焊接電源  

    19世紀(jì)末以前沒有出現(xiàn)電焊的理由之一就是缺乏合適的電源。18世紀(jì)末期，意大利人Volta和Galvani 成功發(fā)現(xiàn)了電流。1831年, Michael Faraday 創(chuàng)立了變壓器和電機(jī)原理，這是對電源的重要發(fā)展。  

    首批焊接實(shí)驗(yàn)的開展是通過不同類型的方法來解決焊接電源的。  

    1801年, Humphrey Davy 先生在首批電弧實(shí)驗(yàn)中使用電池作為電源。  

    Benardos 在碳弧焊實(shí)驗(yàn)中使用一臺22馬力的蒸汽機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)，用150個電池來發(fā)電。單是電池的總重量就達(dá)到2400kg。  

    Thomson 在發(fā)明電阻焊機(jī)時使用了變壓器。  

    Oscar Kjellberg 使用110V直流電壓電源，他讓電流通過一個裝滿鹽水的桶，從而把電流減小到適當(dāng)?shù)乃健?nbsp; 

    1905年，德國AEG公司生產(chǎn)了焊接發(fā)電機(jī)。它由三相異步電動機(jī)驅(qū)動，其特性適合焊接，重1000kg, 電流 250A。  

    直流電直到20世紀(jì)20年代才適合用于電弧焊。焊接變壓器很快變得受歡迎，因?yàn)樗膬r格較便宜，消耗能源相對較少。  

    20世紀(jì)50年代末，固體焊接整流器問世。最初使用的是硒整流器，接著很快出現(xiàn)了硅整流器。此后，硅可控整流器的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了電子控制焊接電流。這些整流器現(xiàn)在都普遍使用，尤其是用于大型焊接電源。  

    焊接逆變器的出現(xiàn)是在電源上最引人注目的發(fā)展。伊薩首個逆變器模型造于1970年。但是逆變器在1977年以前沒有普遍用于工業(yè)。1984年，伊薩推出140A“Caddy” 牌逆變器，重量只有8kg。  

     先進(jìn)焊接工藝  

    等離子焊接出現(xiàn)時，實(shí)驗(yàn)證明它是更集中、更炙熱的能源，利用它可以提高焊接速度，減少線能量。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的激光電子束焊接也與之有相似的好處。質(zhì)量提高，容差減小，超過了以前可能達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。對新材料和不同金屬組合都能進(jìn)行焊接。電子束狹窄，要求必需使用機(jī)械化設(shè)備。  

    從1964年起，機(jī)器人就已經(jīng)用于電阻焊。大約10年后出現(xiàn)電弧焊機(jī)器人。電動機(jī)器人可以設(shè)計得非常精確，達(dá)到熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊焊接的要求。最初，機(jī)器人內(nèi)輸入的焊接數(shù)據(jù)和手工焊使用的焊接數(shù)據(jù)是相同的。  

    人們進(jìn)行了許多嘗試來提高熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊工藝的生產(chǎn)力。加拿大人John Church使用了快速送絲速度和由4種成分組成的保護(hù)氣體來做此嘗試。工藝相似，仍然使用同樣的焊接設(shè)備，但卻有可能讓焊接速度提高一倍。  

    在同一熔池內(nèi)使用兩根焊絲的焊接法——雙絲焊或雙芯焊，實(shí)驗(yàn)證明更富有成效。最新高效焊接法是混合焊——這種方法結(jié)合了兩種不同的工藝。激光熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊混合焊是最有發(fā)展前景的。這種焊接速度極快，熔深大。  

    機(jī)械化焊接打開了投入到新應(yīng)用中去的大門。窄間隙焊既節(jié)省時間，又節(jié)省耗材，減少了熱影響區(qū)焊接的變形。起初使用的是熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊工藝，后來也使用埋弧焊和鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊。1980年前后，伊薩把重型埋弧焊、窄間隙焊設(shè)備運(yùn)往了前蘇聯(lián)Volgadonsk。  

    1992年，TWI 獲得攪拌摩擦焊專利權(quán)。這種焊接法對鋁很適用。鋁不用熔化就能接合并形成高質(zhì)量接合點(diǎn)。該工藝不使用耗材，能源消耗少，它的另一個好處就是對環(huán)境影響小。此工藝非常簡單有效，是20世紀(jì)最重要的焊接創(chuàng)新之一。  

    發(fā)展趨勢  

    焊接的有些發(fā)展趨勢是顯而易見的：不斷提高生產(chǎn)力；進(jìn)一步自動化；繼續(xù)尋找更有效率的焊接工藝。

    通過新設(shè)計以及使用高強(qiáng)度鋼和鋁合金的增多，整體構(gòu)件重量減輕。在焊接展上，我們能清楚看到電子元件、計算機(jī)技術(shù)以及數(shù)字通訊的發(fā)展影響著焊接設(shè)備的發(fā)展。諸如混合激光熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊和攪拌摩擦焊新工藝已經(jīng)出現(xiàn)。但是傳統(tǒng)的鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊、熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊以及埋弧焊工藝毫無疑問將繼續(xù)占主導(dǎo)地位。

