常見的焊接工藝比較

常見的焊接工藝比較

常用的焊接工藝有：電弧焊（氬弧焊、手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護電弧焊、等離子弧焊、氣體保護焊）；電阻焊、高能束焊（電子束焊、激光焊）；釬焊；以電阻熱為能源：電渣焊、高頻焊；以化學能為焊接能源：氣焊、氣壓焊、爆炸焊；以機械能為焊接能源：摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴散焊

1．電弧焊電弧焊是目前應用zui廣泛的焊接方法。它包括有：手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護電弧焊、等離子弧焊、熔化極氣體保護焊等。絕大部分電弧焊是以電極與工件之間燃燒的電弧作熱源。在形成接頭時，可以采用也可以不采用填充金屬。所用的電極是在焊接過程中熔化的焊絲時，叫作熔化極電弧焊，諸如手弧焊、埋弧焊、氣體保護電弧焊、管狀焊絲電弧焊等；所用的電極是在焊接過程中不熔化的碳棒或鎢棒時，叫作不熔化極電弧焊，諸如鎢極氬弧焊、等離子弧焊等。

（1）手弧焊

手弧焊是各種電弧焊方法中發展zui早、目前仍然應用zui廣的一種焊接方法。它是以外部涂有涂料的焊條作電極和填充金屬，電弧是在焊條的端部和被焊工件表面之間燃燒。涂料在電弧熱作用下一方面可以產生氣體以保護電弧，另一方面可以產生熔渣覆蓋在熔池表面，防止熔化金屬與周圍氣體的相互作用。熔渣的更重要作用是與熔化金屬產生物理化學反應或添加合金元素，改善焊縫金屬性能。手弧焊設備簡單、輕便，操作靈活。可以應用于維修及裝配中的短縫的焊接，特別是可以用于難以達到的部位的焊接。手弧焊配用相應的焊條可適用于大多數工業用碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及其合金。

（2）埋弧焊

埋弧焊是以連續送時的焊絲作為電極和填充金屬。焊接時，在焊接區的上面覆蓋一層顆粒狀焊劑，電弧在焊劑層下燃燒，將焊絲端部和局部母材熔化，形成焊縫。在電弧熱的作用下，上部分焊劑熔化熔渣并與液態金屬發生冶金反應。熔渣浮在金屬熔池的表面，一方面可以保護焊縫金屬，防止空氣的污染，并與熔化金屬產生物理化學反應，改善焊縫金屬的萬分及性能；另一方面還可以使焊縫金屬緩慢泠卻。埋弧焊可以采用較大的焊接電流。與手弧焊相比，其zui大的優點是焊縫質量好，焊接速度高。因此，它特別適于焊接大型工件的直縫的環縫。而且多數采用機械化焊接。埋弧焊已廣泛用于碳鋼、低合金結構鋼和不銹鋼的焊接。由于熔渣可降低接頭冷卻速度，故某些高強度結構鋼、高碳鋼等也可采用埋弧焊焊接。

（3）鎢極氣體保護電弧焊

這是一種不熔化極氣體保護電弧焊，是利用鎢極和工件之間的電弧使金屬熔化而形成焊縫的。焊接過程中鎢極不熔化，只起電極的作用。同時由焊炬的噴嘴送進氬氣或氦氣作保護。還可根據需要另外添加金屬。在國際上通稱為TIG焊。鎢極氣體保護電弧焊由于能很好地控制熱輸入，所以它是連接薄板金屬和打底焊的一種好方法。這種方法幾乎可以用于所有金屬的連接，尤其適用于焊接鋁、鎂這些能形成難熔氧化物的金屬以及象鈦和鋯這些活潑金屬。這種焊接方法的焊縫質量高，但與其它電弧焊相比，其焊接速度較慢。

