[激光原理与应用-97]：激光焊接焊中检测系统系列介绍 - 1

一、什么是焊接

1.1 概述

1.2 基本原理

二、传统的焊接技术与方法

2.1 手工电弧焊：

1、定义与原理

2、特点

3、焊条类型

4、应用领域

5、安全注意事项

2.2 气体保护焊：

1、原理与特点

2、应用领域

3、气体选择

4、注意事项

2.3 电阻焊：

1、原理与特点

2、主要形式

3、应用领域

4、优势与挑战

5、发展趋势

2.4 钎焊：

1、定义与原理

2、分类

3、特点与优势

4、应用领域

5、未来发展趋势

一、什么是焊接

1.1 概述

焊接是一种通过加热、加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到原子结合而形成永久性连接的工艺过程。

焊接技术是现代工业生产中不可或缺的重要工艺之一，广泛应用于金属加工、机械制造、航空航天、建筑、汽车制造等多个领域。

1.2 基本原理

焊接的基本原理是利用焊条或焊丝（填充材料是可选的）与母材（待焊接的工件）之间通过电弧、火焰、激光等热源产生的高温，使母材和填充材料熔化，并在冷却凝固后形成牢固的焊缝，从而实现工件的连接。

焊接过程中，除了热源外，还可能涉及到保护气体、焊剂等多种辅助材料，以改善焊接质量、防止高温下的氧化等。

二、传统的焊接技术与方法

焊接技术具有多种类型，包括但不限于：

2.1 手工电弧焊：

最常见的一种焊接方式，通过焊条与工件之间产生电弧，使焊条和工件熔化，形成焊缝。

手工电弧焊（简称手弧焊）是一种利用焊条与焊件之间的电弧热量熔化金属进行焊接的方法。以下是关于手工电弧焊的详细解析：

1、定义与原理

手工电弧焊是以手工操作的焊条和被焊接的工件做为两个电极，通过外加电压在焊条与焊件之间的空隙内引燃电弧，利用电弧热使焊条金属与母材熔化形成焊缝的一种焊接方法。

2、特点

工艺灵活、适应性强：手工电弧焊适用于碳钢、低合金钢、耐热钢、低温钢和不锈钢等各种材料的平、立、横、仰各种位置以及不同厚度、结构形状的焊接。
设备简单、操作方便：手工电弧焊设备相对简单，操作灵活方便，适用于多种焊接环境和条件。
质量好：与气焊及埋弧焊相比，手工电弧焊的金相组织细，热影响区小，接头性能好。
对焊工要求高：焊工的操作技术和经验直接影响产品质量的好坏，需要焊工具备较高的专业技能和经验。
劳动条件差：焊工在工作时必须手脑并用，精神高度集中，而且还要受到高温烘烤，有毒、烟、尘和金属蒸气的危害。
生产率低：受焊工体质的影响，焊接工艺参数选择较小，故生产率低。

3、焊条类型

氧化钛焊条：药皮中含有大量的氧化钛，使起弧、平滑电弧操作和降低弧飞溅变得容易。适用于交流电或直流电下所有位置的焊接，特别适用于横角/立角位置的接头焊接。
碱性焊条：药皮中含有大量的碳酸钙（石灰石）、氟化钙（萤石），熔渣比氧化钛型焊条的熔渣更易流动，有助于立焊和仰焊的快速冷却。这些焊条用于焊接中型和大型结构，要求具有较高的焊接质量、良好的机械性能和抗裂纹能力。
金属粉末焊条：包含加有金属粉末的涂料，可使焊接电流增加到最大容许电流，提高金属熔敷速度和效率，且熔渣容易清除。主要用于平焊、横焊和立焊。

4、应用领域

手工电弧焊在多个领域有广泛应用，包括但不限于：

钢结构的制造与安装：用于热轧钢板的连接和构件的加固与补强。
管道的制造和维护：应用于铁路、煤气、石油和水处理等行业以及各种加热、通风和空调系统的维修。
钢铁结构的维修和切割：适用于多种钢铁类型的维修和修理。
金属加工：在制造轴承和车轮等金属制品时，用于连接两个或多个组件。
机器设备的制造：在制造船舶、飞机等机器设备时具有一定的应用。
连接材料：用于连接钢铁、镍合金、铝、铜和合金等材料。
交通工具的维修：如汽车、拖拉机和列车等的维修。
家用电器的维修：用于连接热水器、暖气系统、车库门和工具箱等配件。

