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焊接方法的分类
金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊、压焊和钎焊三大类，熔焊在连接部位需加热至熔化状态，一般不加压；压焊必须施加压力，加热是为了加速实现焊接；钎焊时母材不熔化，只熔化起连接作用的填充材料（钎料）。
表1—3—1 焊接方法分类
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焊 接 |
熔焊 |
电弧焊 |
熔化极 |
焊条电弧焊 |
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埋弧焊 |
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氩弧焊（MIG) |
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CO2气体保护焊 |
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药芯焊丝电弧焊 |
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非熔化极 |
钨极氩弧焊(TIG) |
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原子氢焊 |
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等离子弧焊 |
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气焊 |
氧-氢焊接 |
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氧-乙炔焊 |
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空气-乙炔焊 |
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电子束焊 电渣焊 激光焊 铝热焊 |
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压焊 |
锻焊 |
摩擦焊 |
扩散焊 |
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冷压焊 |
电阻焊 |
超声波焊 |
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高频焊 |
爆炸焊 |
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钎焊 |
火焰钎焊 |
烙铁钎焊 |
感应钎焊 |
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电阻钎焊 |
盐浴钎焊 |
炉中钎焊 |
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（注：常见的栓钉焊属于熔焊加压焊。）
常用焊接方法基本特点与应用
表1-4-1简要地介绍了本单位常用金属焊接方法的原理、特点及使用范围。
表1-4-1 常用焊接方法基本特点与应用
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焊接方法 |
原理 |
特点 |
使用范围 |
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熔 焊 |
电弧焊 |
焊条电弧焊 |
利用焊条与焊件间的电弧热熔化焊条和焊件进行手工焊接 |
机动、灵活、适应性强,可全位置焊接,设备简单耐用,维护费低,劳动强度大,焊接质量受工人技术水平影响,不稳定 |
在单件、小批生产和修理中最适用,可焊3mm以上的碳钢、低合金钢、不锈钢和铜、铝等有色金属,以及铸铁的焊补 |
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埋弧焊 |
利用焊丝与焊件间的电弧热熔化焊丝和焊件进行机械化焊接,电弧被焊剂覆盖而与外界隔离 |
焊丝的送进与移动依据机械进行,生产率高,焊接质量好且稳定,不能仰焊和立焊,劳动条件好 |
适用于大批量生产中长直或环行焊缝焊接,可焊碳钢、合金钢,某种铜合金等中厚板结构,只能平焊、横焊和水平角焊 |
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焊接方法 |
原理 |
特点 |
使用范围 |
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熔 焊 |
电弧焊 |
气体保护 |
CO2气体保护焊 |
用二氧化碳保护,用焊丝做电极的弧焊 |
热量较集中,热影响区小,变形小,成本低,生产率高,易于操作.飞溅较大,焊缝成形不够美观,余高大,设备较复杂,须避风 |
