第三章_金屬連接和切割技術

1、,第三章 金屬連接及切割工藝 介紹 焊接工藝 釬焊工藝 切割工藝 術語和定義,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,介紹作為焊接檢驗師， 首先關心的是焊接，但掌握各種連接及切割工藝也是非常有幫助的。雖然焊接檢驗師不必是有資格的焊工，但以往的焊接經(jīng)驗是很有用的。事實上，很多焊接檢驗師是從焊工中選取的，而且他們往往能成為最好的檢驗師。一個好的焊接檢驗師，必須掌握各種連接及切割工藝方面的知識，以便有效的進行工作。首先

2、，檢驗師必須認識到每種工藝的長處或短處，也應該知道特定的工藝可能會產(chǎn)生哪些不連續(xù)。雖然許多缺陷的產(chǎn)生是與實施的工藝無關的，但有些缺陷的產(chǎn)生是與特定的工藝有關，這里將對每種工藝可能產(chǎn)生的缺陷進行探討并將其定為“可能出現(xiàn)的問題”。焊接檢驗師也必須具備與各種工藝相關的焊接設備方面的知識，因為缺陷的產(chǎn)生經(jīng)常是由設備原因引起的。檢驗師必須在一定程度上掌握各種設備的控制方法以及設備調(diào)整與焊接質(zhì)量之間的關系。當焊接檢驗師具備某些工藝方面的基礎知識

3、后，他或她便可以準備進行目視焊接檢驗，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)問題而不是事后采取花費很大的糾正措施。檢驗師具備在過程中發(fā)現(xiàn)問題的能力無論對生產(chǎn)還是產(chǎn)品質(zhì)量的控制都是有益的。本章所討論的內(nèi)容分為三個部分：焊接、釬焊和切割。焊接和釬焊用于金屬間的連接，而切割則是為了將材料去除或將其分離。對每一種連接和切割方法，這里將描述其主要特性，包括：每種工藝的長處、短處、設備要求、焊條/填充金屬、技術、應用范圍以及可能出現(xiàn)的問題。,第三章金屬連接及切割工藝

4、 2011-11-12,因此，本課程僅選取與美國焊接學會認可焊接檢驗師考試相關的工藝進行討論，詳列如下：,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,1. 焊接工藝根據(jù)美國焊接學會的定義，焊接是“通過將材料加熱到焊接溫度、加壓或不加壓，或僅通過加壓，使用或不使用填充材料而將金屬或非金屬在局部接合的過程”，接合即“連接在一起”，因此焊接是指實現(xiàn)連接的操作活動。本節(jié)將對加熱但不加壓的常用焊接工藝的基本特性作一介紹。1.1 手工電弧

5、焊（SMAW）這里首先要討論的是手工電弧焊，也就是我們通常所說的“手把焊”，它是通過帶藥皮的焊條和被焊金屬間的電弧將被焊金屬加熱，從而達到焊接的目的。圖3.2給出了手工電弧焊的各種影響因素及成型的情況。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,手工電弧焊中最主要的要素是焊條本身，它是由金屬芯外覆一層粒狀焊劑和某種粘接劑制作而成的。所有的碳鋼和低合金鋼焊條基本上都用低碳鋼絲做芯，而合金元素則來自于藥皮，這也是較為經(jīng)濟的一種合金化

6、方法。焊條藥皮的不同導致了不同焊條種類，焊條藥皮有以下五種作用：保護——藥皮分解后產(chǎn)生的氣體為熔融金屬提供保護。脫氧——藥皮為焊劑去除氧氣和其他氣體。合金化——藥皮為焊縫提供合金化元素。電離——藥皮改善電特性以增強電弧穩(wěn)定性。保溫——凝固的焊渣在焊縫金屬上的覆蓋降低了焊縫金屬的冷卻速度（次要影響）。由于焊條在手工電弧焊中的影響很大，就有必要了解其分類和品種。美國焊接學會給出了手工電弧焊焊條的標識方法，見圖3.3。例如：E

7、7018,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,焊條標識中用字母E和另外四到五個數(shù)字組成，字母E代表焊條。前二個數(shù)字代表熔敷金屬的最小抗拉強度，單位為千磅每平方英寸，“70”就表示熔覆金屬的最小抗拉強度為70，000磅每平方英寸（PSI）。接下來的數(shù)字代表焊條的可焊位置。數(shù)字“1”表示焊條可用于任何焊接位置，數(shù)字“2”表示熔融金屬流動性非常好，只能用于平焊或角焊縫的橫焊，數(shù)字“4”表示焊條可用于立向下焊，數(shù)字“3”不再使用。

8、最后一個數(shù)字表示焊條藥皮的組成和性能，藥皮決定了可焊性和推薦的電流類別，AC（交流），DCEP（直流反接）或DCEN（直流正接）。圖3.4列出了手工電弧焊的焊條標識方法。必須強調(diào)的是，焊條最后一個數(shù)字為“5”、“6”和“8”的，表示其為“低氫焊條”。為了保持其低氫含量以免受潮，這些焊條必須按原包裝密封保存，或貯存在適宜的烘箱內(nèi)，這些烘箱應采用電加熱并將溫度控制在150F至350F的范圍內(nèi)，烘箱必須保持低的潮濕度小于0.2%，因此需要

9、有合適的通風能力。任何低氫焊條如果不用或剛拆封應立即放入烘箱，大多數(shù)規(guī)范均要求低氫焊條在拆封后放入溫度不低于250F(120C）的烘箱中。但是，這里也必須指明的是，除以上說明外，其它焊條放入烘箱可能是有害的。有些焊條是要有一定的潮濕度的，如果潮濕度下降，焊條的可焊性將急劇下降。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,低合金鋼焊接的焊條，是在標準的焊條標識后，再加上用字母和數(shù)字組

