3) 气体保护电弧焊(气电焊)

　　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，简称气电焊

　　气电焊与其它焊接方法相比，具有以下特点：

　　--电弧和熔池的可见性好，焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数;

　　--焊接过程操作方便，没有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上不需清渣;

　　--电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小;

　　--有利于焊接过程的机械化和自动化，特别是空间位置的机械化焊接;

　　--可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金;

　　--可以焊接薄板;

　　--在室外作业时，需设挡风装制，否则气体保护效果不好，甚至很差;

　　--电弧的光辐射很强;

　　--焊接设备比较复杂，比焊条电弧焊设备价格高。

　　气电焊通常按照电极是否熔化和保护气体不同，分为：

　　① 钨极(不熔化极)惰性气体保护焊。

　　钨极氩弧焊接操作方式分为手工焊、半自动焊和自动焊三类。

　　钨极惰性气体保护焊具有下列优点：

　　--不和金属反应，并自动清除工件表面氧化膜的作用，可焊接化学活泼性强的有色金属、不锈钢、耐热钢等和各种合金;适用于薄板及超薄板材料焊接;

　　--可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法。

　　不足之处是：

　　--熔深浅，熔敷速度小，生产率较低;

　　--其微粒有可能进入熔池，造成污染(夹钨);

　　--惰性气体(氩气、氦气)较贵，生产成本较高。

　　钨极惰性气体保护焊所焊接的板材厚度范围，从生产率考虑以3mm以下为宜。

　　② 熔化极气体保护焊。

　　--与钨极气体保护焊不同的是，作为焊极的焊丝在焊接过程中熔化为液态金属，填充在焊缝处。

　　--具备不熔化极气体保护焊的主要优点(可进行各种位置的焊接;适用于有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢绝大多数金属的焊接)外，同时也具有焊接速度较快，熔敷效率较高等优点。

　　③ CO2 气体保护焊。

　　CO2 气体保护焊属熔化极气体保护焊，其具有生产效率高、焊接变形小、适用范围广等特点。焊接时电弧为明弧焊，可见性好，采用半自动焊接法进行曲线焊缝和空间位置焊缝的焊接十分方便，操作简单，容易掌握，但不足之处是焊接飞溅较大，防风能力差。

　　--CO2气体保护焊可以焊接碳钢和低合金钢;

　　--从工件厚度上看，采用钢丝短路过渡的方法，可以焊接薄板;采用粗丝熔滴过渡的方法，可以焊接中、厚板;

　　--从焊接位置上看，可以进行全位置焊接，也可以进行平焊、横角焊及其他空间位置的焊接。

　　(3) 等离子弧焊

　　等离子弧焊也是一种不熔化极电弧焊，其等离子弧是自由电弧压缩而成的，叫转移电弧。其离子气为氩气、氮气、氦气或其中二者之混合气。等离子弧的能量集中，温度高，焰流速度大。这些特性使得等离子弧广泛应用于焊接、喷涂和堆焊。

　　等离子弧焊与钨极惰性气体保护焊相比，有以下特点：

　　1)等离子弧能量集中、温度高，对于大多数金属在一定厚度范围内都能获得小孔效应，可以得到充分熔透，反面成形均匀的焊缝;

　　2)焊接速度比钨极惰性气体保护焊快;

　　3)能够焊接更细、更薄的工件(如1mm以下极薄金属的焊接);

　　2.压力焊

　　(1) 电阻焊

　　电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。

　　电阻焊方法主要有四种：即点焊、缝焊、凸焊和对焊。

　　(2) 超声波焊

　　塑料超声波焊接的原理是使塑料的焊接面在超声波能量的作用下作高频机械振动而发热熔化，同时施加焊接压力，从而把塑料焊接在一起。

　　3.钎焊

　　钎焊是把比被焊金属熔点低的钎料金属加热熔化至液态，然后使其渗透到被焊金属接缝的间隙中而达到结合的方法。钎焊接头一般强度较低，耐热性差。

　　钎焊的优点是容易保证焊件的尺寸精度，同时对于焊件母材的组织及性能的影响也比较小;适用于各种金属材料、异种金属和金属与非金属的连接;。钎焊的缺点是钎焊接头的耐热能力比较差，接头强度比较低，钎焊时表面清理及焊件装配质量的要求比较高。

　　(二)常用焊接材料及设备

　　1.焊接材料

　　(1)手工电弧焊焊接材料

　　1) 焊条的组成

　　--焊条就是涂有药皮的供电弧焊使用的熔化电极。

　　它是由药皮和焊芯两部分组成。

　　① 焊芯。

　　焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。焊接时，焊芯本身熔化为填充金属与母材金属熔合形成焊缝。

　　② 药皮。

　　药皮是由各种矿物类、铁合金有机物和化工产品(水玻璃类)原料组成。

　　-- 药皮具有机械保护作用，还要加入一些还原剂，使电弧燃烧中产生的氧化物还原，以保证焊缝质量。

　　--通过在焊条药皮中加入铁合金或纯合金元素，使之随着药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去，以弥补合金元素烧损和提高焊缝金属的机械性能。

　　--总之，药皮的作用改善了焊接工艺性能，使电弧稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高。同时也保证焊缝金属获得具有合乎要求的化学成分和机械性能。

　　2)焊条分类

　　--按药皮熔化后的熔渣碱度分类。

　　熔渣成分主要是酸性氧化物(SiO2、TiO2、Fe2O3)的为酸性焊条;