适用于1.6mm以上由低碳钢、低合金钢制造的各种金属结构 |
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等离子弧焊 |
利用气体(多为Ar)和特殊装置压缩电弧获得高能量密度的等离子弧进行焊接,电极有钨极和熔化极两种 |
具有Ar弧焊的一些特点,但等离子弧温度很高,穿透能力强,可正面一次焊透双面成形.电弧挺度好可压缩成束状焊微型件 |
一次焊透厚度在0.025～6.4mm,低碳钢8mm以内,也适用于焊接微小精密构件 |
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气体保护 |
CO2气体保护焊 |
用二氧化碳保护,用焊丝做电极的弧焊 |
热量较集中,热影响区小,变形小,成本低,生产率高,易于操作.飞溅较大,焊缝成形不够美观,余高大,设备较复杂,须避风 |
适用于1.6mm以上由低碳钢、低合金钢制造的各种金属结构 |
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等离子弧焊 |
利用气体(多为Ar)和特殊装置压缩电弧获得高能量密度的等离子弧进行焊接,电极有钨极和熔化极两种 |
具有Ar弧焊的一些特点,但等离子弧温度很高,穿透能力强,可正面一次焊透双面成形.电弧挺度好可压缩成束状焊微型件 |
一次焊透厚度在0.025～6.4mm,低碳钢8mm以内,也适用于焊接微小精密构件 |
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电渣焊 |
利用电流通过熔渣产生的电阻热熔化金属进行焊接,可熔化的金属电极有丝状和板状两种 |
直缝须立焊,任何厚度不开坡口一次焊成,生产率高,但热影响区宽、晶粒粗大,易生成过热组织,焊后须正火处理改善接头组织和性能 |
适用于厚度25mm以上的重大型机件的焊接,直焊碳素钢、合金钢 |
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熔化加压焊 |
栓钉焊(也叫螺柱焊) |
引弧与焊条电弧焊相似,先将栓钉的尖端与钢结构接触,通过强大焊接电流,短路,瞬间达到高温,焊枪中磁力提升栓钉、引弧、产生熔池;之后,立即释放磁力,利用弹簧使栓钉压入熔池,断电后冷却形成接头.栓钉提升高度在焊枪中提前调定 |
加热过程是稳定的电弧燃烧过程,为了防止空气侵入溶池,恶化接头质量,要采用陶瓷环保护.焊接质量可靠,效率高,无烟雾弧光,劳动条件好 |
在钢-混凝土结构,为了提高钢构件与混凝土间的结合力,多采用此焊接方法.也可焊接固定小器具的受柄、支脚用螺柱等.可焊材料有碳钢、高碳钢、低合金高强度钢、不锈钢和铝合金 |
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焊接变形的特点和分类
⑴ 特点
焊件由于焊接而产生的变形称焊接变形。焊接变形与焊件形状尺寸、材料的热物理性能及加热条件等因素有关。如果是简单的金属杆件在自由状态下均匀的加热或冷却，该杆件将按热膨冷缩的基本规律在长度上产生伸长或缩短的变形，焊接时不均匀加热过程，热源只集中在焊接部位，且以一定速度向前移动。局部受热金属的膨胀能引起整个焊件发生平面内或平面外的各种形态的变形。变形是从焊接时便产生，并随焊接热源的移动和焊件上温度分布的变化而变化。一般情况下一条焊缝在施焊处受热发生膨胀变形，后面开始在凝固和冷却处发生收缩。膨胀和收缩在这条焊缝上不同部位分别产生，直至焊接结束并冷至室温，变形才停止。
⑵分类
焊接过程中随时间而变的变形称焊接瞬时变形，它对焊接施工过程发生影响。焊完冷后，焊件上残留下来的变形称焊接残余变形，它对结构质量和使用性能发生影响。我们关心最多的是焊接残余变形，因为它直接影响结构的使用性能。所以在没有特别说明情况下，一般所说的焊接变形，多是指焊接残余变形。按变形后的形态分，焊接残余变形可归纳成表2-3-2所示的几种类型。它们与焊件的形态、尺寸、焊缝在焊件上的位置、焊缝坡口的几何形状等因素有关。
表2-3-2焊接残余变形分类
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类型 |
示意图 |
说明 |
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板平面内的变形 |
横向收缩 |
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垂直焊接方向的收缩 |
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纵向收缩 |
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焊接方向的收缩 |
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回转变形 |
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在开坡口焊接时，焊接过程中坡口间时而张开时而闭合的变形。在热源前方完全没有拘束的情况下，因连接焊接坡口间隙常常张开，焊接热输入量越大，张开量越大 |