10、成的后綴，圖3.5給出了一些重要的組合。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,手工電弧焊的設備相對簡單，一條導線連接待焊工件，另一條導線連接至焊工夾持焊條的焊把，焊條和母材通過焊條和工件靠近后產(chǎn)生的電弧加熱后而熔化。手工電弧焊的電源就是通常所說的恒流電源，它具有“下降”的特性，這個術語可通過觀察電源的電壓——電流曲線圖來加以理解。當焊工增加弧長時，將會增加焊接回路的電阻，從而導致電流的輕微下降（10%），見圖3.7（A）

11、，電流的下降促使電壓急劇地上升（32%），電壓的上升又反過來限制了電流的進一步下降。由于熱量是電壓、電流以及時間的函數(shù)，可以看出長的電弧((32Vx135Ax60)/10IPM=25,920J/in.) 將比短的電弧((22Vx150Ax60)/IPM=19,800J/in.)產(chǎn)生更多的熱量。從工藝控制的角度看，這點很重要，因為焊工可通過改變電弧長度來增減焊縫熔池的流動性。但是，太大的電弧長度將使電弧的集中度降低，從而導致熔

12、池熱量的損失，使電弧穩(wěn)定性降低，也會損失熔池的保護氣體。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,除特殊合金材料外，手工電弧焊在大多數(shù)工業(yè)中大量使用。但它也是一種相對陳舊的焊接方法，有些新的焊接工藝在某些方面的應用上已經(jīng)取代了它，即便這樣，手工電弧焊仍然在焊接工業(yè)中廣泛應用。優(yōu)缺點：有以下幾個原因說明了它應用的廣泛性。第一，設備簡單而便宜，這就使得手工電弧焊很輕便。事實上，有很多種由汽油或柴油驅動的電焊機，用來完成在

13、沒有電的邊遠地區(qū)的焊接任務。還有，有些新的固態(tài)電源小而且輕巧，焊工很容易攜帶它們?nèi)スぷ?。另外，由于各種各樣的焊條易于獲取，這種焊接工藝被認為是萬能的。最后，隨著設備和焊條的不斷改進，這種焊接方法始終能保持很高的焊接質(zhì)量。手工電弧焊的其中一個局限性是焊接速度，它受到焊工周期性停止焊接，來更換長度為9到18英寸焊條的限制。手工電弧焊在許多應用場合已被其它半自動、機械化和自動化的焊接工藝所取代，原因就是這些工藝與手工電弧焊相比，有著更高的生

14、產(chǎn)效率。手工電弧焊的另一個缺點也是影響生產(chǎn)率的，即焊后焊渣的清理。而且，當使用低氫焊條時，還需要有適當?shù)馁A存設施如烘箱以保持其較低的潮濕度。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,接下來討論手工電弧焊可能產(chǎn)生的缺陷，這些缺陷不僅是我們可預料的，也可能來自于工藝使用不當。一種缺陷是焊縫中的氣孔，是由于焊縫周圍的潮濕和污染引起的，它可能來自于焊條藥皮、材料表面或周圍的大氣，氣孔也可能是由于焊工使用過長的電弧引起的，這點對低氫焊

15、條尤其突出，因此，短弧將有助于減少氣孔的出現(xiàn)。氣孔也可能是由所說的“電弧偏吹”現(xiàn)象造成的，它存在于所有的電弧焊當中，這是一種常見問題且常常使手工焊焊工很苦惱。（1）直流換成交流（和手上教材不同）（2）盡量使用短?。?）減小焊接電流（4）向電弧偏吹的相反方向傾斜焊條（5）在接頭兩端用大的定位焊，在接頭內(nèi)用斷續(xù)的定位焊（6）向著大的定位焊或完工焊縫的方向焊接（7）用分段退焊法（8）遠離接地以減小電弧后吹，朝

16、向接地以減小電弧前吹（9）將電纜連接至焊縫兩端（10）將電纜纏繞在工件周圍，其電流方向應能產(chǎn)生抵銷電弧偏吹的磁場（11）在接頭末端加熄弧板 除會產(chǎn)生氣孔外，電弧偏吹還會導致飛濺、咬邊、成型不好并降低焊接熔深。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,1.2 氣體保護電弧焊（GMAW）這里要討論的工藝是氣體保護電弧焊，簡寫為GMAW。它是美國焊接學會所給出的一種工藝，也就是我們常說的熔化極惰性氣體保護電弧焊MIG

17、。通常它是用作一種半自動工藝，但也可作為機械化和自動化工藝來應用，因此它很適合于焊接機器人來操作。氣體保護電弧焊是通過焊槍連續(xù)不斷的送絲，由焊絲和工件之間產(chǎn)生的電弧的熱量將母材和焊絲熔化，從而達到焊接的目的。圖3.10描述了這一焊接工藝的基本過程。 氣體保護電弧焊很重要的一個特點是焊接過程的保護氣體也是由焊槍輸送的，這些氣體有惰性的，也有非惰性的。惰性氣體如氬、氦可用于某些焊接當中，它們可單獨使用，也可混合使用，或與其它非惰性氣體如

18、氮氣、氧氣或二氧化碳混合使用。多數(shù)氣體保護電弧焊使用二氧化碳作為保護氣體，因為與惰性氣體相比，它價格較為便宜。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,氣體保護電弧焊的電極是實芯焊絲，實芯焊絲纏繞成不同規(guī)格尺寸盤或卷，美國焊接學會給出了它們的標識方法，是以字母ER打頭，后面有二到三個數(shù)字，然后是連字符S，最后是一個數(shù)字，見圖3.11。字母ER代表焊絲既可用作電極，也可用作填充金屬，或僅用作填充金屬（對其它焊接工藝而言）。二到三