    焊接材料

     （一）手工電弧焊焊接材料 

      1、焊條的組成 

       焊條就是涂有藥皮的供電弧焊使用的熔化電極。它是由藥皮和焊芯兩部分組成。 

    （l）焊芯。焊條中被藥皮包覆的金屬芯稱為焊芯。焊芯一般是一根具有一定長度及直徑的鋼絲。焊接時，焊芯有兩個作用：一是傳導(dǎo)焊接電流，產(chǎn)生電弧把電能轉(zhuǎn)換成熱能；二是焊芯本身熔化為填充金屬與母材金屬熔合形成焊縫。 

      用于焊接的專用鋼絲可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼絲、合金結(jié)構(gòu)鋼鋼絲和不銹鋼鋼絲三類。 

    （2）藥皮。壓涂在焊芯表面的涂層稱為藥皮。在光焊條外面涂一層由各種礦物等組成的藥皮，能使電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量得到提高。 

      藥皮中要加入一些還原劑，使氧化物還原，以保證焊縫質(zhì)量。 

      由于電弧的高溫作用，焊縫金屬中所含的某些合金元素被燒損（氧化或氮化），這樣會使焊縫的機(jī)械性能降低。通過在焊條藥皮中加人鐵合金或純合金元素，使之隨著藥皮的熔化而過渡到焊縫金屬中去，以彌補(bǔ)合金元素燒損和提高焊縫金屬的機(jī)械性能。 

      改善焊接工藝性能使電弧穩(wěn)定燃燒、飛濺少、焊縫成形好、易脫渣和熔敷效率高。 

      總之，藥皮的作用是保證焊縫金屬獲得具有合乎要求的化學(xué)成分和機(jī)械性能，并使焊條具有良好的焊接工藝性能。

      2、焊條的分類 

    （l）按焊條的用途分： 

       l）低碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼焊條（簡稱結(jié)構(gòu)鋼焊條）。 

       2）不銹鋼焊條。 

       3）堆焊焊條。 

       4）低溫鋼焊條。 

       5）鑄鐵焊條。 

       6）鎳及鎳合金焊條。 

       7）銅及銅合金焊條。 

       8）鋁及鋁合金焊條。 

   （2）按焊條藥皮熔化后的熔渣特性分： 

       l）酸性焊條。 

       一般用于焊接低碳鋼和不太重要的鋼結(jié)構(gòu)。 

      2）堿性焊條。 

       堿性熔渣的脫氧較完全，又能有效地消除焊縫金屬中的硫，合金元素?zé)龘p少，所以焊縫金屬的機(jī)械性能和抗裂性均較好，可用于合金鋼和重要碳鋼結(jié)構(gòu)的焊接。 

       3、焊條的選用 

      通常應(yīng)根據(jù)組成焊接結(jié)構(gòu)鋼材的化學(xué)成分、機(jī)械性能。焊接性和工作環(huán)境（有無腐蝕介質(zhì)、高溫或是低溫）等要求，以及焊接結(jié)構(gòu)的形狀。受力情況和焊接設(shè)備（是否有直流電焊機(jī)）等方面進(jìn)行綜合考慮，以決定選用哪種焊條。在選用焊條時應(yīng)注意下列原則： 

     （l）焊件的機(jī)械性能、化學(xué)成分。低碳鋼、中碳鋼和低合金鋼可按其強(qiáng)度等級來選用相應(yīng)強(qiáng)度的焊條。 

      在焊條的強(qiáng)度確定后再決定選用酸性還是堿性焊條時，主要決定于焊接結(jié)構(gòu)具體形狀的復(fù)雜性，鋼材厚度的大小，焊件載荷的情況（靜載還是動載）和鋼材的抗裂性以及得到直流電源的難易等。一般來說，對于塑性、沖擊韌性和抗裂性能要求較高，低溫條件下工作的焊縫都應(yīng)選用堿性焊條；當(dāng)受某種條件限制而無法清理低碳鋼焊件坡口處的鐵銹。油污和氧化皮等臟物時，應(yīng)選用對鐵銹、油污和氧化皮敏感性小和抗氣孔性能較強(qiáng)的酸性焊條。 

      異種鋼的焊接如低碳鋼與低合金鋼、不同強(qiáng)度等級的低合金鋼焊接，一般選用與較低強(qiáng)度等級鋼材相匹配的焊條。 

    （2）焊件的工作條件及使用性能。珠光體耐熱鋼一般選用與鋼材化學(xué)成分相似的焊條，或根據(jù)焊件的工作溫度來選取。 

    （3）簡化工藝、提高生產(chǎn)率和降低成本。

      4、焊接參數(shù)的選擇方法 

      電弧焊的焊接參數(shù)主要有焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接層數(shù)、電源種類及極性等。 