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横向弯曲变形（角变形） |
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在板厚方向由于焊接而使温度分布不均匀时，沿板厚方向横向收缩不同，使板件在焊缝中心线处发生弯曲变形。又叫角变形 |
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纵向弯曲变形 |
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焊接方向偏心收缩引起的弯曲变形 |
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波浪变形 |
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在薄板焊接时，由于焊接产生的压缩残余应力，使板件出现因压曲形成的波浪变形 |
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扭曲变形 |
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细长构件，纵向焊缝的横向收缩不均匀或备料与组装质量不良，使构件绕自身轴线扭转 |
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常用焊接接头的工作特性
1）对接接头
将两焊件的表面构成135°～180°夹角的接头均称对接接头。优点:传力效率最高，应力集中较低,并易保证焊透和排除工艺缺陷，具有较好的综合性能，使重要零件和结构连接的首选接头。缺点：焊前准备工作量大，组装费工时，而且焊接变形也较大。
对接接头应力分布均匀，应力集中产生在焊趾处。如果在焊趾处加工成过渡圆弧半径或削平焊缝余高h，均能使应力集中减小或消失，提高接头的疲劳强度。当两块被连接板的厚度相差较大时，按GB/T985、GB/T986，须将厚板削薄至薄板厚度相同时再焊接见图2-3-4。为了
防止因板厚不同引起作用力偏心传递，两块板的中心线应尽可能重合，见图2-3-4b。直接承受动力载荷且需要进行疲劳计算的结构，斜角坡度不应大于1：4，其它结构坡度不能大于1：2.5。
2）搭接接头
搭接接头时两平板部分地相互搭置，用角焊缝进行连接的接头 。优点：焊前准备工作量较小，装配较容易，对焊工技术水平要求较对接接头低，且横向收缩量也较小，可用于工作环境良好，不重要的结构中。缺点：母材和焊接材料消耗大，接头动载强度低，搭接面有间隙，若外漏易发生腐蚀，若封闭泽不能在高温工作。能采用对接接头的尽量不采用搭接接头。
搭接接头受轴向力时，以焊趾和焊根处的应力集中最大，增加根部熔深可降低。只有正面角焊缝的搭接接头 ，强度低，应在背面加焊一条焊缝。当背面无法焊时，可采用锯齿状焊缝。搭接接头承受拉力时，正向角焊缝与作用力偏心，接头上产生附加弯曲应力，使应力集中加剧。为了减少弯曲应力，两条正面角焊缝之间的距离不应小于其板厚的4倍，但也不宜大于40K（动载时）或60K(静载时)，否则应力集中大，K为侧面角焊缝的焊脚尺寸。见图2-3-5。
3）T形接头和十字接头
T形接头是将一件端面与另一件表面构成直角或近似直角的接头。三件相交组成“十”字形的接头叫十字接头。优点：能承受各种方向外力和力矩。缺点：接头在外力作用下力线扭曲很大，造成极不均匀的应力分布。
在外力作用下，应力集中点在根部和过渡处。立板开坡口并焊透的接头，应力集中可大为降低。对重要构件，尤其是在动载下工作的T形和十字接头应开坡口并焊透。该类型接头应尽量避免在其板厚方向承受高拉应力，因轧制的钢板常有夹层缺陷，尤其是厚板更易产生层状撕裂，所以应将工作焊缝转化为联系焊缝。如两个方向都受力，则宜采用圆形、方形或特殊形状的轧钢、锻钢插入件。
4)角接接头
两焊件端部夹角在30°～135°范围内的接头。角接接头独立使用的承载能力很低，一般都用它组成箱体结构、容器结构后期作用。
焊接坡口的设计与选择
1）设计与选择坡口的原则
对接、T形接和角接接头中为了保证焊透常在焊前对待焊边缘加工出各种形状的坡口，如何设计和选择坡口，主要取决被焊件的厚度、焊接方法、焊接位置和焊接工艺程序。（相关内容在下面的坡口焊缝设计中说明）。此外，还应尽量做到：
填充材料应最少。例如，同样厚度平板对接，双面V形坡口比单面V形坡口节省一半的填充金属材料；
具有号的可达性。例如，有些情况不便或不能两面施焊时，宜选择单面V形或U形坡口；
坡口容易加工，且费用低。
要有利于控制焊接变形。双面对称坡口角变形小。
2）标准的坡口形状和尺寸
国家标准GB/T985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口基本形式与尺寸》和GB/T986-88《埋弧焊焊缝坡口基本形式与尺寸》（见附录Ⅰ和附录Ⅱ）。因此，除有特殊要求的焊缝坡口需另行设计外，一般焊接结构的焊缝坡口陡可以直接从国家标准中选用。