19、個數(shù)字表示焊縫金屬的最小抗拉強度，單位為千磅每平方英寸。因此，與手工電弧焊一樣，“70”就表示填充金屬的最小抗拉強度為70,000磅每平方英寸（PSI）。字母S表示為實芯焊絲，連字符后的最后一個數(shù)字表示電極的化學成分，說明了其操作特性以及焊縫的性能。典型的氣體保護電弧焊電極均增加脫氧劑如錳、硅和鋁等，從而避免了氣孔的發(fā)生。例如：ER70S-6雖然焊絲沒有藥皮，但在不用時，也需妥善保管最重要的一點是要確保焊絲干凈。如果把焊絲隨便堆

20、放，它將會受到灰塵、油、濕氣、打磨飛灰以及其它存在于焊接車間介質(zhì)的污染。因此，在不用時，焊絲必須貯存在原塑料包裝或原運輸包裝內(nèi)，如果一卷焊絲已經(jīng)裝在焊機上，當較長時間不用時，應加蓋保護。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,氣體保護電弧焊的電源與手工電弧焊的電源不同，它不是恒流電源，而是我們所說的恒壓電源、或平特性電源，也就是說，氣體保護電弧焊的焊接是在設定的電壓下，通過焊接過程中電流的變化來完成的。氣體保護焊通常采

21、用直流反接(DCEP)，當用這種類型的電源和送絲機構配合時，就可以組成半自動、機械或全自動的焊接方法。正如所看見的那樣，這種設備較手工電弧焊所使用的設備要復雜一些。一個完整的配置包括電源、送絲機構、保護氣體以及通過柔性電纜連接在送絲機構上的焊槍，這根柔性電纜可以焊絲和保護氣體。焊工可以通過在電源上調(diào)節(jié)電壓，在送絲機構上調(diào)節(jié)送絲速度，以來設置焊接參數(shù)。當送絲速度增加，焊接電流也隨之增加。焊絲的熔化率與焊接電流成適當?shù)谋壤?，這實際上是由送

22、絲速度所控制的。值得一提的是這種電源是平特性電源。這種特性允許實現(xiàn)半自動工藝功能，也就是說焊工不必象手工電弧焊焊工那樣控制填充金屬的送進。換句話說，這種系統(tǒng)被稱為“自調(diào)節(jié)平特性”系統(tǒng)。這種特性是因為焊槍與工件的相對位置的微小變動會引起焊接電流的明顯的增大或減小。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,從圖3.13中可以看見，當焊槍靠近工件時會使電阻減小從而使焊接電流立刻增大，立刻將焊絲多熔化一些，使電弧長度和電流恢復到設定值

23、。這減小了焊工操作對焊接特性的影響，使該方法對操作人員不敏感，因此操作容易掌握。如果改變設備的調(diào)節(jié)機置，將導致操作特性的極大變化。首先所關注的是熔化金屬從電極端部穿過電弧區(qū)到達母材的過渡方式。對于氣體保護焊，有四種基本的過渡方式，它們是射流過渡（spray）、熔滴過渡(globular)、脈沖過渡(pulsed arc)和短路過渡(short-circuiting)。圖3.14給出了四種過渡方式中的三種。它們的特性完全不同以至幾乎認

24、為是四種獨立的焊接方法。每種特定的過渡方式都有特定的優(yōu)點和局限，因此有不同的適用范圍。過渡方式由包括保護氣體、電流和電壓以及電源特性在內(nèi)的若干因素決定。這四種不同的過渡方式的一個基本特性就是向工件傳送不等的熱量。射流過渡被認為熱量最高，接下來是脈沖過渡、熔滴過渡，最后是短路過渡。因而，在平焊位置，射流過渡最適合厚板以及全焊透接頭。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,熔滴過渡能產(chǎn)生大量的熱量以及熔敷金屬，但操作穩(wěn)定性略有下

25、降，容易產(chǎn)生飛濺。脈沖氣體保護焊要求焊接電源能夠產(chǎn)生直流脈沖輸出，并且焊工能夠準確地對脈沖進行程控，使峰值電流和基值電流進行組合，從而增加對熱輸入和工藝穩(wěn)定性的控制。焊工能夠對峰值脈沖電流的值和寬度進行設置。這樣在焊接過程中，焊接電流能夠在峰值脈沖電流和基值脈沖電流之間變換，并且，二者均可以通過焊機進行控制。短路過渡向母材傳送的熱量最少，這使得它成為薄板焊接和由于裝配導致的間隙過寬的接頭焊接的首選。短路過渡方式具有冷卻的特性，這是因

26、為電極實際上與母材接觸，在焊接循環(huán)中產(chǎn)生部分短路。這樣電弧是間歇地產(chǎn)生和消失。在電弧消失的這段期間，會發(fā)生冷卻現(xiàn)象從而減小薄板材料燒穿的傾向。短路過渡用于厚板焊接時必須特別小心，因為熱量不足容易產(chǎn)生未熔合。正如所提及的那樣，保護氣體對過渡方式有著重要的影響作用。在混合氣體中，只有在至少80%氬氣含量的情況下，射流過渡才能產(chǎn)生。CO2氣體廣泛的用于碳鋼的氣體保護焊，這主要是因為其低廉的成本和優(yōu)異的熔透特性。然而，它仍有缺點，這就是要產(chǎn)生

27、大量的飛濺，而這些飛濺必須去除，因而降低了生產(chǎn)效率。優(yōu)缺點：,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,由于沒有焊后必須去除的焊渣，GMAW非常適合自動化和機器人焊接，或其它高效生產(chǎn)情況。這是這種工藝的主要優(yōu)點之一。由于焊后極少或沒有清理要求，操作人員總的生產(chǎn)效率得到極大的提高。這個效率由于使用焊絲盤而得到進一步的提高，連續(xù)的焊絲不需要象使用單根焊條的手工電弧焊那樣經(jīng)常更換。所以節(jié)約下來的時間可以用于完成更多的焊接生產(chǎn)。G

