特種焊接

特種焊接一般採用特殊的焊接方式或者特殊的焊接材料解決一些疑難焊接，比如鑄鐵的焊接、鈦焊接、薄鋁焊接，異種金屬的焊接、水下焊接等高難度焊接。

基本介紹

• 中文名：特種焊接
• 外文名：tezhonghanjie
• 簡介：採用特殊的焊接方式
• 設備上出現：磨損，斷裂，及精密補焊
• 焊接電弧：兩帶電導體之間的氣體放電現象
• 結果：①少量電子逸出

簡介

特種焊接一般採用特殊的焊接方式或者特殊的焊接材料解決一些疑難焊接，比如鑄鐵的焊接、鈦焊接、薄鋁焊接，異種金屬的焊接、水下焊接等高難度焊接。

特種焊接焊接項目包括：
各種機械設備上出現的磨損，斷裂，及精密補焊，比如缸體，開裂的發動機基座，傳動齒輪箱體，輪船發動機分配閥箱，鑄造齒輪的輪齒，泵殼體，燃燒爐的爐壁，輪船的螺旋槳，渦輪機的焊接，脫氧的銅零件及板件，彈簧，釩鉬彈簧鋼及異種鋼的焊補等等機械行業的設備焊接維修和焊補服務。

焊條電弧焊

（一）、焊接電弧
電弧是兩帶電導體之間持久而強烈的氣體放電現象。
1．電弧的形成
（1）焊條與工件接觸短路
短路時，電流密集的個別接觸點被電阻熱Q=I2Rt所加熱，極小的氣隙的電場強度很高。
結果：①少量電子逸出。②個別接觸點被加熱、熔化，甚至蒸發、汽化。③出現很多低電離電位的金屬蒸汽。

（2）提起焊條保持恰當距離
在熱激發和強電場作用下，負極發射電子並作高速定向運動，撞擊中性分子和原子使之激發或電離。
結果：氣隙間的氣體迅速電離，在撞擊、激發和正負帶電粒子複合中，其能量轉換，發出光和熱。

2．電弧的構造與溫度分布
電弧由三部分構成，即陰極區（一般為焊條端面的白亮斑點）、陽極區（工件上對應焊條端部的溶池中的薄亮區）和弧柱區（為兩電極間空氣隙）。

3、電弧穩定燃燒的條件
（1）應有符合焊接電弧電特性要求的電源
a）當電流過小時，氣隙間氣體電離不充分，電弧電阻大，要求較高的電弧電壓，方能維持必需的電離程度。
b）隨著電流增大，氣體電離程度增加，導電能力增加，電弧電阻減小，電弧電壓降低。但當降低到一定程度後，為了維持必要的電場強度，保證電子的發射與帶電粒子的運動能量，電壓須不隨電流增大而變化。
（2）做好清理工作，選用合適藥皮的焊條。
（3）防止偏吹。
（4）電極的極性

在焊接中，採用直流電焊機時，有正接和反接兩種方法。而大量使用的是交流電弧焊設備，電極的極性頻繁交變，不存在極性問題，
1）正接——焊件接電源正極，焊條接負極。一般焊接作業均採用正接法。
2）反接——焊件接電源負極，焊條接正極。一般焊接薄板時，為了防止燒穿，採用反接法進行焊接作業。

