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1、第三章金属连接及切割工艺目 录简介 2焊接工艺 3钎焊工艺 28切割工艺 30小结 35术语和定义 35第三章 金属连接及切割工艺简介作为焊接检查师， 一方面关怀的是焊接，但掌握多种连接及切割工艺也是非常有协助的。虽然焊接检查师不必是有资格的焊工，但以往的焊接经验是很有用的。事实上，诸多焊接检查师是从焊工中选用的，并且她们往往能成为最佳的检查师。一种好的焊接检查师，必须掌握多种连接及切割工艺方面的知识，以便有效的进行工作。一方面，检查师必须结识到每种工艺的长处或短处，也应当懂得特定的工艺也许会产生哪些不持续。虽然许多缺陷的产生是与实行的工艺无关的，但有些缺陷的产生是与特定的工艺有关，这里将对每
2、种工艺也许产生的缺陷进行探讨并将其定为“也许浮现的问题”。焊接检查师也必须具有与多种工艺有关的焊接设备方面的知识，由于缺陷的产生常常是由设备因素引起的。检查师必须在一定限度上掌握多种设备的控制措施以及设备调节与焊接质量之间的关系。当焊接检查师具有某些工艺方面的基本知识后，她或她便可以准备进行目视焊接检查，这将有助于及时发现问题而不是事后采用耗费很大的纠正措施。检查师具有在过程中发现问题的能力无论对生产还是产品质量的控制都是有益的。具有焊接工艺方面的知识的另一种好处是，焊工尊重检查师以及所做的结论；此外，焊工也更倾向于将在实际焊接过程中遇到的问题交由检查师解决，这将有助于检查师与焊工和其她制造人
3、员的合伙。本章所讨论的内容分为三个部分：焊接、钎焊和切割。焊接和钎焊用于金属间的连接，而切割则是为了将材料清除或将其分离。对每一种连接和切割措施，这里将描述其重要特性，涉及：每种工艺的长处、短处、设备规定、焊条/填充金属、技术、应用范畴以及也许浮现的问题。在金属产品的制造中有诸多种连接和切割措施，图3。1描述了由美国焊接学会给出的焊接和及其有关工艺总图，此图将连接和切割措施进行分类，命名为焊接工艺及有关工艺。其中焊接工艺分为七组，分别为电弧焊、固相焊、电阻焊、气焊、软钎焊、硬钎焊以及其她焊接。有关工艺涉及热喷涂、粘接以及热切割（涉及氧气、电弧及其他）。本课程不也许对这样多工艺一一描述，因此，本
4、课程仅选用与美国焊接学会承认焊接检查师考试有关的工艺进行讨论，详列如下：焊接工艺钎焊工艺切割工艺l 手工电弧焊火焰钎焊气割l 气体保护电弧焊炉中钎焊碳弧切割l 药芯焊丝电弧焊感应钎焊等离子切割l 钨极气体保护电弧焊电阻钎焊机械切割l 埋弧焊浸沉钎焊l 等离子焊红外线加热钎焊l 电渣焊l 氧乙炔焊l 螺柱焊l 激光束焊l 电子束焊l 电阻焊焊接工艺在讨论多种焊接工艺之前，有必要先弄清晰焊接的具体含义。根据美国焊接学会的定义，焊接是“通过将材料加热到焊接温度、加压或不加压，或仅通过加压，使用或不使用填充材料而将金属或非金属在局部接合的过程”，接合即“连接在一起”，因此焊接是指实现连接的操作活动。本
5、节将对加热但不加压的常用焊接工艺的基本特性作一简介。对多种焊接工艺而言，需强调的是它们具有某些共性。为了获得满意的焊缝，焊接工艺中的某些特定规定必须予以满足，涉及加热所需的能量、保护熔融金属免受大气影响的措施以及填充金属（可根据工艺和接头形式选择）。之因此一种工艺不同于其她工艺，就是由于她们各自用不同的方式以满足上述的共性，这也是不同焊接工艺形成的因素。因此，对每种焊接工艺而言，就必须掌握其如何满足这些特定规定。手工电弧焊（SMAW）这里一方面要讨论的是手工电弧焊，也就是我们一般所说的“手把焊”，它是通过带药皮的焊条和被焊金属间的电弧将被焊金属加热，从而达到焊接的目的。图3.2给出了手工电弧焊
