焊接基础知识（一）

一、焊接的基本概念及其发展

焊接是一种不可拆的连接方法，它是工件通过加热或加压，或两者并用作用下实现材料连接的方法。

有人将焊接技术的发展分为古代和现代焊接技术两个不同阶段。古代焊接技术的代表有：国际上公元前4000年前，美索布达尼亚人用铅或锡连接铜，公元前350年前，罗马人用铅连接铜制水管，中国春秋时期用锡或锡—铅合金作为钎料，唐代使用锻焊技术。真正意义的现代焊接标志在19世纪，1802年俄罗斯人发现电弧现象，1867年美国人发明电阻焊，1885年俄罗斯人发明碳弧焊。关于焊接的发展史，各国学者总结的不完全一样，下面列举欧洲人汇总的金属焊接和切割的发展史：

         

二、焊接方法的分类

金属的焊接，按其工艺过程的特点分熔焊、压焊和钎焊三大类（见下图）。

熔化焊：将待焊处的母材金属加热至熔化，但不加压以形成焊缝的焊接方法。熔焊时利用电能、化学能等作为热源使焊件接头局部熔化成溶融状态，然后冷却结晶，连接成一体。

压焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力以完成焊接的方法。

钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料熔点低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接的方法。

三、焊接的基本术语

堆焊：为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接。在AWS中单为增大或恢复尺寸的堆焊称buildup，为满足耐热、耐蚀的堆焊称cladding，为满足耐磨要求的堆焊称hardfacing，为调整表面成分起隔离作用的称buttering。

单道焊：只熔敷一条焊道完成整条焊缝或者一个焊层中只熔敷一条焊道的焊接。

双道焊：熔敷两条焊道完成整条焊缝或者一个焊层中熔敷两条焊道进行的焊接。

单面焊：仅在焊件的一面施焊，完成整条焊缝而进行的焊接。

双面焊：在焊件的两面施焊，完成整条焊缝而进行的焊接。

焊接操作：通过焊接完成工件的连接的过程。

焊接条件：焊接时周围的条件，包括环境因素（例如天气）；应力和环境因素（例如噪音、热度、拘束状态）；工件因素（例如母材材质、坡口形状、工作位置）等。

焊接工艺参数：焊接时为保证焊接质量而需要的数据。

熔化速度：填充材料熔化的速度。指填充材料在单位时间内熔化的长度。

焊接速度：单位时间内完成焊缝的长度。

焊接时间：完成焊接接头所需要的时间（不包括准备和完成操作），包括焊接生产时间和辅助时间。

熔敷效率：熔敷在坡口或者工件上的焊缝金属量与熔化的填充金属量的比率，或者与药芯电弧焊中焊丝的比率，常用百分比表示。

焊接填充材料：焊接时被熔化用尽，并有利于焊缝形成的材料。例如填充金属、气体、焊剂等。

四、典型的焊接方法简介

1、氧乙炔火焰气焊

气焊时，焊接熔池是由火焰加热所形成，火焰是由可燃气体与氧气的化学反应产生的，火焰的热量使材料熔化。通常用手将焊棒送入熔化区，把焊接坡口填满。火焰气体覆盖着熔池，并保护熔池免受空气的影响。

应用范围：主要用于非合金、低合金钢板和管材的焊接，也可用于铸件的焊接，板厚约从0.8mm至6mm。

2、焊条电弧焊

焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊接方法。

焊条电弧焊时，在焊条末端和工件之间燃烧的电弧所产生的高温（高于4000℃）使焊条药皮与焊芯及工件熔化，熔化的焊芯端部迅速地形成细小的金属熔滴，通过弧柱过渡到局部熔化的工件表面，融合一起形成熔池。随着电弧以适当的弧长和速度在工件上不断向前移动，熔池液态金属逐步冷却结晶，最终形成焊缝。

药皮熔化过程中产生的气体和熔渣，不仅使熔池和电弧周围的空气隔绝，而且和熔化了的焊芯、母材发生一系列冶金反应，保证所形成焊缝的性能。

焊条电弧焊采用的焊接电流既可以是交流也可以是直流，所以焊条电弧焊电源既有交流电源（弧焊变压器）也有直流电源（弧焊发电机、弧焊整流器、逆变弧焊电源）。弧焊变压器：用以将电网的交流电变成适宜于弧焊的交流电。具有结构简单、制造方便、使用可靠、维修容易、效率高和成本低等优点，在目前国内焊接生产应用中仍占很大的比例。直流弧焊发电机：虽然稳弧性好，经久耐用，电网电压波动的影响小，但硅钢片和铜导线的需要量大，空载损耗大，结构复杂成本高，已被列入淘汰产品。晶闸管弧焊整流电源：引弧容易，性能柔和，电弧稳定，飞溅少，是理想的更新换代产品。一般低氢钠型焊条必须选用直流弧焊电源，以保证电弧稳定燃烧；酸性焊条虽然交、直流均可使用，但一般选用结构简单且价格较低的交流弧焊电源。

3、钨极惰性气体保护焊

钨极气体保护焊接方法分为钨极惰性气体保护焊（WIG即TIG）、钨极等离子焊（WP）、钨极氢原子焊（WHG）三种。

钨极惰性气体保护焊（非熔化极气体保护焊）是以氩气（或氦气等惰性气体）作为保护介质，以钨棒为电极与工件之间产生电弧的一类气保护电弧焊方法。在惰性气体的保护下，利用钨极与焊件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（也可不加填充焊丝），形成焊缝的焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层隔绝空气，保护电极和焊接熔池以及临近热影响区，以形成优质的焊接接头。在我国通常只采用氩气为保护气，故又叫做钨极氩弧焊Tungsten Inert Gas (TIG)焊或Gas Tungsten Arc Welding (GTAW)。