（二）、焊條電弧焊的焊接過程
1．焊接過程
2．焊條電弧焊加熱特點
（1）加熱溫度高，而且使局部加熱。焊縫附近金屬受熱極不均勻，可能造成工件變形、產生殘餘應力以及組織轉變與性能變化的不均勻。
（2）加熱速度快（1500度/秒），溫度分布不均勻，可能出現在熱處理中不應出現的組織和缺陷。
（3）熱源是移動的，加熱和冷卻的區域不斷變化。
（三）、電弧焊的冶金特點
（1）反應區溫度高，使合金元素強烈蒸發和氧化燒損。
（2）金屬熔池體積小，處於液態的時間很短，導致化學成分均勻，氣體和雜質來不及浮出而易產生氣孔和夾渣等缺陷。
(3)精度高，時間短。
（四）、焊條
1．焊條的組成
手弧焊焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。
（1）焊芯
①作為電弧焊的一個電極，與焊件之間導電形成電弧；
②在焊接過程中不斷熔化，並過渡到移動的熔池中，與熔化的母材共同結晶形成焊縫；
（2）焊條藥皮
①藥皮的作用
a）對熔池造成有效的氣渣聯合保護；
b）使熔池內金屬液脫氧、脫硫以及向熔池金屬中滲合金，提高焊縫的力學性能；
c）起穩弧作用，以改善焊接的工藝性。
②藥皮的組成
a）穩弧劑：主要使用易於電離的鉀、鈉、鈣的化合物。
b）造渣劑：形成熔渣覆蓋在熔池表面，不讓大氣侵入熔池，且起冶金作用。
c）造氣劑：分解出CO和H2等氣體包圍在電弧和熔池周圍，起到隔絕大氣、保護熔滴和熔池的作用。
d）脫氧劑：主要套用錳鐵、矽鐵、鈦鐵、鋁鐵和石墨等，脫去熔池中的氧。
e）合金劑：主要套用錳鐵、矽鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵和鎢鐵等鐵合金。
f）粘結劑：常用鉀、鈉水玻璃。
（3）焊條藥皮的種類
a）酸性焊條——藥皮中含有多量酸性氧化物，如SiO2、TiO2、Fe2O3等。
b）鹼性焊條——藥皮中含有多量鹼性氧化物，如CaO、FeO、MnO、Na2O、MgO等。
2．焊條的種類
焊條共分為十大類，即結構鋼焊條、低溫鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、不鏽鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條和特殊用途焊條。
3．焊條的選用原則
（1）選擇與母材化學成分相同或相近的焊條
（2）選擇與母材等強度的焊條
（3）根據結構的使用條件選擇焊條藥皮的類型
（五）、焊接接頭的金屬組織和性能的變化
1．焊件上溫度的變化與分布
焊縫區金屬經受有償穩狀態開始被加熱大較高的溫度，然後在逐漸冷卻到常溫這樣一個熱循環。
2．焊接接頭處的組織和性能的變化（以低碳鋼為例）
3．焊接接頭的主要缺陷
（1）氣孔
氣孔是焊接時熔池中的氣泡在焊縫凝固時未能逸出而留下來形成的空穴。
防治措施：
a）烘乾焊條，仔細清理焊件的帶焊表面及附近區域；
b）採用合適的焊接電流，正確操作。
（2）夾渣
夾渣是焊後殘留在焊縫中的熔渣。
預防措施：
a）仔細清理帶焊表面；
b）多層焊時層間要徹底清渣；
c）減緩熔池的結晶速度。
（3）焊接裂紋
a）熱裂
熱裂是焊接過程中，焊接接頭的金屬冷卻到固相線附近的高溫區產生的焊接裂紋。
預防措施：
減小結構剛度、焊前預熱、減小合金化、選用抗裂性好的低氫型焊條等。
b）冷裂
焊接接頭冷卻到較低溫度時產生的焊接裂紋。
預防措施：
a）用低氫型焊條並烘乾、清除焊件表面的油污和鏽蝕；
b）焊前預熱、焊後熱處理。
（4）未焊透
未焊透是焊接接頭根部未完全熔透的現象。
產生原因：
坡口角度或間隙太小、鈍邊過厚、坡口不潔、焊條太粗、焊速過快、焊接電流太小以及操作不當等所致。
（5）未溶合
未溶合是焊縫與母材之間未完全熔化結合的現象。 產生原因：
坡口不潔、焊條直徑過大及操作不當等造成。
（6）咬邊
咬邊是沿焊趾的母材部分產生的溝槽或凹陷的現象。
產生原因：
焊接電流過大、電弧過長、焊條角度不當等所致。
（六）、焊接變形
1．焊接應力與變形的原因
焊接時局部加熱是焊件產生焊接應力與變形的根本原因。
2．焊接變形的基本形式
3．防止與減小焊接變形的工藝措施
（1）反變形法
（2）加餘量法
（3）剛性夾持法
（4）選擇合理的焊接工藝
4．減小焊接應力的工藝措施
（1）選擇合理的焊接順序
（2）預熱法
（3）焊後退火處理

埋弧自動焊

電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法，稱為埋弧焊。埋弧焊的引弧、送進焊條一般均由自動裝置來完成，因此又稱為埋弧自動焊。
（一）、埋弧自動焊的焊接過程
（二）、埋弧自動焊的主要特點
1、生產率高
2、焊接質量高而且穩定
3、節約焊接材料
4、改善了勞動條件
5、適用於平焊長直焊縫和較大直徑的環形焊縫。對於短焊縫、曲折焊縫、狹窄位置及薄板的焊接，不能發揮其長處。
（三）、焊絲和焊劑
（四）、埋弧自動焊的工藝特點
1、焊前準備工作要求嚴格
2、焊接熔深大
3、採用引弧板和引出板
4、採用焊劑墊或鋼墊板
5、採用導向裝置

等離子弧焊

（一）、等離子弧的概念
1、一般焊接電弧為自由電弧，電弧區只有部分氣體被電離，溫度不夠集中。
2、 當自由電弧壓縮成高能量密度的電弧，弧柱氣體被充分電離，成為只含有正離子和負離子的狀態時，即出現物質的第四態——電漿。
等離子弧具有高溫（15000~30000K）、高能量密度（480千瓦/厘米2）和等離子流高速運動（最大可數倍與聲速） 3、等離子弧焊的三種壓縮效應
（1）機械壓縮效應
在等離子槍中，當高頻震盪引弧以後，氣體電離形成的電弧通過焊嘴細小噴孔，受到噴嘴內壁的機械壓縮。
（2）熱壓縮效應
由於噴嘴內冷卻水的作用，使靠近噴嘴內壁處的氣體溫度和電離度急劇降低，迫使電弧電流只能從弧柱中心通過，使弧柱中心電流密度急劇增加，電弧截面進一步減小，這是對電弧的第二次壓縮。
（3）電磁收縮效應
因為弧柱電流密度大大提高而伴生的電磁收縮力使電弧得到第三次壓縮。
因三次壓縮效應，使等離子弧直徑僅有3mm左右，而能量密度、溫度及氣流速度大為提高。
（二）、等離子弧焊的特點
1、能量密度大，溫度梯度大，熱影響區小，可焊接熱敏感性強的材料或製造雙金屬件。
2、電弧穩定性好，焊接速度高，可用穿透式焊接，使焊縫一次雙面成型，表面美觀，生產率高。
3、氣流噴速高，機械沖刷力大，可用於焊接大厚度工件或切割大厚度不鏽鋼、鋁、銅、鎂等合金。
4、電弧電離充分，電流下限達0.1A以下仍能穩定工作，適合於用微束等離子弧（0.2~30A）焊接超薄板（0.01~2mm），如膜盒、熱電偶等。