6、的多种影响因素及成型的状况。从图中可以看出，焊条和工件的电弧是由电流引起的，它提供热能并将母材、填充金属以及药皮融化，随着电弧向右移动，焊接金属得以凝固并在表面形成一层焊渣，焊渣是在金属的凝固过程中浮上来的，因此，焊接缺陷夹渣，虽然很少，也有也许浮现。图3.2也阐明了焊接保护气体是由焊条药皮在加热后分解形成的，这些气体协助焊剂为电弧周边的熔融金属提供保护。手工电弧焊中最重要的要素是焊条自身，它是由金属芯外覆一层粒状焊剂和某种粘接剂制作而成的。所有的碳钢和低合金钢焊条基本上都用低碳钢丝做芯，而合金元素则来自于药皮，这也是较为经济的一种合金化措施。焊条药皮的不同导致了不同焊条种类，焊条药皮有如下五
7、种作用：（1） 保护药皮分解后产生的气体为熔融金属提供保护。（2） 脱氧药皮为焊剂清除氧气和其她气体。（3） 合金化药皮为焊缝提供合金化元素。（4） 电离药皮改善电特性以增强电弧稳定性。（5） 保温凝固的焊渣在焊缝金属上的覆盖减少了焊缝金属的冷却速度（次要影响）。由于焊条在手工电弧焊中的影响很大，就有必要理解其分类和品种。美国焊接学会给出了手工电弧焊焊条的标记措施，见图3.3。美国焊接学会技术条件A5.1和A5.5分别简介了对碳钢和低合金钢焊条的有关规定，并描述了它们的分类和特性。焊条标记中用字母E和此外四到五个数字构成，字母E代表焊条。前二个数字代表熔敷金属的最小抗拉强度，单位为千磅每平方英
8、寸，“70”就表达熔覆金属的最小抗拉强度为70，000磅每平方英寸（PSI）。接下来的数字代表焊条的可焊位置。数字“1”表达焊条可用于任何焊接位置，数字“2”表达熔融金属流动性非常好，只能用于平焊或角焊缝的横焊，数字“4”表达焊条可用于立向下焊，数字“3”不再使用。最后一种数字表达焊条药皮的构成和性能，药皮决定了可焊性和推荐的电流类别，AC（交流），DCEP（直流反接）或DCEN（直流正接）。图3.4列出了手工电弧焊的焊条标记措施。F-No分类电流电弧熔深药皮与焊渣铁粉F-3 EXX10直流反接深深纤维素钠0-10%F-3 EXXX1交流与直流反接深深纤维素钾0%F-2 EXXX2交流与直流正
9、接中档中钛钠型0-10%F-2 EXXX3交流与直流轻轻钛钾型0-10%F-2 EXXX4交流与直流轻轻钛型铁粉24-40%F-4 EXXX5直流反接中中低氢钠0%F-4 EXXX6交流或直流反接中中低氢钾0%F-4 EXXX8交流或直流反接中中低氢铁粉25-45%F-1 EXX20交流或直流中中氧化铁钠0%F-1 EXX24交流或直流轻轻钛型铁粉50%F-1 EXX27交流或直流中中氧化铁铁粉50%F-1 EXX28交流或直流反接中中低氢铁粉50%图3.4 手工电弧焊焊条后缀数字的含义必须强调的是，焊条最后一种数字为“5”、“6”和“8”的，表达其为“低氢焊条”。为了保持其低氢含量以免受潮，
