切割及焊接技术

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1、第十二章焊接【学习目标】1.了解焊接的优缺点及应用范围。2.熟悉几种典型焊接工艺（电弧焊、气焊、钎焊）的特点及过程。焊接是通过加热或加压，或者两者并用，使两个分离的金属达到原子结合，连接成一个 整体的加工方法。焊接是一种不可拆连接，它不仅可以连接各种同类的金属，也可以连接各 种不同类金属。焊接的方法很多，按焊接的结合特点可分为熔焊、压焊和钎焊三大类。 熔焊：熔焊是将焊件接头处加热至熔化状态，形成共同的熔池，并加入填充金属，经冷 却结晶后连接成为一个整体的焊接方法。压焊：压焊是将焊件接头处局部加热（或不加热），并施加一定的压力而连接成为一个整 体的焊接方法。钎焊：钎焊是将比母材熔点低的钎料加热熔

2、化，利用液态钎料润湿母材并填充间隙与母 材互溶，使焊件连接成为一个整体的焊接方法。常用的焊接方法分类如下：厂气悍-电弧焊厂熔焊一一电渣焊匸等离子弧焊手工电弧焊-自动或半右动埋弧焊 一气体保护电弧焊焊焊焊对点缝冷压焊 焊接一压澤一卜电阻焊一-暉擦焊 u厂烙铁钎焊軒烬一火焰钎焊L盐浴钎焊焊接方法的优点：1焊接与铆接等不可拆连接相比，可节约金属，接头密封性好； 2可用型材等拼焊成焊接结构件，以代替大型复杂的铸件； 3焊接容易实现机械化和自动化，使生产周期短，劳动强度低； 4焊接设备简单，操作方便，产品成本低。由于焊接具有以上优点，它在现代工业生产中广泛应用于船舶、桥梁、建筑、化工容 器以及航空航天等

3、方面，也是汽车制造与维修中不可缺少的加工方法。第一节 手工电弧焊手工电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的一种电弧焊方法，它是利用电弧加热并熔化金 属来进行焊接的。工作过程：焊接前把焊钳和焊件分别连接电焊机的两极，并用焊钳夹持焊条。焊接时 在焊条和焊件之间引燃电弧，由电弧产生的热量使焊条和焊件熔化并形成熔池。随着焊条的 运动，新的熔池陆续产生，原熔池的金属不断冷却凝固而形成焊缝，使两焊件成为一个整体。 手工电弧焊设备简单、操作灵活，能适应各种条件下的焊接，是目前汽车维修中普遍应用的 焊接方法。一、焊接电弧由焊接电源供给一定的电压，在两个电极(焊条与焊件)之间的气体介质中产生强烈而 持久的放电现象，称

4、为焊接电弧。焊接时，先使焊条与焊件瞬时接触，由于电流形成短路而产生高热，接触处金属迅速熔 化，并产生金属和药皮的蒸气。当焊条迅速提起，离开焊件约24 mm时，焊条与焊件之间 形成了由高热的空气和金属蒸气组成的空气柱，在焊接电压的作用下气体发生电离并相互碰 撞，于是在焊条与焊件之间形成电弧。直流电弧焊时有正反两种不同的接法：把阳极接在焊件上，阴极接在焊条上，称为正接 法；把阳极接在焊条上，阴极接在焊件上，称为反接法。正接法可加快焊件的熔化速度，一 般用于厚件焊接；反接法则用于焊接薄件或不需要高温的材料，如铸铁、有色金属等。交流电弧焊没有正、反接法之分。二、手工电弧焊机与用具1手工电弧焊机(1)

5、交流手弧焊机所输出的焊接电流是交流电，实际上是一种特殊的降压变压器。交流 手弧焊机具有结构简单、价格低廉、使用可靠和维修方便等特点，但电弧稳定性不如直流手 弧焊机。(2) 直流手弧焊机 直流手弧焊机有旋转式和整流式两种。 旋转式直流弧焊机是由交流电动机和直流发电机组成，焊接的直流电是由交流电动机带动直流发电机而产生。整流式直流弧焊机是在交流弧焊机上增加了一个整流器，将交流电整流而变成直流电。 它的优点是空载耗电小、噪声小、维修方便。直流手弧焊机特别适用于焊接薄钢板、铸铁、合金钢、铜合金、铝合金以及其他重要 焊件。手工电弧焊必备的焊接用具有：焊接电缆、焊钳、面罩以及钢丝刷、尖头手锤和扁錾 等。焊