5、安全注意事项

在进行手工电弧焊时，需要注意以下安全事项：

焊工的手和身体不得随便接触二次回路的导电体，不能依靠在工作台、焊件上或接触焊钳等带电体。
对于焊机空载电压较高的焊接操作，以及在潮湿工作地点操作时，还应在操作台附近地面铺设橡胶绝缘垫。
焊工需要佩戴适当的个人防护装备，如防护眼镜、面罩、防护服和手套等，以减少高温、有毒气体和金属飞溅的危害。

总之，手工电弧焊是一种重要的焊接方法，具有广泛的应用领域和显著的特点。在使用时需要注意安全事项并掌握正确的操作技巧以确保焊接质量和人身安全。

2.2 气体保护焊：

如二氧化碳气体保护焊、惰性气体保护焊（如氩弧焊）等，利用保护气体隔绝空气，防止焊缝氧化，提高焊接质量。

气体保护焊是一种重要的焊接方法，其原理是通过喷嘴沿焊丝周围喷射出气体，在电弧周围形成局部的气体保护层，将熔滴和熔池与空气隔离开来，从而保证焊接过程的稳定性和焊缝的质量。

以下是对气体保护焊的详细解析：

1、原理与特点

原理：气体保护焊利用外加气体（如二氧化碳、氩气或其混合气体）作为电弧介质，并保护电弧和焊接区。这些气体通过喷嘴沿焊丝周围喷射出来，在电弧周围形成一层保护气体层，有效隔绝空气，防止焊接过程中的氧化和污染，从而获得质量优良的焊缝。
特点：
1. 焊接过程稳定，焊缝质量高。
2. 适用于绝大多数金属材料的焊接，包括铝合金、镁合金、不锈钢、高强钢等。
3. 焊接速度快，生产效率高。
4. 可以通过调整气体种类和流量来适应不同的焊接需求。

2、应用领域

气体保护焊在汽车、铁路、轨道交通、造船、桥梁、建筑等领域有着广泛的应用。

汽车制造：汽车生产中需要大量的焊接，使用气体保护焊可以保证焊接质量，提高生产效率，使汽车的品质更加优良。
铁路与轨道交通：铁路、轨道交通的建设需要大量的轨道、车轮和车体的焊接。气体保护焊可以焊接大面积的钢结构，满足高速铁路的高强度焊接需求，同时还能确保铁路的安全运营。
船舶制造：制造一艘船需要把众多的钢板拼接成一整个船体，气体保护焊能够完成大面积钢板的焊接，确保船体的结构牢固、耐用。
桥梁建设：桥梁制造中同样需要大量的焊接，气体保护焊可以焊接各种材质的钢结构，适用于大面积钢板、型材的焊接，保证桥梁的载荷和安全。
建筑领域：气体保护焊在建筑领域广泛应用于高楼大厦的建设，主要用于钢结构的焊接。同时，对于大型建筑的设备安装、管道装配等环节也具有很大帮助。

3、气体选择

在气体保护焊中，气体的选择对焊接质量有着重要影响。常用的保护气体包括二氧化碳（CO2）、氩气（Ar）以及它们的混合气体。

二氧化碳（CO2）：纯CO2是无色无味的气体，溶于水略带有酸味。在焊接过程中，CO2气体能够形成稳定的保护层，防止焊缝氧化和污染。然而，CO2气体纯度对焊缝金属的致密性和塑性有很大影响，因此焊接用CO2气体纯度不应低于99.8%（体积法），其含水量小于0.005%（重量法）。
氩气（Ar）：氩气是一种无色、无味、密度较低的气体。在焊接过程中，氩气能够提供更好的保护效果，减少焊缝中的气孔和夹杂物。然而，氩气的成本相对较高，通常与其他气体混合使用以降低成本。
混合气体：混合气体是在氩气中加入一定比例的CO2或其他气体制成的。混合气体能够结合各种气体的优点，提高焊接质量和效率。例如，在Ar气中加入20%左右的CO2气体制成的混合气体主要用于焊接重要的低合金钢和高强度钢。

4、注意事项

在进行气体保护焊时，需要注意以下事项以确保焊接质量和安全：

焊接区域要清洁干燥，避免油脂污染和潮湿环境。
操作者必须穿戴好工作服、手套、护目镜、面罩等防护用具。
使用过程中应注意保护机器和设备避免损坏。
焊接钢材等易导电金属时，应注意使用恒流源并控制电流大小以防止短路和其他安全事故。
根据焊接材料的不同选择合适的保护气体和焊接参数。
焊接过程中应控制好焊接速度和移动轨迹以保持均匀的焊接气体流动和温度分布。

