài)的金屬，由于質(zhì)點的熱碰撞以及焊接電壓的作用，使氣體電離而導(dǎo)電，于是在焊條與焊件之間形成了電弧。

圖2-48　焊接電弧的產(chǎn)生過程

（3）焊接電弧的構(gòu)造及熱量分布。當(dāng)采用直流電源時，如焊條接負(fù)極，焊件接正極，焊接電弧分三個區(qū)域，如圖2-49所示，即陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)。陰極區(qū)釋放的熱量約占電弧總熱量的36%，溫度約為2100℃；陽極區(qū)釋放的熱量約占電弧總熱量的43%，溫度約為2300℃；弧柱區(qū)釋放的熱量約占電弧總熱量的21%，弧柱中心溫度可達(dá)5700℃以上。當(dāng)使用交流焊接電源時，由于電源極性快速交替變化，所以兩極的溫度基本一樣。

圖2-49　焊接電弧的組成

（4）焊接電弧的極性及其選用。用直流電源焊接時，由于正極與負(fù)極上的熱量不同，電極的接法有正接和反接兩種。正接法是正極接焊件、負(fù)極接焊條。這時，在焊接產(chǎn)生的熱量較大，適合于高熔點、尺寸較大的焊件的焊接。反接法是正極接焊條、負(fù)極接焊件，適合于薄件、有色金屬、不銹鋼及鑄鐵等焊件的焊接。用交流電源焊接時，不存在正、反接問題。

（5）焊條的組成及選用原則。焊條是涂有藥皮的供焊條電弧焊用的熔化電極。

1）焊條的組成。焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。焊芯是焊條中被藥皮包覆的金屬絲。其作用是導(dǎo)電、引弧及填充焊縫。常用焊條直徑為2.0～6.0mm，長度為300～400mm。焊條直徑通常按焊件厚度選取，如表2-5所示。藥皮是壓涂在焊芯表面的涂層，其主要作用是使電弧引燃容易，并有造氣、造渣、保護(hù)熔池的作用。

表2-5　焊條直徑的選取

2）焊條的選擇原則。在焊接低碳鋼、低合金鋼、高強(qiáng)度鋼時，一般根據(jù)母材的抗拉強(qiáng)度，按“等強(qiáng)度原則”選用與母材有相同強(qiáng)度等級且成分相近的焊條；焊接不銹鋼和耐熱鋼時，一般根據(jù)母材的化學(xué)成分類型，按“等成分原則”選用與母材成分類型相同的不銹鋼或耐熱鋼焊條。

（6）焊接設(shè)備。手工電弧焊的主要設(shè)備是電弧焊機(jī)，按產(chǎn)生電源不同可分為交流弧焊機(jī)和直流弧焊機(jī)。

交流弧焊機(jī)實際上是符合焊接要求的降壓變壓器，工作電壓為60～80V，工作電流按板厚不同在50～180A之間可調(diào)。交流弧焊機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用維修方便，故應(yīng)用廣泛。

直流弧焊機(jī)提供的是U=50～80V，50～180A的直流電，電弧穩(wěn)定，焊接質(zhì)量好，能適應(yīng)各類焊條，常用于重要結(jié)構(gòu)件的焊接。

2．氣焊

氣焊是利用可燃?xì)怏w乙炔和助燃?xì)怏w氧按一定比例混合后，從焊矩噴嘴噴出，點燃后形成高溫火焰，將焊件加熱到一定溫度后，再將焊絲熔化，充填焊縫，然后用火焰將接頭吹平，待其冷凝后，便形成焊縫的一種焊接方式，如圖2-50所示。

圖2-50　氣焊示意圖

1—焊件　2—焊縫　3—焊絲　4—火焰　5—焊矩

氣焊時所用的火焰，按可燃?xì)怏w乙炔（C₂H₂）與助燃?xì)怏w氧（O₂）的體積比值分為碳化焰（V_O2∶V_C2H2＜1）、中性焰（V_O2∶V_C2H2=1～1.2）和氧化焰（V_O2∶V_C2H2＞1.2）三種。碳化焰主要用于焊接含碳量較高的高碳鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金等材料，也可用于鑄鐵件的焊補。因為這種火焰有增碳作用，可補充焊接過程中碳的燒損。中性焰主要用于低碳鋼、低合金鋼、高鉻鋼、不銹鋼和紫銅等材料。氧化焰主要用于焊接黃銅、青銅等材料。因為氧化餡可在熔化金屬表面生成一層硅的氧化膜（焊絲中含硅），可保護(hù)低熔點的鋅、錫不被蒸發(fā)。