（4）等離子弧焊

等離子弧焊也是一種不熔化極電弧焊。它是利用電極和工件之間地壓縮電弧（叫轉發轉移電弧）實現焊接的。所用的電極通常是鎢極。產生等離子弧的等離子氣可用氬氣、氮氣、氦氣或其中二者之混合氣。同時還通過噴嘴用惰性氣體保護。焊接時可以外加填充金屬，也可以不加填充金屬。等離子弧焊焊接時，由于其電弧挺直、能量密度大、因而電弧穿透能力強。等離子弧焊焊接時產生的小孔效應，對于一定厚度范圍內的大多數金屬可以進行不開坡口對接，并能保證熔透和焊縫均勻一致。因此，等離子弧焊的生產率高、焊縫質量好。但等離子弧焊設備（包括噴嘴）比較復雜，對焊接工藝參數的控制要求較高。鎢極氣體保護電弧焊可焊接的絕大多數金屬，均可采用等離子弧焊接。與之相比，對于1mm以下的極薄的金屬的焊接，用等離子弧焊可較易進行。

（5）熔化極氣體保護電弧焊

這種焊接方法是利用連續送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬噴嘴噴出的氣體保護電弧來進行焊接的。熔化極氣體保護電弧焊通常用的保護氣體有：氬氣、氦氣、CO2氣或這些氣體的混合氣。以氬氣或氦氣為保護氣時稱為熔化極惰性氣體保護電弧焊（在國際上簡稱為MIG焊）；以惰性氣體與氧化性氣體（O2,CO2）混合氣為保護氣體時，或以CO2氣體或CO2＋O2混合氣為保護氣時，或以CO2氣體或CO2＋O2混合氣為保護氣時，統稱為熔化極活性氣體保護電弧焊（在國際上簡稱為MAG焊）。熔化極氣體保護電弧焊的主要優點是可以方便地進行各種位置的焊接，同時也具有焊接速度較快、熔敷率高等優點。熔化極活性氣體保護電弧焊可適用于大部分主要金屬，包括碳鋼、合金鋼。熔化極惰性氣體保護焊適用于不銹鋼、鋁、鎂、銅、鈦、鋯及鎳合金。利用這種焊接方法還可以進行電弧點焊。

（6）管狀焊絲電弧焊

管狀焊絲電弧焊也是利用連續送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧為熱源來進行焊接的，可以認為是熔化極氣體保護焊的一種類型。所使用的焊絲是管狀焊絲，管內裝有各種組分的焊劑。焊接時，外加保護氣體，主要是CO。焊劑受熱分解或熔化，起著造渣保護溶池、滲合金及穩弧等作用。管狀焊絲電弧焊除具有上述熔化極氣體保護電弧焊的優點外，由于管內焊劑的作用，使之在冶金上更具優點。管狀焊絲電弧焊可以應用于大多數黑色金屬各種接頭的焊接。管狀焊絲電弧焊在一些工業先進國家已得到廣泛應用。

2.電阻焊

這是以電阻熱為能源的一類焊接方法，包括以熔渣電阻熱為能源的電渣焊和以固體電阻熱為能源的電阻焊。由于電渣焊更具有*的特點，故放在后面介紹。這里主要介紹幾種固體電阻熱為能源的電阻焊，主要有點焊、縫焊、凸焊及對焊等。電阻焊一般是使工件處在一定電極壓力作用下并利用電流通過工件時所產生的電阻熱將兩工件之間的接觸表面熔化而實現連接的焊接方法。通常使用較大的電流。為了防止在接觸面上發生電弧并且為了鍛壓焊縫金屬，焊接過程中始終要施加壓力。進行這一類電阻焊時，被焊工件的表面善對于獲得穩定的焊接質量是頭等重要的。因此，焊前必須將電極與工件以及工件與工件間的接觸表面進行清理。點焊、縫焊和凸焊的牾在于焊接電流（單相）大（幾千至幾萬安培），通電時間短（幾周波至幾秒），設備昂貴、復雜，生產率高，因此適于大批量生產。主要用于焊接厚度小于3mm的薄板組件。各類鋼材、鋁、鎂等有色金屬及其合金、不銹鋼等均可焊接。