     （1）焊條直徑的選擇。焊條直徑的選擇主要取決于焊件厚度、接頭型式、焊縫位置及焊接層次等因素。在不影響焊接質(zhì)量的前提下，為了提高勞動生產(chǎn)率，一般傾向于選擇大直徑的焊條。 

    （2）焊接電流的選擇。主要根據(jù)焊條類型、焊條直徑、焊件厚度、接頭型式、焊縫空間位置及焊接層次等因素來決定，其中，最主要的因素是焊條直徑和焊縫空間位置。 

    （3）電弧電壓的選擇。電弧電壓是由電弧長來決定。電弧長，則電弧電壓高；電弧短，則電弧電壓低。 

    （4）焊接層數(shù)的選擇。在中、厚板焊條電弧焊時，往往采用多層焊。 

    （5）電源種類和極性的選擇。直流電源，電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊接質(zhì)量好，一般用在重要的焊接結(jié)構(gòu)或厚板大剛度結(jié)構(gòu)的焊接上。其他情況下，應(yīng)首先考慮用交流焊機(jī)。 

       一般情況下，使用堿性焊條或薄板的焊接，采用直流反接；而酸性焊條，通常選用正接。 

    （二）碳弧刨割條 

     工作時只需交、直流弧焊機(jī)，不用空氣壓縮機(jī)。 

   （三）埋弧焊焊接材料 

     1、焊絲 

      根據(jù)所焊金屬材料的不同，埋弧焊用焊絲有碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲、合金結(jié)構(gòu)鋼焊絲。高合金鋼焊絲、各種有色金屬焊絲和堆焊焊絲。按焊接工藝的需要，除不銹鋼焊絲和有色金屬焊絲外，焊絲表面均鍍銅，以利于防銹并改善導(dǎo)電性能。 

      同一電流使用較小直徑的焊絲時，可獲得加大焊縫熔深、減小熔寬的效果。當(dāng)工件裝配不良時，宜選用較粗的焊絲。 

      2．焊劑 

      埋弧焊焊劑按用途分為鋼用焊劑和有色金屬用焊劑，按制造方法分為熔煉焊劑、燒結(jié)焊劑和陶質(zhì)焊劑。 

    （1）焊劑應(yīng)滿足下列基本要求： 

      l）具有良好的冶金性能。 

      2）具有良好的工藝性能。 

    （2）焊劑的分類。埋弧焊焊劑除按其用途分為鋼用焊劑和有色金屬用焊劑外，通常還按制造方法、化學(xué)成分、化學(xué)性質(zhì)和顆粒結(jié)構(gòu)等分類。 

      l）按制造方法分為：熔煉焊劑、燒結(jié)焊劑和陶質(zhì)焊劑。 

      2）按化學(xué)成分分為：堿性焊劑、酸性焊劑和中性焊劑。 

    （3）焊劑和焊絲的選配。 

      低碳鋼的焊接可選用高錳高硅型焊劑，配合H08MnA焊絲，或選用低錳、無錳型焊劑配H08MnA和H10MnZ焊絲。低合金高強(qiáng)度鋼的焊接可選用中錳中硅或低錳中硅型焊劑配合與鋼材強(qiáng)度相匹配的焊絲。 

      耐熱鋼、低溫鋼、耐蝕鋼的焊接可選用中硅或低硅型焊劑配合相應(yīng)的合金鋼焊絲。鐵素體、奧氏體等高合金鋼，一般選用堿度較高的熔煉焊劑或燒結(jié)、陶質(zhì)焊劑，以降低合金元素的燒損及摻加較多的合金元素。 

      按照焊接過程中金屬所處的狀態(tài)及工藝的特點(diǎn)，可以將焊接方法分為“熔化焊、壓力焊和釬焊”三大類。

     （一）熔化焊 

      1、氣焊 GMAW

      氣焊主要應(yīng)用于薄鋼板、低熔點(diǎn)材料（有色金屬及其合金）、鑄鐵件和硬質(zhì)合金刀具等材料的焊接，以及磨損、報廢車件的補(bǔ)焊、構(gòu)件變形的火焰矯正等。 

       2、電弧焊 

       手工電弧焊SMAW可以進(jìn)行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多位置焊接。另外由于電弧焊設(shè)備輕便，搬運(yùn)靈活，可以在任何有電源的地方進(jìn)行焊接作業(yè)。適用于各種金屬材料、各種厚度和各種結(jié)構(gòu)形狀的焊接。 