　　熔渣主要成分是碱性氧化物(如大理石、萤石等)的为碱性焊条。

　　--酸性焊条具有较强的氧化性，对铁锈、水分不敏感，焊缝中很少有由氢气引起的气孔，但酸性熔渣脱氧不完全，也不能完全清除焊缝中的硫、磷等杂质，故焊缝金属力学性能较低。

　　--碱性焊条由于脱氧性能好，能有效除焊缝中的硫，合金元素烧损少，焊缝金属合金化效果好，焊缝力学性能和抗裂性均较好，但当焊件和焊条存在水分时，焊缝中容易出现氢气孔。

　　3)焊条的选用原则

　　--电弧焊时，通常应根据组成焊接结构钢材的化学成分、力学性能、焊接性和工作环境等要求，以及焊接结构的形状、受力情况和焊接设备类型等方面综合考虑，以决定选用哪种焊条。

　　① 焊接材料的机械性能、化学成分

　　A：

　　a. 对于低碳钢、中碳钢和低合金钢，可选用与母材强度等级相应的焊条，其抗拉强度等于或稍高于母材。当受力情况复杂时，应选用比母材强度低一级的焊条，以保证焊缝既有一定的强度，又能有满意的塑性。

　　b. 对于合金结构钢，通常要求焊缝金属的合金成分与母材金属相同或相近。

　　c. 在对焊接结构受力复杂、刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的情况下，可以考虑选用比母材强度低一级别的焊条。以保证焊缝既有一定的强度，又能有良好的塑性。

　　B：

　　d. 在母材中C、P、S等元素含量偏高时，焊缝易产生裂纹的情况下，应选用抗裂性能好的低氢型焊条。

　　e. 在焊条的强度确定之后，对于塑性、冲击性和抗裂性能要求较高(结构形状复杂、钢材厚、焊件受动荷载)，低温条件下工作的焊缝应选用碱性焊条。

　　f. 当焊件焊口处有较多的铁锈、油污和氧化皮、水分等脏物，且又无法清理时，应选用对铁锈、油污和氧化皮、水分敏性小和抗气孔性能较强的酸性焊条。

　　g. 低碳钢与低合金钢、不同强度等级的低合金钢等异种钢间的焊接，一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条。

　　② 焊件的工作条件与使用性能

　　a. 对承受动荷载和冲击荷载的焊件，除满足强度要求，还要保证焊缝具有较高的韧性和塑性，应选用塑性和韧性较高的低氢焊条;

　　b. 接触腐蚀介质的焊件，根据介质性质，应选用相应的不锈钢焊条;

　　c. 结构复杂，刚性大及厚度大的焊件，应选用抗裂性能好的低氢焊条;

　　d. 对受条件限制不能翻转的焊件，应选全位置焊接焊条。

　　--为了保证焊工的身体健康，应尽量选用酸性焊条。

　　4) 焊接参数的选择方法

　　电弧焊的焊接参数主要有：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。

　　① 焊条直径的选择。焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头型式、焊缝位置及焊接层次等因素。

　　--在不影响焊接质量的前提下，为了提高劳动生产率，一般倾向于选择大直径的焊条。

　　② 焊接电流的选择。焊接电流的大小，对焊接质量及生产率有较大影响。

　　--主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头型式、焊缝空间位置及焊接层次等因素来决定，其中，最主要的因素是焊条直径和焊缝空间位置。另外，焊缝的空间位置不同，焊接电流的大小也不同。

　　③ 电弧电压的选择。电弧电压是由电弧长来决定。电弧长，则电弧电压高;电弧短，则电弧电压低。

　　--在焊接过程中，电弧过长，会使电弧燃烧不稳定，飞溅增加，熔深减小，而且外部空气易侵入，造成气孔等缺陷。因此，要求电弧长度小于或等于焊条直径，即短弧焊。

　　--在使用酸性焊条焊接时，为了预热待焊部位或降低熔池温度，有时将电弧稍微拉长进行焊接，即所谓的长弧焊。

　　④ 焊接层数的选择。在中、厚板焊条电弧焊时，往往采用多层焊。

　　--层数多些，对提高焊缝的塑性、韧性有利。

　　⑤ 电源种类和极性的选择。

　　--直流电源，电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构的焊接上。

　　--应首先考虑用交流焊机，因为交流焊机构造简单，造价低，使用维护也较直流焊机方便。

　　⑥极性的选择

　　--使用碱性焊条或薄板的焊接，采用直流反接;

　　--使用酸性焊条，通常选用正接。

　　2. 焊接设备

　　(1) 手弧焊设备。手弧焊使用的设备简单、方法简便灵活、适应性强，但对焊工操作要求高。

　　--手弧焊适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金等金属材料的焊接。

　　(2) 埋弧焊设备。

　　--设备构成：由焊接电源、埋弧焊机和辅助设备构成。

　　其电源可以用交流、直流或交直流并用。埋弧焊机分为自动焊机和半自动焊机两大类。① 半自动埋弧焊机。② 自动埋弧焊机。

　　(3) CO2气体保护焊设备

　　--设备构成：主要由焊接电源、供气系统、送丝机构和焊枪等组成。

　　(4) 惰性气体保护焊设备

　　--设备构成：焊枪、焊接电源与控制装置、供气和供水系统四大部分。

　　(5) 等离子弧焊设备

　　--设备构成：包括焊接电源、控制系统、焊枪、气路系统和水路系统。

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