28、MAW的主要優(yōu)勢在于每小時的金屬熔敷量，這極大地降低了勞動力成本。氣體保護焊的另一個優(yōu)勢在于它是一種干凈的工藝，這主要歸功于沒有使用焊劑。在通風不良的車間會發(fā)現(xiàn)，從手工電弧焊或藥芯焊換成氣體保護焊后情況會得到改善，這是因為煙的產(chǎn)生減少了。由于有各種各樣的焊絲可選用，而且焊接設備變的更便于攜帶，氣體保護焊的適用領域不斷得到擴展。該工藝的另外一個優(yōu)點是可見性。因為沒有焊渣，焊工能夠很容易地觀察電弧和熔池的情況，從而改善控制。使用保護氣體代

29、替焊劑，確實會得到一些好處，但同樣被認為是有局限的，這是因為氣體是焊接過程中保護和清潔熔池的主要方法。如果母材過臟，單靠保護氣體不足以避免氣孔的產(chǎn)生。GMAW還對氣流和風特別敏感，它們會將保護氣體吹開，留下未保護的金屬。正是這個原因，氣體保護焊不大適合工地焊接。應充分認識到，氣體流量大于推薦值的上限，并不能保證對熔池適當?shù)谋Ｗo。實際上，大的氣體流量反而導致氣體紊亂，并增大氣孔產(chǎn)生的可能性，這是因為增大氣體流量實際上可能將空氣帶入焊接區(qū)。

30、另一個缺點是設備要求比手工電弧焊的設備復雜。這增加了由于機械故障而導致焊接質(zhì)量問題的可能性。諸如焊槍內(nèi)襯和導電嘴的磨損會改變送絲和電特性從而產(chǎn)生有缺陷的焊縫。主要的問題已經(jīng)討論過。他們是：由于污染或保護不良產(chǎn)生的氣孔，厚板焊接采用短路過渡產(chǎn)生的未熔合，焊槍襯里和導電嘴磨損而產(chǎn)生的電弧不穩(wěn)定。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,如何解決問題？為了減少氣孔產(chǎn)生的可能性，焊前應對部件進行清理，并用圍欄或屏風保護焊接區(qū)域避免

31、過強的風。如果氣孔仍然存在，就應當檢查所用的氣體，以保證不存在過量的潮氣。未熔合的確是GMAW的一個問題，特別是采用短路過渡時。這有一部份的原因是因為這種焊接工藝沒有使用焊劑， 是一種“明弧焊”，。由于沒有了焊劑對電弧熱量的保護，所以容易使焊工認為母材中有高大量的熱量。這是一種誤覺，所以，焊工必須明白這種情況并確保電弧能熔化母材。最后，設備應得到良好的保養(yǎng)，以減輕諸如送絲不穩(wěn)定所造成的問題。每次更換送絲輪時，應當用干凈的壓縮空氣吹掃

32、內(nèi)襯，清除可能產(chǎn)生阻塞的微粒。如果送絲仍有問題，就應當更換內(nèi)襯。導電嘴應定期更換。導電嘴磨損后，接觸點發(fā)生了變化，使焊絲伸長量增加，然而焊工并不知道。焊絲伸長量是導電嘴到焊絲端部的距離，參見圖3.15。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,1.3 藥芯焊絲電弧焊(FCAW)下一種介紹的工藝是藥芯焊絲電弧焊。它與氣體保護焊非常相似，差別在藥芯焊絲焊采用的是管狀焊絲，其中裝有粒狀的焊劑，而不是氣體保護焊所用的實芯焊絲。其差別可

33、以從圖3.16中看到，圖中給出了采用自保護藥芯焊絲焊焊接的工件和焊接過程中電弧區(qū)域的特寫。圖中顯示管狀的焊絲通過焊槍中的導電嘴送進，并在焊絲和工件之間產(chǎn)生電弧。隨著向前焊接而熔敷焊縫金屬，和手工電弧焊一樣，在焊縫金屬上覆蓋著一層焊渣。根據(jù)使用的焊絲類型不同，可以對藥芯焊附帶或不附帶額外的保護氣體。有些焊絲被設計成靠內(nèi)部焊劑提供所有需要的保護，它們被稱為自保護性。其它的焊絲要求附加的保護氣體提供附加的保護。同其它焊接工藝一樣，F(xiàn)CAW

34、有一個系統(tǒng)用于標識各種類型的焊絲，見圖3.17。查閱所有類型的焊絲會發(fā)現(xiàn)，它規(guī)定了極性，保護要求，化學成分和焊接位置。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,標識以字母”E”開頭表示焊絲。第一位的數(shù)字表示焊縫熔敷金屬的抗拉強度，單位是10000磅/英寸2，如“7”表示焊縫熔敷金屬的抗拉強度至少為70,000psi.第二個數(shù)字是“0”或“1”?！?”表示這種焊絲只適用于平焊或角焊縫的橫焊，而“1”說明該焊絲可用于所有位置。

35、 接下來的一位是字母“T”，它表示管狀焊絲。然后是一橫線和一個數(shù)字，數(shù)字表示按焊縫熔敷金屬化學成分進行的特定分類，電流類型，極性，是否需要保護氣體，以及其它用于分類的特定信息。例如：E70T-7根據(jù)這個標識系統(tǒng)，能夠對焊絲是否需要附加保護氣體進行明確分類。這對焊接檢驗師十分重要，因為藥芯焊絲在有或沒有額外保護氣體的情況下均可焊接。圖3.18是兩種類型的焊槍。一些焊絲分類為可以在只有自保護，沒有附加保護的情況下使用。這些焊絲使用后綴