综上所述，气体保护焊是一种重要的焊接方法具有广泛的应用领域和显著的特点。在使用时需要注意安全事项并掌握正确的操作技巧以确保焊接质量和人身安全。

2.3 电阻焊：

利用电流通过焊件产生的电阻热使焊件熔化或塑性化，然后施加压力使焊件连接在一起。

电阻焊是一种重要的焊接方法，它利用电流通过焊件及接触处产生的电阻热作为热源，将焊件局部加热至熔化或塑性状态，并同时加压进行焊接。以下是对电阻焊的详细解析：

1、原理与特点

原理：电阻焊通过工件间的接触电阻产生热量，当电流通过时，焊件及接触处会产生电阻热，这些热量使焊件局部加热并熔化或达到塑性状态，随后在压力作用下形成金属结合。
特点：
1. 不需要填充金属：电阻焊在焊接过程中不需要额外的填充金属，如焊条或焊丝，从而简化了焊接过程并降低了成本。
2. 生产率高：由于电阻焊的加热速度快且集中，因此焊接效率高，适用于大批量生产。
3. 焊件变形小：电阻焊的加热区域小且热量集中，因此焊件的整体变形较小。
4. 易于实现自动化：电阻焊设备可以与机器人等自动化设备结合，实现焊接过程的自动化和智能化。

2、主要形式

电阻焊主要包括以下几种形式：

点焊：主要用于焊接薄板件，通过单点或多点加压和通电，使焊件在接触点处熔化并连接。
缝焊：用于焊接焊缝较为规则、要求密封的结构，通过连续的点焊形成一条焊缝。
凸焊：在焊件上预制凸点或凸环，然后利用电阻热进行焊接，以增加焊接强度和稳定性。
对焊：包括电阻对焊和闪光对焊两种形式。电阻对焊是将焊件装配成对接接头，利用电阻热加热至塑性状态后断电并迅速施加顶锻力完成焊接；闪光对焊则是在焊接过程中产生闪光并利用闪光热进行焊接。

3、应用领域

电阻焊广泛应用于汽车、家电、船舶、航空航天等制造领域。特别是在汽车制造业中，电阻焊被大量用于车身、底盘等部件的制造过程中，因为它可以实现快速、高效的连接，并且焊接接头质量稳定可靠。

4、优势与挑战

优势：
1. 焊接速度快、生产效率高。
2. 焊接接头质量好、热影响区小。
3. 操作简单、易于实现机械化与自动化。
4. 环保和节能，通过改进焊接工艺和设备，减少焊接过程中的能耗和环境污染。
挑战：
1. 设备功率大、机械化程度高，使得设备成本较高且维修困难。
2. 目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量需要依靠工艺试样和破坏性试验来检查。
3. 点焊和缝焊的搭接接头可能增加构件的重量并降低接头的抗拉强度和疲劳强度。

5、发展趋势

随着工业自动化和智能化的发展，电阻焊技术也在不断进步和创新。未来电阻焊的发展趋势可能包括以下几个方面：

智能化和自动化：通过引入机器人和人工智能技术，实现电阻焊的自动化和智能化操作，提高生产效率和焊接质量。
新材料的应用：随着新材料技术的不断发展，电阻焊将能够适用于更多类型材料的焊接，包括高强度钢、铝合金、钛合金等。
焊接过程监控：利用传感器和大数据技术，实现对电阻焊过程的实时监控和数据分析，进一步提高焊接质量和生产效率。

综上所述，电阻焊作为一种重要的焊接方法，在制造业中具有广泛的应用前景和发展潜力。随着技术的不断进步和创新，电阻焊将在更多领域发挥重要作用。

2.4 钎焊：

采用熔点低于母材的钎料和母材一起加热，将钎料熔化后，利用液态钎料填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。

焊接技术的发展对于提高生产效率、降低生产成本、改善产品质量具有重要意义。同时，随着科学技术的不断进步，新的焊接技术和设备不断涌现，为焊接领域的发展注入了新的活力。

钎焊是一种焊接方法，通过熔化特定的钎料（填充材料）将两个或多个工件连接在一起。

以下是关于钎焊的详细解析：

1、定义与原理

钎焊利用熔点比被焊材料的熔点低的金属作钎料，经过加热使钎料熔化，毛细管作用将钎料及入到接头接触面的间隙内，润湿被焊金属表面，使液相与固相之间互扩散而形成钎焊接头。因此，钎焊是一种固相兼液相的焊接方法。

2、分类

钎焊可以根据不同的标准进行分类，常见的分类方式包括：

按钎料熔点分类：
- 软钎焊：使用熔点较低的钎料，如锡铅钎料，常用于电子产品、电机电器和汽车配件等。
- 硬钎焊：使用熔点较高的钎料，如黄铜钎料和银基钎料，多用于受力较大的钢和铜合金工件，以及工具的钎焊。
按加热方法分类：包括火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、浸沾钎焊、电阻钎焊等。