真空電子束焊

真空電子束焊是利用定向高速運動的電子束流撞擊工件使動能轉化為熱能而使工件熔化，形成焊縫。
真空電子束焊的特點
1、在真空中進行焊接，焊縫純淨、光潔，呈鏡面，無氧化等缺陷。
2、電子束能量密度高達108瓦/厘米2，能把焊件金屬迅速加熱到很高溫度，因而能熔化任何難熔金屬與合金。熔深大、焊速快，熱影響區極小，因此對接頭性能影響小，接頭基本無變形。
編輯本段五、雷射焊
雷射焊是以聚焦的雷射束作為能源轟擊焊件所產生的熱量進行焊接的方法。
雷射焊的特點：
1、雷射焊能量密度大，作用時間短，熱影響區和變形小，可在大氣中焊接，而不需氣體保護或真空環境。
2、雷射束可用反光鏡改變方向，焊接過程中不用電極去接觸焊件，因而可以焊接一般電焊工藝難以焊到的部位。
3、雷射可對絕緣材料直接焊接，焊接異種金屬材料比較容易，甚至能把金屬與非金屬焊在一起。
4、功率較小，焊接厚度受一定限制。

電阻焊

電阻焊是在焊件組合後通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區域產生的電阻熱進行焊接的工藝方法。
電阻焊的種類很多，常用的有點焊、縫焊和對焊三種。
（一）、點焊
點焊是將焊件裝配成搭接接頭，並壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法。點焊主要用於薄板焊接。
點焊的工藝過程：
1、預壓，保證工件接觸良好。
2、通電，使焊接處形成熔核及塑性環。
3、斷點鍛壓，使熔核在壓力繼續作用下冷卻結晶，形成組織緻密、無縮孔、裂紋的焊點。
（二）、縫焊
縫焊是將焊件裝配成搭接或對接接頭，並置於兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件並轉動，連續或斷續送電，形成一條連續焊縫的電阻焊方法。
縫焊主要用於焊接焊縫較為規則、要求密封的結構，板厚一般在3mm以下。
（三）、對焊
對焊是使焊件沿整個接觸面焊合的電阻焊方法。
1、電阻對焊
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，然後斷電並迅速施加頂鍛力完成焊接的方法，
電阻對焊主要用於截面簡單、直徑或邊長小於20mm和強度要求不太高的焊件。
2、閃光對焊
閃光對焊是將焊件裝配成對接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近達到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點，在大電流作用下，產生閃光，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度範圍內達到預定溫度時，斷電並迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。
閃光焊的接頭質量比電阻焊好，焊縫力學性能與母材相當，而且焊前不需要清理接頭的預焊表面。閃光對焊常用於重要焊件的焊接。可焊同種金屬，也可焊異種金屬；可焊0.01mm的金屬絲，也可焊20000mm的金屬棒和型材。
七、摩擦焊
摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所產生的熱量，使端面達到熱塑性狀態，然後迅速頂鍛完成焊接的一種壓焊方法。
摩擦焊的特點：
1、由於摩擦，焊件接觸表面的氧化膜和雜質被清楚，使焊接接頭組織緻密，不產生氣孔和夾渣等缺陷。
2、即可焊同種金屬，更適合於異種金屬的焊接。
3、生產率高。

釺焊

（一）、釺焊的種類
根據釺料熔點不同，釺焊分為硬釺焊和軟釺焊兩種。
1、硬釺焊
釺料熔點高於450℃的釺焊為硬釺焊。
硬釺料有銅基、銀基、鋁基等合金。
釺劑常用鵬砂、硼酸、氟化物、氯化物等。
加熱方法有火焰加熱、鹽浴加熱、電阻加熱、高頻感應加熱等。
硬釺焊接接頭強度高達490MPa，適用於受力較大及工作溫度較高的工件。
2、軟釺焊
釺料熔點低於450℃的釺焊為軟釺焊。
常用軟釺料為錫鉛合金。
常用釺劑為松香、氯化銨溶液等。
常用烙鐵及其它火焰加熱。
（二）、釺焊的特點
1、焊件加熱溫度低，金屬組織和力學性能變化小，焊件變形小，接頭光滑平整，焊件尺寸精確。
2、可以焊同種或異種金屬。
3、可焊由多條焊縫組成的複雜形狀的焊件。
4、設備簡單。