36、數(shù)字3，4，6，7，8，10，11，13和14表示。而另外一些焊絲用后綴數(shù)字1，2，5，9或12表示要求額外的保護來輔助保護熔化的金屬。根據(jù)應用情況，兩種類型的焊絲均能提供優(yōu)良的性能。另外，后綴G和GS分別表示多道焊和單道焊。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,FCAW使用的設備與GMAW的基本一致，參見圖3.19。所不同的是FCAW可能需要更高容量的焊槍和電源，對于自保護型焊絲和送絲機構，不需要附帶保護氣體裝置。和G

37、MAW一樣，F(xiàn)CAW使用平特性直流電源。根據(jù)所使用的焊絲類型，使用直流反接(DCEP)(1,2,3,4,6,9,12)或直流正接(DCEN)(7,8,10,11,13,14)或二者均可(DCEP,DCEN)(5)。優(yōu)缺點：藥芯焊絲焊工藝由于被一些工業(yè)應用所選用而迅速得到認可。它在污染表面上的良好表現(xiàn)和高熔敷效率幫助FCAW在一些應用中取代了SMAW和GMAW。藥芯焊工藝在工業(yè)應用中主要用于鐵基金屬。在車間焊和工地焊應用中均能獲得

38、滿意的效果。雖然藥芯焊絲主要適于鐵基金屬制造（碳鋼和不銹鋼），一些非鐵基金屬也能的到很好的應用。FCAW獲得廣泛的認可，是因為它能提供優(yōu)良的性能?？赡茏钪匾膬?yōu)點是它能提供很高的生產(chǎn)效率，即單位時間內(nèi)所熔敷的焊縫金屬量。它是手工焊接工藝中效率最高的。這是由于焊絲盤提供連續(xù)不斷的焊絲，同GMAW一樣增加了電弧時間。該工藝還被分類為大熔深弧焊，這有助于減少熔合性缺陷的可能性。由于該方法主要用于半自動工藝，其操作技能要求遠低于手工方法的

39、要求。無論有無保護氣體的輔助，F(xiàn)CAW因有焊劑，它比GMAW對母材污染有更大的容許。正是這個原因，使得FCAW適合工地焊接，在現(xiàn)場，風使得保護氣體流失，而GMAW會受到極大的影響。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,然而，檢驗師應當明白該工藝有它的局限。首先，由于有焊劑，所以在后序焊道焊接前和外觀檢查前必須去除這層固體焊渣。由于存在焊劑，在焊接過程中會產(chǎn)生大量的煙。長時間暴露在沒有通風條件的地方會危害焊工的健康。這些煙還

40、會降低焊工的視線，會給接頭中的電弧正確操作帶來困難。雖然可以采用煙霧抽除系統(tǒng)，但要在焊槍加上附件，這會增加其重量并降低焊工的視線。當采用附加保護氣體時，它還會擾亂保護氣氛。即使FCAW被認為是有煙工藝，但它在單位熔敷金屬時產(chǎn)生的煙量沒有SMAW多。FCAW所要求的設備比SMAW的復雜，因而其先期成本和機械故障的可能性限制了它在一些環(huán)境中的使用?？赡艽嬖诘暮附尤毕荩亢退械墓に囈粯?，F(xiàn)CAW自身存在一些問題。首先是于焊劑有關。由于

41、焊劑的存在，在層間清理不當或操作技術不當時，會有焊渣殘留在焊縫金屬中的可能性。對于FCAW，至關重要的是焊接速度要足夠快，以保持電弧在熔池的前緣。當焊接速度太慢，使電弧在熔池的中前部或后部，熔化的焊渣會被卷入熔池中形成夾渣。另一個自身的問題與送絲機構有關。與GMAW情形一樣，缺少保養(yǎng)維護會導致焊絲送進問題，這會影響焊縫的質(zhì)量。FCAW同樣產(chǎn)生包括未焊透、夾渣和氣孔在內(nèi)的典型缺陷。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,1.4

42、 鎢極氬弧焊（GTAW）下一種介紹的工藝是鎢極氬弧焊，與其它已經(jīng)討論過的焊接方法相比，有許多有趣的不同。圖3.20顯示出該工藝的基本要素。GTAW最重要的特性是電極在焊接過程中不會消耗。它采用純鎢或鎢合金制造，具有承受高溫的能力，甚至是電弧的高溫。因而，當電流通過時，就在鎢極和工件之間建立起電弧。當需要填充金屬，必須額外添加，通常采用手工方式，或采用機械送絲系統(tǒng)。電弧和金屬采用惰性氣體保護，這些氣體從包圍著鎢極的噴嘴中流出。因為沒

43、有使用焊劑，熔敷金屬不需要清渣。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,同其它方法一樣，有一個系統(tǒng)使各種類型的鎢極容易辯識。這個標識由一系列的字符組成， 它以字符“E”開頭表示電極。接下來的字母“W”是鎢的化學符號。然后是字符的數(shù)字，它們表示合金類型。由于只有5種不同的類型，它們通常使用顏色系統(tǒng)來區(qū)分。表中給出了分類和對應的顏色代碼。氧化釷或氧化鋯的加入可幫助電極改善電特性，其結果是使鎢極的發(fā)射能力地到輕微的提高。簡單

44、的說，就是氧化釷或氧化鋯型的鎢極比純鎢更容易起弧。純鎢在加熱時有形成“球”端的能力，所以經(jīng)常用于鋁焊接。和尖形鎢極相比，球形鎢極具有較低的電流集中，從而減小了鎢極損壞的可能性。極是鐵基金屬焊接中最常用的電極。用于GTAW的填充材料標識采用“ER”作前綴，后接化學成分。外購實心光焊絲的長度一般是36 英寸，并在兩端作有標識。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,GTAW可以采用直流反接DCEP，直流正接DCEN或交流AC。