       埋弧焊SAW一般只適用于平焊位置，不適于焊接厚度小于 1mm的薄板。 

       由于埋弧焊熔深大，生產(chǎn)率高，機(jī)械化操作的程度高，因而適于焊接中厚板結(jié)構(gòu)的長焊縫。埋弧焊能焊的材料已從碳素結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展到低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼等以及某些有色金屬，如鎳基合金、鈦合金和銅合金等。 

      3、氣電焊 EGW

       用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊稱為氣體保護(hù)電弧焊，簡稱氣電焊。 

        氣電焊通常按照電極是否熔化和保護(hù)氣體不同，分為不熔化極（鎢極）惰性氣體保護(hù)焊和熔化極氣體保護(hù)焊，氧化混合氣體保護(hù)焊、CO2氣體保護(hù)焊和管狀焊絲氣體保護(hù)焊。 

從被焊件材質(zhì)上看，CO2氣體保護(hù)焊可以焊接碳鋼和低合金鋼；從焊接位置上看，可以進(jìn)行全位置焊接，也可以進(jìn)行平焊、橫角焊及其他空間位置的焊接。 

       鎢極惰性氣體保護(hù)焊可用于幾乎所有金屬和合金的焊接，但由于其成本較高，通常多用于焊接鋁、鎂、鈦和銅等有色金屬，以及不銹鋼和耐熱鋼等。 

       鎢極惰性氣體保護(hù)焊GTAW所焊接的板材厚度范圍，從生產(chǎn)率考慮以3mm以下為宜。對于某些黑色和有色金屬的厚壁重要構(gòu)件（如壓力容器及管道），為了保證高的焊接質(zhì)量，也采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊。 

熔化極氣體保護(hù)除具備不熔化極氣體保護(hù)焊的主要優(yōu)點(diǎn)（可進(jìn)行各種位置的焊接；適用于有色金屬、不銹鋼、耐熱鋼、碳鋼、合金鋼絕大多數(shù)金屬的焊接）外，同時也具有焊接速度較快，熔敷效率較高等優(yōu)點(diǎn)。 

       4、等離子弧焊 PAW

       等離子弧廣泛應(yīng)用于焊接、噴涂和堆焊。能夠焊接更細(xì)、更?。ㄈ?1mm以下極薄金屬的焊接）的工件 。 

       5、電渣焊 ESW

       電渣焊可以焊接各種碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、耐熱鋼和中合金鋼，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于鍋爐、壓力容器、重型機(jī)械、冶金設(shè)備和船舶等的制造中。另外，用電渣焊可進(jìn)行大面積堆焊和補(bǔ)焊。 

       6、激光焊 LAW

       激光焊可以焊接各種金屬材料和非金屬材料如碳鋼、硅鋼、鋁和鈦等金屬及其合金、鎢、鉬等難熔金屬及異種金屬以及陶瓷、玻璃和塑料等。特別適于焊接微型、精密、排列非常密集、對熱敏感性強(qiáng)的工件，適于焊接厚度小于0.5mm的薄板、直徑小于0.6mm的金屬絲。 

       7、電子束焊 EBW

      電子束焊設(shè)備復(fù)雜，價格貴，使用維護(hù)要求高；焊件裝配要求高，尺寸受真空室大小限制；需防護(hù)X射線。電子束焊可以用來焊接絕大多數(shù)金屬及合金以及要求變形小、質(zhì)量高的工件等。目前電子束焊已廣泛應(yīng)用于精密儀器、儀表和電子工業(yè)等。

      （二）壓力焊 CW

        1、電阻焊 

        電阻焊方法主要有四種，即點(diǎn)焊、縫焊、凸焊和對焊。 

        點(diǎn)焊適用于可以采用搭接、接頭不要求氣密、厚度小于3 mm的沖壓、軋制的薄板構(gòu)件。 

        縫焊廣泛應(yīng)用于油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機(jī)和汽車油箱的薄板焊接。 

        凸焊主要用于焊接低碳鋼和低合金鋼的沖壓件。板件凸焊最適宜的厚度為0．5－4mm。 

        2、超聲波焊 

        超聲波焊接原則上適于焊接大多數(shù)熱塑性塑料。

      （三）釬焊 

       1、火焰釬焊 

        火焰釬焊適于碳素鋼、鑄鐵以及銅及其合金等材料的釬焊。氧乙炔焰是常用的火焰。 

       2、電阻釬焊 

        電阻釬焊分為直接加熱及間接加熱兩種方式。間接加熱電阻釬焊適宜于熱物理性能差別較大和厚度差別較大焊件的釬焊。 

        3、感應(yīng)釬焊 

       感應(yīng)釬悍的特點(diǎn)是加熱快、效率高、可進(jìn)行局部加熱，且容易實(shí)現(xiàn)自動化。按照保護(hù)方式可以分為空氣中感應(yīng)釬焊、保護(hù)氣體中感應(yīng)釬焊和真空中感應(yīng)釬焊。