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各种焊接方法的优缺点

2018-06-14 10:54:47      点击:
 

一、埋弧焊 Submerged Metal Arc Welding (SMAW)

埋弧焊是以颗粒状焊剂为保护介质,电弧掩藏在焊剂层下的一种熔化极电焊接方法。

埋弧焊的施焊过程由三个环节组成:

1、在焊件待焊接缝处均匀堆敷足够的颗粒状焊剂;

2、导电嘴和焊件分别接通焊接电源两级以产生焊接电弧;

3、自动送进焊丝并移动电弧实施焊接。

埋弧焊的主要特点如下:

1、电弧性能独特

1)焊缝质量高熔渣隔绝空气保护效果好,电弧区主要成分为CO2,焊缝金属中含氮量、含氧量大大降低,焊接参数自动调节,电弧行走机械化,熔池存在时间长,冶金反应充分,抗风能力强,所以焊缝成分稳定,力学性能好;

2)劳动条件好 熔渣隔离弧光有利于焊接操作;机械化行走,劳动强度较低。

2、弧柱电场强度较高 比之熔化极气体保护焊有如下特点:

1)设备调节性能好,由于电场强度较高,自动调节系统的灵敏度较高,使焊接过程的稳定性提高;

2)焊接电流下限较高。

3、生产效率高由于焊丝导电长度缩短,电流和电流密度显著提高,使电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速率大大提高;又由于焊剂和熔渣的隔热作用,总的热效率大大增加,使焊接速度大大提高。

冶金反应:焊剂参与冶金反应,Si Mn被还原,C部分烧毁,限制杂质SPH,防止产生氢气孔。

熔滴过渡:渣壁过渡

电源:直流电源用于小电流情况,等速送丝,自身电弧调节;大电流一般用交流电源,变速送丝(SAW焊丝一般较粗),弧压反馈电弧调节

焊接材料:焊丝和焊剂。焊丝和焊剂的选配必须保证获得高质量的焊接接头,同时又要尽可能减低成本,还要注意适用的电流种类和极性。

适用范围:由于埋弧焊熔深大、生产率高、机械操作的程度高,因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。在造船、锅炉与压力容器、桥梁、超重机械、核电站结构、海洋结构、武器等制造部门有着广泛的应用,是当今焊接生产中最普遍使用的焊接方法之一。埋弧焊除了用于金属结构中构件的连接外,还可在基体金属表面堆焊耐磨或耐腐蚀的合金层。

随着焊接冶金技术与焊接材料生产技术的发展,埋弧焊能焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等以及某些有色金属,如镍基合金、钛合金、铜合金等。由于自己的特点,其应用也有一定的局限性,主要为:

1)焊接位置的限制,由于焊剂保持的原因,如不采用特殊措施,埋弧焊主要用于水平俯位置焊缝焊接,而不能用于横、立、仰焊;

2)焊接材料的局限,不能焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金,主要用于焊接黑色金属;

3)只适合于长焊缝焊接切,且不能焊接空间位置有限的焊缝;

4)不能直接观察电弧;

5)不适用于薄板、小电流焊。

二、熔化极气体保护焊(GMAG

GMAG属于用电弧作为热源的熔化焊方法,其电弧建立在连续送进的焊丝与熔池之间熔化的焊丝金属与母材金属混合而成的熔池在电弧热源移走后结晶形成焊缝并把分离的母材通过冶金方式连接起来。

CO2焊接的特点:

1)在焊接电弧高温作用下CO2会分解成COO2O,对电弧具有叫强烈的压缩作用,从而导致该焊接方法的电弧形态具有弧柱直径较小,弧跟面积小且往往难于覆盖焊丝端部全部熔滴的特点,因此熔滴受到的过渡阻力(斑点力)较大而使熔滴粗化,过渡路径轴向性变差,飞溅率大;

2)对焊接区保护良好,CO2的密度是常用保护气体中最大的,加上CO2气体受热分解后,体积增大,因此保护较好;

3)能量相对集中,熔透能力较大;

4)生产成本低,节约电能。

5)工艺和技术上还具有焊接区可见度好,便于观察、操作;焊接热影响区和焊接变形较小;熔池体积较小结晶速度较快,全位置焊接性能良好;对锈污敏感度低的优点。

冶金特性:

1)、合金元素的氧化CO2焊时,在电弧高温作用下,CO2会分解成COO2O,在焊接条件下,CO不溶于金属,也不参与反应,而CO2O都有强烈的氧化性,使Fe及其它合金元素氧化。

2)、脱氧及焊缝金属的合金化通常在焊丝中加入一定量的脱氧剂进行脱氧,此外,剩余的脱氧剂作为合金元素留在焊缝中,以弥补氧化烧损损失并保证焊缝的化学成分要求。

熔滴过渡:

1)、短路过渡(短弧、细丝、小电流)适用于薄板全位置焊接;