45、直流反接(相對工件來講)DCEP將在電極上產(chǎn)生較多的熱量，而直流正接DCEN則在工件上產(chǎn)生更多的熱量。交流AC則在電極和工件之間變換熱量。交流AC主要用于鋁焊接，這是因為電流的變換會提高清潔作用，從而提高焊接質(zhì)量。直流正接DCEN通常用于鋼的焊接。圖3.21顯示不同電流和極性的效果，包括熔深、氧化物的清潔作用、電弧的熱量分配和電極的電流承載能力。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,上面提到，GTAW使用惰性氣體作為保護氣

46、體。所謂惰性，我們是指這種氣體不會和金屬發(fā)生反應，但可以保護金屬免受污染。氬氣和氦氣是兩種用于GTAW的惰性氣體。一些機械化的不銹鋼焊接生產(chǎn)，使用由氬氣和少量的氫氣組成的保護氣體，但這在鎢極氬弧焊應用中只占極少的一部分。GTAW的設備其主要電源部分如同SMAW的設備一樣，采用陡降特性的電源。由于使用氣體，需要有設備來控制和傳送氣體。優(yōu)缺點：GTAW在許多工業(yè)領域有著廣泛的應用。它能焊接幾乎所有的材料，因為電極在焊接過程沒有熔化。

47、它具有在極低電流情況下焊接的能力，使得鎢極氬弧焊可用于極薄材料的焊接(薄至0.005英寸)。它特有的清潔和操作可控特性，使它成為苛刻條件下應用的首選，這些應用如太空、食品和藥品加工，石化和動力管道工業(yè)。GTAW的主要優(yōu)勢在于它焊出的焊縫具有很高的質(zhì)量和優(yōu)異的外觀質(zhì)量。同樣，由于沒有焊劑，該方法非常干凈，不需要焊后清理焊渣。如前所說，能焊接極薄的材料。由于它的特性，它適合焊接幾乎所有的金屬，而其中的大部分材料采用其它的焊接方法會很不

48、容易。如果設計允許，這些材料的焊接可以不用填充材料。在需要時，有各種類型的絲狀填充材料可用于各種合金材料。萬一某種特定的合金材料，市場上又沒有可選用的焊絲，那么可以簡單地從這種母材上剪一塊，作成窄條狀當作焊絲，用手工方法送入焊接區(qū)。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,與其優(yōu)點相對，它還是有一些缺點。首先，GTAW是所有可選用的焊接方法中最慢的。在它產(chǎn)生干凈的焊縫熔敷時，它卻對污染的容許程度很低。所以，焊前必須對母材和填

49、充材料進行認真的清理。當采用手工方法，GTAW要求很高的技能水平；焊工必須協(xié)調(diào)一只手控制電弧而另一只手隨之送進填充材料。GTAW通常被選擇用于需要高質(zhì)量保證的地方，而增加的成本能抵消這些限制。該方法其中的一個缺點就是它對污染很敏感。如果遇到污染或潮氣，無論來自母材、填充材料或是保護氣體，都將可能在熔敷焊縫上引起氣孔。當發(fā)現(xiàn)氣孔，就意味著工藝失控，需要進行一些保護措施的檢查。檢查可以確定污染的來源，從而消除污染。另一個GTAW特有的

50、內(nèi)在缺點是夾鎢。顧名思義，這種缺陷是由于鎢極上的小塊熔入焊縫金屬中。夾鎢的產(chǎn)生有很多原因，主要的列在下表中。夾鎢產(chǎn)生的原因(1)鎢極端部和熔化金屬接觸；(2)填充材料與熱電極端部接觸；(3)電極端部被飛濺污染；(4)電流過大超過了電極規(guī)格和型號的限制；(5)電極伸出夾頭過大，超過了正常的距離，導致電極過熱；(6)電極夾頭夾緊不當；(7)保護氣體流量不當或過大的風導致電極端部氧化；(8)電極有缺陷，如開裂

51、、裂紋；(9)使用了錯誤的保護氣體；和(10)電極端部打磨不當。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,1.5 埋弧焊(SAW)最后一個所討論的常用焊接方法是埋弧焊。這種方法是目前所提及的在焊縫金屬熔敷效率上最高的一種典型焊接方法。SAW用實芯焊絲連續(xù)送進，焊絲產(chǎn)生的電弧完全被顆粒狀的焊劑層所覆蓋；因而被命名成“埋弧”焊。圖3.23顯示該工藝是如何形成焊縫的。正如所提到的，焊絲送進到焊接區(qū)域的方式與氣體保護焊和藥芯

52、焊絲焊非常一致。而最大的差別是保護方式。對于埋弧焊工藝，顆粒狀焊劑被置于焊絲的前部或周圍來實現(xiàn)對熔化金屬的保護。在焊接過程中，在焊道上有一層渣渣和仍然為顆粒狀的焊劑。焊渣清除后通常被丟棄，雖然有技術能在一些應用中，將一部分焊渣和新焊劑混合回用。如果小心作好了防污染措施，顆粒狀的焊劑是可以回收回用。在某些情況下如果對焊劑的清潔度要求非常高，那么不推薦焊劑回用。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,由于SAW的焊絲和焊劑是各自分