10、这些焊条必须按原包装密封保存，或贮存在合适的烘箱内，这些烘箱应采用电加热并将温度控制在150F至350F的范畴内，烘箱必须保持低的潮湿度（不不小于0.2%），因此需要有合适的通风能力。任何低氢焊条如果不用或刚拆封应立即放入烘箱，大多数规范均规定低氢焊条在拆封后放入温度不低于250F（120C）的烘箱中。但是，这里也必须指明的是，除以上阐明外，其他焊条放入烘箱也许是有害的。有些焊条是要有一定的潮湿度的，如果潮湿度下降，焊条的可焊性将急剧下降。低合金钢焊接的焊条，是在原则的焊条标记后，再加上用字母和数字构成的后缀，图3.5给出了某些重要的组合。手工电弧焊的设备相对简朴，见图3.6。可以看出，一条导
11、线连接待焊工件，另一条导线连接至焊工夹持焊条的焊把，焊条和母材通过焊条和工件接近后产生的电弧加热后而熔化。手工电弧焊的电源就是一般所说的恒流电源，它具有“下降”的特性，这个术语可通过观测电源的电压电流曲线图来加以理解。当焊工增长弧长时，将会增长焊接回路的电阻，从而导致电流的轻微下降（10%），见图3.7（A），电流的下降促使电压急剧地上升（32%），电压的上升又反过来限制了电流的进一步下降。由于热量是电压、电流以及时间的函数，可以看出长的电弧 (32Vx135Ax60)/10IPM=25,920J/in.)将比短的电弧(22Vx150Ax60)/IPM=19,800J/in.)产生更多的热量。
12、从工艺控制的角度看，这点很重要，由于焊工可通过变化电弧长度来增减焊缝熔池的流动性。但是，太大的电弧长度将使电弧的集中度减少，从而导致熔池热量的损失，使电弧稳定性减少，也会损失熔池的保护气体。如果电源装备有特性控制，通过调节焊接电源，焊工就可通过轻微变化电弧长度从而达到控制焊接熔池流动性的目的。图3.7(B)给出了两个不同下降特性的设定，有经验的焊工将选择缓降特性设定以便更好的控制，而没有经验的焊工会选择陡降特性设定以减少由于电弧长度不稳导致的焊接熔池的变化。除特殊合金材料外，手工电弧焊在大多数工业中大量使用。但它也是一种相对陈旧的焊接措施，有些新的焊接工艺在某些方面的应用上已经取代了它，即便这
13、样，手工电弧焊仍然在焊接工业中广泛应用。有如下几种因素阐明了它应用的广泛性。第一，设备简朴而便宜，这就使得手工电弧焊很轻便。事实上，有诸多种由汽油或柴油驱动的电焊机，用来完毕在没有电的边远地区的焊接任务。尚有，有些新的固态电源小并且轻巧，焊工很容易携带它们去工作。此外，由于多种各样的焊条易于获取，这种焊接工艺被觉得是万能的。最后，随着设备和焊条的不断改善，这种焊接措施始终能保持很高的焊接质量。手工电弧焊的其中一种局限性是焊接速度，它受到焊工周期性停止焊接，来更换长度为9到18英寸焊条的限制。手工电弧焊在许多应用场合已被其他半自动、机械化和自动化的焊接工艺所取代，因素就是这些工艺与手工电弧焊相比
14、，有着更高的生产效率。手工电弧焊的另一种缺陷也是影响生产率的，即焊后焊渣的清理。并且，当使用低氢焊条时，还需要有合适的贮存设施如烘箱以保持其较低的潮湿度。有关手工电弧焊的基本原理先简介到此，接下来讨论手工电弧焊也许产生的缺陷，这些缺陷不仅是我们可预料的，也也许来自于工艺使用不当。一种缺陷是焊缝中的气孔，是由于焊缝周边的潮湿和污染引起的，它也许来自于焊条药皮、材料表面或周边的大气，气孔也也许是由于焊工使用过长的电弧引起的，这点对低氢焊条特别突出，因此，短弧将有助于减少气孔的浮现。气孔也也许是由所说的“电弧偏吹”现象导致的，它存在于所有的电弧焊当中，这是一种常用问题且常常使手工焊焊工很苦恼。（1） 要理解电弧偏吹,一方面要懂得当电流通过导体时，周边将产生磁场，磁场方向垂直于电流方向，可以看作是环绕着导体周边的