TIG焊接方法的优点：焊接过程稳定，电弧一旦引燃，就能够稳定燃烧；钨棒本身不会产生熔滴过渡，弧长变化干扰因素相对较少，也有助于电弧的稳定燃烧。优良的焊接质量，由于Ar气是惰性气体，既不溶于液态金属，又不与金属反应；氩的相对原子质量较大，有利于形成良好的气流隔离层，有效阻碍氧、氮侵入。适于薄板焊接、全位置焊接以及不加衬垫的单面焊双面成形工艺。焊接过程易实现自动化，焊接过程参数稳定，易于检测及控制，是理想的自动化乃至机器人化的焊接方法。焊缝区无熔渣，焊工可看到熔池和焊缝成形过程，能够实现高品质焊接，得到优良焊缝。

TIG焊接方法的缺点：需要特殊的引弧装置，由于氩气的电离电压较高，钨极的逸出功又较高，且一般不允许钨极和工件接触，通常需采用专门的引弧装置。对工件清理要求较高，TIG焊无冶金脱氧或去氢措施，焊前对工件的除油、去锈、去垢等要求较高，否则极易引起气孔、裂纹等焊接缺陷。生产效率较低，与焊条电弧焊相比，钨极许用电流的限制，电弧功率密度较低，焊缝熔深较小，尤其是交流焊时的焊接许用电流更低，焊接生产明显比GMAW低，同时由于生产效率第和惰性气体较贵，生产成本较高。

TIG焊是适焊的材料，几乎可焊接所有的金属和合金，但因其成本较高，生产中主要用于焊接不锈钢、耐热钢、铝、镁、钛、铜等有色金属及其合金。也是适焊的焊接接头和位置，常规的对接、搭接、T形接和角接等接头，在任何位置（即全位置）均能焊接，薄板（2 mm）的卷边接头，搭接的点焊接头均可焊接。同时，也是适焊的板厚与产品结构，TIG焊接容易控制焊缝成形、容易实现单面焊双面成形，主要用于薄件焊接或厚件的打底焊，一般只用于焊接厚度在6mm以下的工件。

4、熔化极气体保护焊

熔化极惰性气体保护焊（MIG）、熔化极活性气体保护焊（MAG）、CO₂气体保护焊均属于熔化极气体保护焊接方法。熔化极气体保护焊常缩写为GMAW (Gas Metal Arc Welding)，是以专门送给的气体作为保护熔池、焊接区金属及电弧为介质、以连续送进的焊丝为电弧的一个极，母材为另一个极的一类电弧焊方法的总称。

通过软管束，将保护气体、焊接电流和作为焊接填充材料的焊丝送入焊柜。送丝机构通过焊炬导电咀的滑动接触面将焊接电流传输到焊炬中正在移动的焊丝上。在焊丝与工件之间可见的燃烧电弧供给焊丝熔化和工件所需要的能力，电弧温度高达10000℃，焊丝熔化成熔滴状。焊接有色金属时，用惰性气体保护熔池，使之免受空气的侵入；焊接碳钢、低合金钢和高合金钢时，一般采用通过导电咀直接传输到离电弧很近的部位，如此可使焊丝具有较高的电流承载力（如直接1mm的焊丝可承载40~200A的焊接电流），从而提高熔敷率。

GMAW的优点是可用于各种黑色金属和有色金属的焊接，其中包括Al、Ti等及其合金，可焊材料要广泛得多；可在任何位置实现半自动或自动焊接，且生产效率高，焊接质量好。其弱点是明弧操作，弧光干扰严重，保护作用也易受外界干扰，应注意防护。适于工件厚度0.6~100mm范围内的全位置焊接及堆焊。

5、埋弧焊

埋弧自动焊是在1940年发明的一种新的焊接方法。焊丝盘、送丝机构、焊剂及导电咀等通常都装在一台电动小车上，焊接电流（电流强度200~2000A）通过导电咀里的滑动接触面传输到移动的焊丝上，焊丝端部与工件见的电弧埋在焊剂层下不可见的燃烧。电弧的能量熔化工件，且熔深较深，焊丝倍熔化且以熔滴形式过渡，部分熔化成液态的焊剂形成保护渣层覆盖在焊缝金属上。

埋弧焊的主要优点：（1）生产率高，跟焊条手弧焊相比，焊接电流大，电流密度将比同样直径焊条高5倍左右，焊丝的熔化速度、电弧的熔深能力都大大提高；焊剂和熔渣的保护，电弧的热、光辐射及飞溅都明显减小，埋弧焊的热利用效率又大大高于手弧焊，因此其焊接速度可明显提高。手工电弧焊单道焊焊速一般在6~8m/h，埋弧焊则可在30~60m/h以上。（2）焊缝质量高，因熔渣隔绝空气的保护效果好，焊缝金属中的含氧量、含氮量均明显降低，焊缝成形、成分都比较稳定，焊缝的力学性能也就高。（3）劳动强度低，焊工只要操作控制按钮并进行必要监视和调正，有没有弧光辐射，是所有电弧焊中劳动条件最好的。

埋弧焊的主要局限性：最适用于水平面俯位焊缝焊接；只适用钢、镍基合金、铜合金等金属焊接；只适用1mm以上较厚板材的焊接；只适用于长焊缝、规则焊缝的焊接。短焊缝、不规则焊缝难以显示其生产率或质量高的优越性。

埋弧焊的应用范围：5mm以上的长直缝/对接、角接和搭接；碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、镍基合金、铜合金等；具有长而规则焊缝的大型结构，如船舶、压力容器、桥梁、起重机械等；适于平、横位置。