53、開的，所以在一個特定的應用中會有多種組合可選用。對于合金化焊縫，一般有兩種組合：合金焊絲配合中性焊劑，或低碳焊絲配合合金焊劑。因此，為了正確地描述SAW的填充材料，美國焊接學會的標識系統(tǒng)包括了指明焊絲和焊劑。圖3.24顯示了焊絲/焊劑分類系統(tǒng)的各個部分，并附有兩個例子。F7A6-EM12K是一個完整的標識。焊絲EM12K配合使用，焊縫金屬具有在焊態(tài)下抗拉強度不小于70,000psi(480Mpa)，卻貝V型沖擊韌性在-60F(-51

54、C)的溫度下不小于20ft-lb(27J)。F7A4-EC1 是一個完整焊劑的標識這種焊劑用于焊縫金屬具有在焊態(tài)下抗拉強度不小于70,000psi，卻貝V型沖擊韌性在-40F(-40C)的溫度下不小于20ft-lb(27J)。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,埋弧焊設備由幾個部分組成，見圖3.25。由于該工藝能夠實現(xiàn)全機械化或半自動化，所以二者的設備略有不同。然而，無論那種情況，都要求有一電源。雖然大部分埋弧焊使用平特

55、性電源，仍有相當數(shù)量的應用選擇陡降特性電源。用送絲機構把焊絲通過電纜內(nèi)襯送到焊槍, 這與氣體保護焊和藥芯焊絲焊一樣。焊劑必須放置在焊接區(qū)域；對于機械系統(tǒng)，焊劑一般放置在機頭上部的焊劑料斗中，靠重力送料，通過圍繞導電嘴的送料嘴把焊劑送至電弧前面一點或周圍。對于半自動埋弧焊，焊劑采用壓縮空氣強制送到焊槍，空氣使顆粒狀焊劑“流化”，使之容易流動?；蚴峭ㄟ^直接連在手提焊槍上的料斗。設備的另外一個差異就是在交流或直流(任何極性)之間選擇。

56、焊接電流的類型影響熔深和焊道的外形。對于一些應用，可以使用多絲焊。這些焊絲可能采用一個電源供電，或需要多個電源。多絲的使用可以提供多樣性的工藝。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,優(yōu)缺點：SAW已在許多工業(yè)領域得到認可，并可用在許多金屬上。由于很高的熔敷效率，它在表面堆焊上表現(xiàn)出很高的效率。在表面需要改善耐腐蝕或耐磨性能的情況下，在薄弱金屬表面覆蓋耐蝕或耐磨焊縫是一種非常經(jīng)濟的辦法。如果用機械方法實現(xiàn)這種應用，埋弧焊是最

57、佳選擇。可能SAW最大的優(yōu)勢是它的高熔敷效率。與其它常用方法相比，它有著很高的焊縫金屬熔敷效率。埋弧焊工藝對操作工有很高的吸引力，因為沒有可見的弧光，允許操作工在沒有佩帶防護鏡和其他厚重保護服的情況下對焊接進行控制。另外一個優(yōu)點是它比其它一些焊接方法產(chǎn)生更少的煙。該方法的其他一個特點是它在許多應用中具有獲得滿意熔深的能力。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,SAW的局限是它只能在焊劑可以被支撐在焊接接頭的位置進行焊接。當

58、焊接不是在常規(guī)的平焊或橫焊位置進行時，就需要一些裝置來保持焊劑在適當?shù)奈恢?，使焊接可以進行。和大多數(shù)機械方法一樣，SAW的另一個局限是它可能需要很多工具工裝和變位設備。和其它使用焊劑的方法一樣，完工焊縫上有一層必須去掉的焊渣。如果焊接參數(shù)不恰當，則焊縫成形會使清渣變的非常困難。最后一個缺點與在焊接過程中覆蓋在電弧上的焊劑有關。當它很好地保護了焊工免受電弧傷害的時候，也阻擋了焊工地準確觀察電弧在接頭中的位置。對于采用機械設置方式，建議

59、可跟蹤全長度接頭的偏移情況。如果電弧方向不當，則會產(chǎn)生未熔合。SAW有一些固有的問題。首先是與顆粒狀焊劑有關。與低氫型的SMAW焊條一樣，埋弧焊的焊劑需要保護起來免遭潮氣。在使用前，可能需要將焊劑存儲在加熱的容器中。如果焊劑受潮，可能會產(chǎn)生氣孔和焊道下裂紋。SAW的另一個問題是凝固裂紋。這是焊道寬度和深度之比過大時產(chǎn)生的。也就是說焊道的寬度遠大于深度，反之亦然，則在固化過程中會產(chǎn)生中心收縮裂紋。圖3.26顯示出一些會產(chǎn)生裂紋的情

60、況。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,1.6 等離子焊(PAW)下面討論等離子焊。等離子是指電離的氣體。對于任何電弧焊工藝，都有等離子產(chǎn)生。然而，之所以命名為等離子焊，是因為等離子區(qū)域的強度。簡單的了解，PAW可能容易被誤認為GTAW，因為設備非常相似。其典型設備配置見圖3.27。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,GTAW和PAW都使用同樣類型的電源。然

61、而，當仔細觀察焊槍，會發(fā)現(xiàn)明顯的差異。圖3.28顯示了兩種類型焊槍的比較圖，以及產(chǎn)生的不同的熱量和熔深。GTAW和PAW都同樣使用鎢極來起弧。然而，PAW焊槍的陶瓷噴嘴中有一個的銅孔（壓縮噴嘴）。等離子氣體被迫通過這個孔和電弧，從而形成了壓縮電弧。這種壓縮或是擠壓使得電弧更集中，因而更強烈。有一個方法可以看到GTAW 和PAW之間的電弧強度差別，就是PAW的焊嘴上可能會有水冷軟管。將GTAW比做清清的薄霧的話，PAW就是有強大力量的