焊接碳鋼時，可直接用焊絲焊接。而焊接不銹鋼、耐熱鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金時，必須用氣焊焊劑，以防止金屬氧化和消除已經(jīng)形成的氧化物。

由于氣焊火焰的溫度比電弧低，熱量少，所以主要用于焊接厚度在2mm左右的薄板。

3．埋弧焊

電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法稱為埋弧焊。

（1）埋弧焊的工藝原理。圖2-51是埋弧焊的工藝原理圖。焊接前，在焊件接頭上覆蓋一層30～50mm厚的顆粒狀焊劑，然后將焊絲插入焊劑中，使它與焊件接頭處保持適當(dāng)距離，并使其產(chǎn)生電弧。電弧產(chǎn)生的熱量使周圍的焊劑熔化成熔渣，并形成高溫氣體，高溫氣體將熔渣排開形成一個空腔，電弧就在這一空腔中燃燒。覆蓋在上面的液態(tài)熔渣和表面未熔化的焊劑將電弧與外界空氣隔離。焊絲熔化后形成熔滴落下，并與熔化了的焊件金屬混合形成熔池。隨著焊絲沿箭頭所指方向的不斷移動，熔池中的液態(tài)金屬也隨之凝固，形成焊縫。同時，浮在熔池上面的熔渣也凝固成渣殼。

（2）埋弧焊的工藝特點和應(yīng)用。與手工電弧焊相比，埋弧焊的優(yōu)點是：焊接質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化，勞動強(qiáng)度低，勞動條件較好，操作也簡單；由于沒有焊條頭，金屬燒損和飛濺少，故能節(jié)約金屬和電能。埋弧焊的缺點是：設(shè)備費用高；一般情況下只能焊接平焊縫，而不適宜焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有傾斜焊縫的焊件；因看不見電弧，焊接時檢查焊縫質(zhì)量不方便。埋弧焊適用于3mm以上的低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅、鋁等金屬材料的長直焊縫和直徑較大（≥250mm）的環(huán)焊縫焊接。

圖2-51　埋弧焊工藝原理圖

1—焊件　2—熔池　3—熔滴　4—焊劑　5—焊機(jī)斗6—導(dǎo)電嘴　7—焊絲　8—熔渣　9—渣殼　10—焊縫

4．氣體保護(hù)電弧焊

用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊稱為氣體保護(hù)電弧焊，簡稱為氣體保護(hù)焊。常用的氣體保護(hù)電弧焊方法有氬弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。

（1）氬弧焊。氬弧焊是用氬氣作為保護(hù)氣體的電弧焊。氬弧焊按電極在焊接過程中是否熔化而分為熔化極氬弧焊（如圖2-52（a）所示）和非熔化極氬弧焊（如圖2-52（b）所示）兩種。熔化極氬弧焊是采用直徑為φ0.8～2.44mm的實心焊絲，由氬氣來保護(hù)電弧和熔池的一種焊接方法。焊絲既是電極，也是填充金屬，所以稱為熔化極氬弧焊，適宜焊接3～25mm厚的板材。

非熔化極氬弧焊是以鎢極作為電極，用氬氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊。在焊接過程中，鎢極不熔化，填充金屬是靠熔化送進(jìn)電弧區(qū)的焊絲，適宜4mm以下厚的薄板。

氬弧焊與其他電弧焊方法相比，由于是明弧焊接，操作和觀察都比較方便，可進(jìn)行各種位置的焊接。氬弧焊幾乎可用于所有金屬材料的焊接，特別是焊接化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬材料，目前多用于焊接鋁、鎂、鈦、銅及其合金、低合金鋼、不銹鋼和耐熱鋼等材料。

（2）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是在實心焊絲連續(xù)送出的同時，用二氧化碳作為保護(hù)氣體進(jìn)行焊接的熔化電弧焊，如圖2-53所示。

圖2-52　氬弧焊示意圖

1—焊件　2—熔滴　3—氬氣　4、10—噴嘴5、11—噴管　6—熔化極焊絲　7、9—導(dǎo)電嘴8—非熔化極鎢絲　12—外加焊絲

圖2-53　二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊示意圖

1—焊件　2—CO2氣體　3—噴嘴　4—CO2氣瓶　　　5—送氣軟管　6—焊槍　7—送絲機(jī)構(gòu)　　　8—焊絲　9—繞絲盤　10—電焊機(jī)11—焊縫金屬　12—導(dǎo)電嘴