3．高能束焊這一類焊接方法包括：電子束焊和激光焊。

（1）電子束焊

電子束焊是以集中的高速電子束轟擊工件表面時所產生的熱能進行焊接的方法。電子束焊接時，由電子槍產生電子束并加速。常用的電子束焊有：高真空電子束焊、低真空電子束焊和非真空電子束焊。前兩種方法都是在真空室內進行。焊接準備時間（主要是抽真空時間）較長，工件尺寸受真空室大小限制。電子束焊與電弧焊相比，主要的特點是焊縫熔深大、熔寬小、焊縫金屬純度高。它既可以用在很薄材料的精密焊接，又可以用在很厚的（zui厚達300mm）構件焊接。所有用其它焊接方法能進行熔化焊的金屬及合金都可以用電子束焊接。主要用于要求高質量的產品的焊接。還能解決異種金屬、易氧化金屬及難熔金屬的焊接。但不適于大批量產品。

（2）激光焊

激光焊是利用大功率相干單色光子流聚焦而成的激光束為熱源進行的焊接。這種焊接方法通常有連續功率激光焊和脈沖功率激光焊。激光焊優點是不需要在真空中進行，缺點則是穿透力不如電子束焊強。激光焊時能進行精確的能量控制，因而可以實現精密微型器件的焊接。它能應用于很多金屬，特別是能解決一些難焊金屬及異種金屬的焊接。

4．釬焊

釬焊的能源可以是化學反應熱，也可以是間接熱能。它是利用熔點比被焊材料的熔點低的金屬作釬料，經過加熱使釬料熔化，靠毛細管作用將釬料及入到接頭接觸面的間隙內，潤濕被焊金屬表面，使液相與固相之間互擴散而形成釬焊接頭。因此，釬焊是一種固相兼液相的焊接方法。釬焊加熱溫度較低，母材不熔化，而且也不需施加壓力。但焊前必須采取一定的措施清除被焊工件表面的油污、灰塵、氧化膜等。這是使工件潤濕性好、確保接頭質量的重要保證。釬料的液相線濕度高于450℃而低于母材金屬的熔點時，稱為硬釬焊；低于450℃時，稱為軟釬焊。根據熱源或加熱方法不同釬焊可分為：火焰釬焊、感應釬焊、爐中釬焊、浸沾釬焊、電阻釬焊等。釬焊時由于加熱溫度比較低，故對工件材料的性能影響較小，焊件的應力變形也較小。但釬焊接頭的強度一般比較低，耐熱能力較差。釬焊可以用于焊接碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鋁、銅等金屬材料，還可以連接異種金屬、金屬與非金屬。適于焊接受載不大或常溫下工作的接頭，對于精密的、微型的以及復雜的多釬縫的焊件尤其適用。

5．其它焊接方法這些焊接方法屬于不同程度的專門化的焊接方法，其適用范圍較窄。主要包括以電阻熱為能源的電渣焊、高頻焊；以化學能為焊接能源的氣焊、氣壓焊、爆炸焊；以機械能為焊接能源的摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴散焊。

（1）電渣焊

如前面所述，電渣焊是以熔渣的電阻熱為能源的焊接方法。焊接過程是在立焊位置、在由兩工件端面與兩側水冷銅滑塊形成的裝配間隙內進行。焊接時利用電流通過熔渣產生的電阻熱將工件端部熔化。根據焊接時所用的電極形狀，電渣焊分為絲極電渣焊、板極電渣焊和熔嘴電渣焊。電渣焊的優點是：可焊的工件厚度大（從30mm到大于1000mm），生產率高。主要用于在斷面對接接頭及丁字接頭的焊接。電渣焊可用于各種鋼結構的焊接，也可用于鑄件的組焊。電渣焊接頭由于加熱及冷卻均較慢，熱影響區寬、顯微組織粗大、韌性、因此焊接以后一般須進行正火處理。