6、接电缆分别与焊条、焊件连接，用以传导焊接电流；焊钳用于夹持焊条和传导电流； 面罩用于遮挡飞溅的金属和弧光；钢丝刷、尖头手锤和扁錾等用于清除焊件上的铁锈和熔渣。三、焊条焊条是由焊芯和药皮两部分组成。 焊芯有两个作用：一是作为电极传导焊接电流，产生电弧；二是本身熔化后作为填充金 属与焊件金属熔合形成焊缝。焊条的直径和长度就是指焊芯的直径和长度。常用的直径有1.6 mm, 2.0 mm， 2.5 mm, 3.2mm， 4.0mm， 5.0mm， 6.0mm 七种，长度为 200450mm。药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层，它由稳弧剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、黏结剂等 组成。其主要作用是提高焊接电弧的稳

7、定性，防止空气对熔化金属的有害作用，保证焊缝金 属具有合乎要求的化学成分和力学性能。焊条根据国家标准，共分为九类，其中碳钢焊条应用最广。碳钢焊条的牌号用“E+四位 数字”格式表示，“E”代表焊条，前两位数字表示熔敷金属的最小抗拉强度，单位为：X 10MPa,第三位数字表示焊接位置，第三、四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。四、焊接工艺(1) 焊接接头形式 手工电弧焊中，由于焊件的使用条件、结构形式和厚度不同，需要 采用不同形式的接头进行焊接。接头形式有对接、角接、T形接和搭接等。(2) 焊缝空间位置 根据焊接操作时焊缝的空间位置不同，有平焊、横焊、立焊和仰焊 四种。其中平焊操作容易，也易

8、于保证质量，所以操作时应尽量把焊缝置于平焊位置施焊。2焊接规范手工电弧焊的焊接规范主要是选择焊条直径、焊接电流和焊接速度等，它们对焊接质量 和生产率有直接关系。在立焊和仰焊时，选用的焊接电流通常比平焊时小10%15%。角焊时，由于散热较 快，选用的电流可比平焊稍大。（3）焊接速度 焊接速度应以确保焊件质量与生产效率为前提，根据焊件情况由操作者 灵活掌握。3基本操作方法 操作时，首先应引弧。当电弧引燃后，为使焊缝良好形成必须注意焊条的摆动方法（运 条）。同时，在焊接过程中应掌握好焊条的倾角（焊条与焊缝前进方向所成的角度）。最后， 还需注意焊缝的起头、收尾及接头。只有这样才能获得合格的焊件。第二节

9、气焊与气割利用可燃气体与助燃气体混合物燃烧所释放出的热量作热源，进行金属材料的焊接， 称为气焊。用于金属材料的切割，称为气割。一、气焊与气割的气体、设备及工具 气焊与气割使用的可燃气体目前大多是乙炔气，助燃气体是氧气。它的设备与工具主要有氧气瓶、乙炔瓶、减压器、焊炬、割炬等。1氧气和氧气瓶 氧气瓶是贮运氧气的高压容器，外表漆成天蓝色，并用黑漆标注“氧气”两字氧气瓶的 最高工作压力为15 MPa。氧气瓶有爆炸危险，使用时离工作点或其他火源应在5m以上。瓶 中的氧气不允许全部用完，应至少留0.10.2 MPa的剩气，以防瓶内混入其他气体而引起 爆炸。2乙炔和乙炔瓶 乙炔是无色的可燃气体。它是由碳化

10、钙（电石）与水相互作用分解而得到。 乙炔瓶是贮运乙炔的压力容器，其形状和构造与氧气瓶相似，外表漆成白色，并用红漆 标注“乙炔”两字。瓶口装有乙炔瓶阀，但阀体旁侧没有接头，使用时必须用带有夹环的减 压器。乙炔瓶最高压力为1.5MPa。为使乙炔能稳定而安全地储运和存放，在乙炔瓶内充满 浸渍丙酮的多孔填料。3减压器 减压器的作用是将气瓶中流出的气体压力降低到需要的工作压力，并使其压力保持稳 定。4焊炬 焊炬是用于控制氧气和乙炔气混合比、流量，并形成具有一定能量和稳定火焰形状的焊 接工具。常用的焊炬为低压焊炬（亦称射吸式焊炬）。5割炬 割炬是将氧气和乙炔气按一定比例混合后，形成具有一定热量和形状的预热

11、火焰，并在 预热火焰中心喷射切割氧气进行气割的工具。常用的割炬为低压割炬（亦称射吸式割炬）。二、气焊气焊是一种熔焊方法，常用于厚度在5 mm以下焊件的焊接。1气焊火焰 气焊火焰是氧气与乙炔混合燃烧所形成的火焰，亦称氧乙炔焰。根据氧气与乙炔混合比 的不同，可得到三种不同性质的火焰，即中性焰、碳化焰、氧化焰。(1) 中性焰 氧气与乙炔混合比为1.11.2时，燃烧所形成的火焰为中性焰。中性焰中 氧气和乙炔燃烧彻底，无过剩现象，喷嘴处呈现出一个很清晰的圆柱形焰芯，其最高温度约 为3 0503 150C。中性焰应用最广，适用于焊接中、低碳钢，紫铜，低金合钢和铝合金 等。(2) 碳化焰 氧气与乙炔混合比小