62、集中的蒸汽。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,等離子弧可以分為兩類，即轉移型和非轉移型電弧。見圖3.29。對于轉移型電弧，電弧建立在鎢極和工件之間。而非轉移型電弧則采用另外的方法，電弧建立在鎢極和銅孔管上。轉移型電弧一般用于導熱性能良好的材料的焊接和切割，這是因為在工件上會產(chǎn)生大量的熱量。非轉移型電弧更適合導熱性能不好的材料的切割，這時工件上的熱量必須最小。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,GTAW和

63、PAW的類似之處還在與其設備。焊接電源在很多方面都類似。見圖3.30，但有一些必須的附加設備，其中包括等離子控制臺和等離子氣源。正如前面所討論的，焊槍有一些輕微的差別，因此有必要仔細檢查其內(nèi)部結構。圖3.31顯示出典型的手工等離子焊槍的一些內(nèi)部結構。如圖所示，需要兩個獨立的氣體：保護氣體和孔氣（等離子氣）。氬氣是這兩種氣體最常用的氣體。然而，焊接各種不同的金屬可能會使用氦氣或是氬氣/氦氣，氬氣/氫氣的混合氣體。PAW的主要用途與GT

64、AW類似。PAW可用于同樣的材料和厚度。在需要熱源集中的地方，可以選擇PAW。它可以在厚達1/2英寸的材料上采用被稱為“小孔效應焊接”的技術實現(xiàn)全焊透焊縫。圖3.32顯示了小孔效應焊縫的典型外觀。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,小孔效應焊接是在沒有間隙的I型對接接頭上進行的。熱量集中的電弧熔透整個厚度并形成小孔。在焊接過程中，小孔在母材邊緣熔化形成的接頭上移動，在電弧過去之后，熔化金屬流到一起并固化。這可以在接頭沒有精

65、細準備的情況下獲得高質(zhì)量的焊縫，而且有著比GTAW更快的焊接速度。PAW有一個優(yōu)點，前面已經(jīng)提到，就是它能提供非常集中的熱源。這樣可以得到更高的焊接速度和更小的變形。由于所采用的焊槍到工件的距離較遠，所以焊工有良好的視線觀察焊縫的成形。由于鎢極縮在焊槍內(nèi)，焊工減少了接觸熔化金屬并形成夾鎢的情況。在該工藝使用小孔模式是所期望的。小孔可以正面地指明熔透和焊縫的均勻。焊縫均勻是由于等離子焊對弧長的變化不敏感。由于有對電弧的矯正作用存在，使得

66、焊槍到工件的距離在較大范圍內(nèi)變化而不會影響它的熔化能力。PAW被局限在焊接1英寸及以下厚度的材料。剛開始時設備成本會較GTAW略高，這主要是因為需要配備其他的附件。最后，由于PAW比GTAW的設備設置更復雜，PAW的操作人員技能要求更高。這種工藝會遇到的兩種類型的金屬物夾雜缺陷。夾鎢可能是由于電流過高的造成的，事實上由于鎢極內(nèi)凹有利于避免這種情況的發(fā)生。電流過高會造成銅管孔熔化并熔進焊縫金屬中。采用小孔效應技術焊接時另一個可能遇到

67、的問題是在產(chǎn)生中空。這是因為在焊縫的尾端小孔未能填滿所產(chǎn)生的柱形空洞，它會在厚度方向上貫穿整個焊縫。在采用小孔技術時，由于電弧和接頭都很窄，還存在產(chǎn)生未熔合的可能性。由于這個原因，甚至很小的跟蹤偏離都會引起沿接頭的未熔合。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,1.7 電渣焊(ESW)下一個是電渣焊，與前面提到的方法相比，它不是一種常用工藝。在所有的焊接工藝中，它表現(xiàn)出最高的熔敷效率。ESW焊接邊對邊放置的材料，這樣接頭是垂

68、直的位置。這種焊接只有一個焊道，這樣焊接過程是從底部到頂部，且沒有中斷。雖然焊接過程是垂直向上的，其焊接位置仍認為是平焊位置，這是由于焊絲相對于熔池而言。在焊接過程中，熔化的金屬靠兩側的水冷滑塊支撐。見圖3.33。,第三章金屬連接及切割工藝 2011-11-12,ESW的一個有趣特性是ESW不屬于弧焊工藝。它是靠熔化的焊劑和熔化的母材和填充材料之間的電阻熱。ESW開始時的確使用電弧，但是一旦在有足夠的熔化焊劑可以提供熱量來維持沿接頭向上

69、的焊接過程時，電弧就會熄滅。ESW用于很厚的材料焊接。對于碳鋼來說，有一個基本的限制就是厚度應大于3/4英寸。所以只有需要處理大厚度板的工業(yè)會對它真正產(chǎn)生興趣。圖3.34給出了ESW的設備配制。優(yōu)缺點：ESW的主要優(yōu)勢在于它的高熔敷效率。如果單絲焊速度不夠快，還可以使用多絲焊。實際上，可以使用帶極來代替絲極以進一步提高熔敷效率。另一個好處是對接頭不需要作特別處理，事實上，粗糙的火焰切割表面就可以滿足該工藝的要求。因為在整個接頭的

70、厚度上，是由一個焊道熔化形成，所以在焊接過程中和焊后沒有角變形，因此對齊容易。ESW的主要局限是花大量的時間來進行設置和準備工作。在焊接之前需要花大量的時間和精力來調(diào)整工件的定位和走向。這就是為什么ESW即使有很高的熔敷效率，用于薄板焊接時也不經(jīng)濟。ESW本身存在一些固有的問題。當這些問題發(fā)生時，它會大面積出現(xiàn)。如果焊劑潮濕或一個水冷滑塊缺水，會產(chǎn)生大量的氣孔。因為電渣焊的工藝過程與鑄造工藝在很多方面類似，所以焊縫金屬的收縮會引起中