（2）高頻焊

同頻焊是以固體電阻熱為能源。焊接時利用高頻電流在工件內產生的電阻熱使工件焊接區表層加熱到熔化或接近的塑性狀態，隨即施加（或不施加）頂鍛力而實現金屬的結合。因此它是一種固相電阻焊方法。高頻焊根據高頻電流在工件中產生熱的方式可分為接觸高頻焊和感應高頻焊。接觸高頻焊時，高頻電流通過與工件機械接觸而傳入工件。感應高頻焊時，高頻電流通過工件外部感應圈的耦合作用而在工件內產生感應電流。高頻焊是專業化較強的焊接方法，要根據產品配備專用設備。生產率高，焊接速度可達30m/min。主要用于制造管子時縱縫或螺旋縫的焊接。

（3）氣焊

氣焊是用氣體火焰為熱源的一種焊接方法。應用zui多的是以乙炔氣作燃料的氧－乙炔火焰。由于設備簡單使操作方便，但氣焊加熱速度及生產率較低，熱影響區較大，且容易引起較大的變形。氣焊可用于很多黑色金屬、有色金屬及合金的焊接。一般適用于維修及單件薄板焊接。

（4）氣壓焊

氣壓焊和氣焊一樣，氣壓焊也是以氣體火焰為熱源。焊接時將兩對接的工件的端部加熱到一定溫度，后再施加足夠的壓力以獲得牢固的接頭。是一種固相焊接。氣壓焊時不加填充金屬，常用于鐵軌焊接和鋼筋焊接。

（5）爆炸焊

爆炸焊也是以化學反應熱為能源的另一種固相焊接方法。但它是利用炸爆炸所產生的能量來實現金屬連接的。在爆炸波作用下，兩件金屬在不到一秒的時間內即可被加速撞擊形成金屬的結合。在各種焊接方法中，爆炸焊可以焊接的異種金屬的組合的范圍zui廣。可以用爆炸焊將冶金上不相容的兩種金屬焊成為各種過渡接頭。爆炸焊多用于表面積相當大的平板包覆，是制造復合板的高效方法。

（6）摩擦焊

摩擦焊是以機械能為能源的固相焊接。它是利用兩表面間機械摩擦所產生的熱來實現金屬的連接的。摩擦焊的熱量集中在接合面處，因此熱影響區窄。兩表面間須施加壓力，多數情況是在加熱終止時增大壓力，使熱態金屬受頂鍛而結合，一般結合面并不熔化。摩擦焊生產率較高，原理上幾乎所有能進行熱鍛的金屬都能摩擦焊接。摩擦焊還可以用于異種金屬的焊接。要適用于橫斷面為圓形的zui大直徑為100mm的工件。

（7）超聲波焊

超聲波焊也是一種以機械能為能源的固相焊接方法。進行超聲波焊時，焊接工件在較低的靜壓力下，由聲極發出的高頻振動能使接合面產生強裂摩擦并加熱到焊接溫度而形成結合。超聲波焊可以用于大多數金屬材料之間的焊接，能實現金屬、異種金屬及金屬與非金屬間的焊接。可適用于金屬絲、箔或2～3mm以下的薄板金屬接頭的重復生產。

（8）擴散焊擴散焊一般是以間接熱能為能源的固相焊接方法。通常是在真空或保護氣氛下進行。焊接時使兩被焊工件的表面在高溫和較大壓力下接觸并保溫一定時間，以達到原子間距離，經過原子樸素相互擴散而結合。焊前不僅需要清洗工件表面的氧化物等雜質，而且表面粗糙度要低于一定值才能保證焊接質量。擴散焊對被焊材料的性能幾乎不產生有害作用。它可以焊接很多同種和異種金屬以及一些非金屬材料，如陶瓷等。擴散焊可以焊接復雜的結構及厚度相差很大的工件。