12、于1.1时，燃烧所形成的火焰为碳化焰。碳化焰中有 过剩乙炔，整个火焰比中性焰长，其最高温度约为2 7003 000Co碳化焰具有一定的渗 碳作用，只适用于焊接含碳量较高的高碳钢、铸铁及硬质合金等。(3) 氧化焰 氧气与乙炔混合比大于1.2时，燃烧所形成的火焰为氧化焰。氧化焰中氧 气过剩，火焰的氧化反应剧烈，整个火焰比中性焰短，其最高温度约为31003 300C。氧 化焰具有氧化性，一般碳钢很少采用，主要用于焊接黄铜。2焊丝与气焊熔剂 焊丝是焊接的填充金属，其牌号根据焊件成分选择。常用的焊丝有碳素结构钢焊丝，合 金结构钢焊丝，不锈钢焊丝，铜、铝及其合金焊丝，铸铁焊丝等。它的规格一般直径为 2 一

13、 4 mm,长度为1 mo气焊熔剂是焊接时的保护熔剂。它的作用是除去气焊时熔池中形成的氧化物等杂质，保 护金属熔池，防止空气侵入。气焊熔剂呈粉状，常用的牌号和用途为:气剂101用于焊接不 锈钢，气剂201用于焊接铸铁，气剂301用于焊接铜及铜合金，气剂401用于焊接铝及铝合 金。碳素结构钢气焊时，一般不用气焊熔剂。3焊接方法(1) 焊炬的倾斜角度 焊接时，焊炬与焊件所形成的角度为焊炬倾斜角度。它的大小主 要取决于焊件的厚度和熔点。若焊件较厚，熔点较高，应采用较大的倾斜角，使火焰的热量 集中，焊件升温快；反之，则采用较小的倾斜角。此外，焊丝与焊件表面也应保持一定的倾 斜角，一般为30。40。(2

14、) 焊接方向 气焊时，按照焊炬和焊丝移动的方向，有右向焊法和左向焊法两种。 右向焊法是焊炬指向焊缝，自左向右，焊炬在焊丝前面移动。这种焊法火焰利用率高，能防止焊缝金属氧化，有较高的焊缝质量，常用于焊接厚度较大，熔点较高的焊件。左向焊法是焊炬指向焊件未焊部分，自右向左，焊炬跟着焊丝运动。这种焊法操作简便， 在焊接薄板时生产率较高，但热量利用率低，焊缝金属易氧化，只适宜焊接薄板和低熔点的 焊件。(3) 焊接速度 一般情况下，厚度大、熔点高的焊件，焊接速度要慢些，以免产生未熔 合的缺陷；厚度小、熔点低的焊件，焊接速度要快些，以免烧穿和过热。三、气割 气割是利用氧气和乙炔火焰将被切割的金属预热到燃点，

15、然后通以高压氧气流，使预热 处金属在纯氧中燃烧，形成熔渣(氧化物)并放出大量的热，借高压氧的气流压力将燃烧的氧 化物吹走，而形成切口。1气割金属应具备的条件 气割过程是预热燃烧吹渣的过程，所以凡气割的金属应满足下列条件。(1) 金属的燃点必须低于其熔点，若高于熔点，则变为熔割，使切割质量降低，甚至不 能切割。(2) 金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，而且流动性要好，否则高熔点的氧化物 会阻碍下层金属与氧气流接触，使气割发生困难。(3) 金属在燃烧时所产生的大量热量应能维持气割进行。(4) 金属的导热性不应太高，否则使气割处的热量不足，造成气割困难。 如上所述，低碳钢和低合金钢，其熔点高于燃点都能满足气割要求，气割容易。高碳钢 的燃点与熔点相近，故不易气割。不锈钢、耐酸钢因含铬量高，在燃烧过程中会生成熔点高 的氧化物(Cr2O3),灰铸铁因其燃点高于熔点并能生成高熔点的氧化物(SiO2),铜、铝及其 合金的导热性很大，且熔点低于氧化物的熔点，因而都不能气割。2气割方法气割前应做好切割表面的整理、划线等准备工作。并将被切割金属垫起,使其下面留有 一定的空间,以保证切口的氧化物能向下顺利排除。气割开始时先点燃预热火焰,并调至中性焰,然后将割嘴对准被切割金属的边缘加热 至燃点,再慢慢开启切割氧调节阀按割线进行气割。气割时,割嘴应垂直于被切割金属的表