2)、细颗粒过渡,粗丝、长弧、大电流焊接;

3)、潜弧射滴过渡(很少用)。

电源:平特性电源(单旋钮调节)、直流反接、等速送丝 焊接材料:CO2气体和焊丝

适用范围:目前CO2气体保护焊广泛应用于机车制造、船舶制造、汽车制造、采煤机械制造等领域。适用于焊接低碳钢、低合金钢、低合金高强钢,但是不适合于焊接有色金属、不锈钢。尽管有资料显示CO2气体保护焊可以用于不锈钢的焊接,但不是焊接不锈钢的首选。

三、钨极氩弧焊(GTAW TIG

钨极氩弧焊是以难熔金属钨或其合金棒作为电源一极,采用惰性气体氩气作为保护气体,利用钨极与工件之间产生的电弧热作为电源,加热并熔化工件和填充金属的一种焊接方法。

特点:由于电弧是在氩气中进行燃烧,因此具有以下优缺点:

1)氩气具有极好的保护作用,能有效的隔绝周围空气;它本身既不与金属起化学反应,也不溶于金属,使得焊接过程中的冶金反应简单易控制,因此获得较高质量的焊缝提供良好条件。

2)钨极电弧非常稳定,即使在很小电流情况下(

3)热源和填充焊丝可分别控制,因而热输入容易调整所以这种焊接方法可进行全方位焊接,也是实现单面焊双面成型的理想方法。

4)由于填充焊丝不通过电流,故不产生飞溅,焊缝成型美观。

5)交流氩弧焊在焊接过程中能够自动清除焊件表面的氧化膜作用,因此,可成功地焊接一些化学活泼性强的有色金属,如铝、镁及合金。

6)钨极承载电流能力较差,过大的电流会引起钨极的熔化和蒸发,其微粒有可能进入熔池而引起夹钨。因此,熔敷速度小、熔深浅、生产率低。

7)采用氩气较贵,熔敷率低,且氩弧焊机有较复杂,和其他焊接方法(如焊条电弧焊、埋弧焊、CO2­气体保护焊)比较,生产成本较高。

8)氩弧周围受气流影响较大,不易室外工作。

熔滴过渡:有填丝时搭桥过渡

电源:陡降电源、直流正接;

焊铝采用交流、陡降电源,需引弧、稳弧措施 焊接材料:保护气体、钨极

适用范围:广泛用于工业生产,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等。

四、等离子弧焊(PAW

借助水冷喷嘴等措施,可以使电弧的弧柱区横截面积减小,电弧的温度、能量密度、等离子的流速都显著提高,这种用外部拘束使弧柱受到压缩的电弧称为等离子弧。

等离子弧是电弧的一种特殊形式,是一种具有高能量密度的电弧,仍然是气体导电现象。等离子弧焊接是利用等离子弧的热量加热&熔化工件和母材实现焊接的方法。

特点:

1)等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透能力强,1012mm厚度钢材可不开坡口,能一次焊透双面成形,焊接速度快,生产率高,应力变形小。

2)焊缝截面成酒杯状,无指状熔深问题。

3)电弧挺直性好,受弧长波动的影响,熔池的波动小。

4)电弧稳定0.1A,仍具有较平的静特性,配用恒流源,可很好的进行薄板的焊接(0.1mm)。

5)钨极内缩,防止焊缝夹钨

6)采用小孔焊接技术,实现单面焊双面成形。

7)设备比较复杂,气体耗量大,只宜于室内焊接。焊枪的可达性比TIG差。

8)电弧直径小,需要焊枪轴线与焊缝中线更准确地对中。

冶金反应:单一,只有蒸发

电源:陡降电源、直流正接;焊接铝镁时用交流、陡降电源、需引弧、稳弧措施

焊接材料:保护气体、钨极

适用范围:广泛用于工业生产,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等。

五、电阻焊

焊件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头的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,形成原子间的结合。

优点:

1)熔核形成时,始终被塑性环包围,熔化金属与空气隔绝,冶金过程简单。

2)加热时间短、热量集中、故热影响区小,变形与应力也小,通常在焊后不必安排校正和热处理工序。

3)不需要焊丝、焊条等填充金属,以及氧、乙炔、氩等焊接材料,焊接成本低。

4)操作简单,易于实现机械化和自动化,改善了劳动条件。

5)生产率高,且无噪声及有害气体,在大批量生产中,可以和其他制造工序一起编到组装线上。但闪光对焊因有火花喷溅,需要隔离。

缺点:

1)目前还缺乏可靠的无损检测方法,焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查,以及靠各种监控技术来保证。

2)点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量,且因在两板间熔核周围形成夹角,致使接头的抗拉强度和疲劳强度较低。

3)设备功率大,机械化自动化程度较高,使设备成本较高、维修较困难,并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的正常运行。