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的優(yōu)點是生產(chǎn)率高；二氧化碳?xì)怏w的價格比氬氣低，電能消耗少，所以成本較低；由于電弧熱量集中，所以熔池小，焊件變形小，焊接質(zhì)量高。缺點是不宜焊接容易氧化的有色金屬等材料，電弧光強(qiáng)，熔滴飛濺較嚴(yán)重，焊縫成型不夠光滑。

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊常用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和耐熱鋼的薄板焊接，也適用于修理機(jī)件，如磨損零件的堆焊等，不適合于有色金屬焊接。

5．電阻焊

焊件裝配好后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及臨近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，將其加熱至塑性或熔化狀態(tài)，在外力作用下形成原子間結(jié)合的焊接方法稱為電阻焊，也稱為接觸焊。電阻焊按接觸方式分為對焊、點焊和縫焊，如圖2-54所示。

圖2-54　電阻焊示意圖

（1）對焊。按焊接過程和操作方法的不同，對焊可分為電阻對焊和閃光對焊兩種，如圖2-54（a）所示。

電阻對焊是將焊件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速施加壓力完成焊接的方法。電阻對焊的接頭外形光滑無毛刺，但接頭強(qiáng)度較低。一般用于直徑小于20mm、強(qiáng)度要求不高的桿件的焊接。

閃光對焊是將焊件裝配成對接接頭，略有間隙，接通電源，并使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點（產(chǎn)生閃光），使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達(dá)到預(yù)定溫度時，迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。閃光對焊接頭強(qiáng)度較高，但金屬損耗大，接頭處有毛刺需要清理，廣泛應(yīng)用于刀具、鋼棒、鋼管等的對接。不同金屬，如鋁-銅、鋁-鋼也可焊接。

（2）點焊。點焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法，如圖2-54（b）所示。

點焊時，熔化金屬不與外界空氣接觸，焊點缺陷少，強(qiáng)度高，焊件表面光滑，變形小。點焊主要用于焊接薄板構(gòu)件，低碳鋼點焊板料的最大厚度為2.5～3.0mm。此外，還可焊接不銹鋼、銅合金、鈦合金和鋁鎂合金等材料。

（3）縫焊?？p焊是將焊件裝配成搭接接頭并置于兩滾輪電極之間，滾輪壓緊焊件并轉(zhuǎn)動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法，如圖2-54（c）所示?？p焊焊縫表面光滑平整，具有較好的氣密性，常用于焊件要求密封的薄壁容器，在汽車、飛機(jī)制造業(yè)中應(yīng)用很廣泛。縫焊也常用來焊接低碳鋼、合金鋼、鋁及鋁合金等薄板材料。

6．釬焊

（1）釬焊過程。先將焊件接合表面清洗干凈，多以搭接形式組合焊件，采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，把釬料、釬劑放在接縫處，并將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點而低于母材熔點的溫度。液態(tài)釬料便借助毛細(xì)管作用流入接縫的間隙中，并與母材相互擴(kuò)散，凝固后便形成牢固的接頭。

（2）釬焊的特點。釬焊加熱溫度低，焊接變形小，工件尺寸準(zhǔn)確。釬焊可對工件整體加熱，同時焊成許多焊縫，生產(chǎn)率高。釬焊不僅可連接同種或異種金屬，還可焊接金屬或非金屬。但是，釬焊接頭的強(qiáng)度較低，焊前清理工作要求較嚴(yán)。

（3）釬焊的分類和應(yīng)用。釬焊按釬料熔點的不同，可分為軟釬焊和硬釬焊兩類。

1）硬釬焊。硬釬焊是使用熔點高于450℃的硬釬料所進(jìn)行的釬焊。常用的硬釬料為銅基、銀基釬料，釬劑是硼砂。釬劑可清除釬料和焊件表面的氧化物，增強(qiáng)釬料的附著作用。硬釬焊接頭強(qiáng)度較高，主要用于受力較大或工作溫度較高的釬焊結(jié)構(gòu)，應(yīng)用比較廣泛，如硬質(zhì)合金刀具、自行車車架等。

2）軟釬焊。軟釬焊是使用熔點低于450℃的軟釬料所進(jìn)行的釬焊。常用的軟釬料為錫鉛釬料，釬劑是松香、氯化鋅溶液等。軟釬焊接頭強(qiáng)度較低，主要用于受力不大、工作溫度較低的釬焊結(jié)構(gòu)，如電子元件或電氣線路的焊接；也可用于要求密封性好的容器的焊接。