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通用连接技术基础 - 焊接技术简介

时间:2023-10-03 来源:冷接机视频

  嗨,大家好,今天我们技术讲堂的内容将会延续上一期的连接技术概述,介绍连接技术中的一个知识点,焊接的一些基本知识。

  什么是焊接?焊接,英语为Welding,也称为熔接或者镕接,是一种以加热或加压方式结合金属或其他热塑性塑料的工艺及技术,焊接通过下列三种途径达成结合的目的:1. 加热欲结合的工件使局部熔化成熔池,熔池冷却凝固后便结合住了,必要的时候能加入熔填物辅助。2. 单独加热熔点较低的焊料,无需熔化工件本身,借助焊料的毛细作用连接工件(如软钎焊、硬焊),这一点有点像胶接技术。3. 在相当于或低于工件熔点的温度下辅以高压、叠合挤塑或震动等使两工件互相渗透接合(如锻焊、固态焊接)。焊接技术是随着金属应用的增加逐渐发展起来的,其历史可以追溯到数千年前,早期的焊接技术能够在青铜时代和铁器时代的欧洲和中东发现,数千年前的两河文明慢慢的开始使用软钎焊技术,340年前,重达5.4吨的印度德里铁柱建造的时候,就使用了焊接技术。

  有哪些焊接方式?焊接方式的演变是跟随着科技发展的过程逐渐产生的,下面我们来介绍一些整个发展过程中比较主要的技术。锻焊 - 中世纪的铁匠通过不断锻打红热状态的金属使其连接起来,这就是锻焊。1540年维纳重·比林格奥赛撰写的《火焰学》里面记载了锻焊技术,文艺复兴时期的工匠们已经很好的掌握了锻焊技术。电弧焊 - 1800年,汉弗里·戴维爵士发现了电弧,之后俄国科学家尼库莱·斯拉夫叶诺夫与美国科学家C·L·哥芬发明了金属电极,推动了电弧焊的成型。在这之后采用碳质电极的碳弧焊也被发明出来,在工业生产里得到普遍应用。1900年左右,英国的A·P·斯特罗加诺夫又开发出更稳定的金属包覆层碳电极,1919年C·J·霍尔斯拉格首次将交流电用于焊接,十年之后交流电弧焊也获得了广泛的应用,20世纪50年代使用消耗型焊条作为电极的手工电弧焊迅速流行了起来。

  电阻焊 - 电阻焊是19世纪最后10年开发出来的,1985年伊莱休·汤姆森申请了第一份关于电阻焊的专利。气焊 - 气焊最早发明于1893年,直到1900年左右出现了新的气炬之后,气焊获得了广泛的应用,由于气焊的廉价和移动性,气焊成为了最受喜爱的焊接技术之一。不过之后电弧焊在一直在改进之后逐渐取代了气焊的地位,成为了最广泛应用的手工焊接技术。

  其他的焊接技术还包括:植钉焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、熔化极气体保护电弧焊、药芯焊丝电弧焊、等离子弧焊、气电焊、电子束焊、超声波焊、摩擦焊、激光焊等。激光焊虽然设备价格高昂,但近年来慢慢的变成为了一种较为主流的焊接技术,尤其在汽车行业的焊接应用上。

  了解了一些焊接技术的历史与分类之后,我们来粗略地介绍一下几种常见的焊接技术。①电弧焊弧焊使用电源来创造电弧,使焊点上的金属熔化形成熔池,弧焊过程中需要消耗大量的电能,最常见的焊接电源包括恒流电源和恒压电源。弧焊过程中的电压决定电弧长度,电流决定热量,因此人工焊接的时候由于不能保持稳定的间距,通常用恒流电源,同样的,自动焊接能够最终靠工装保持稳定的位置从而获得稳定的电弧,通常用恒压电源。使用直流电时,工件接正极,焊接速度能更快,但是焊接深度较浅;工件接负极,焊接深度能更深,但速度较慢一些;使用交流电时,电极一直在变化,因此会形成中等深度的焊缝,但是交流电的一个问题是电压过零点的时候,电弧要重新点燃,因此有一些电源会使用方波电源,使电压过零点的时候影响降低到最小。日常我们正真看到比较多的手工焊使用的大多都是弧焊,有些使用焊条,有些不使用,焊条一般是用钢做焊芯,外层包裹一层助焊剂,助焊剂在燃烧的时候会产生二氧化碳,保护焊缝区免受氧化和污染,但需要清理焊渣,这种工艺设备具备了成本较低的特点,非常使用现场和户外作业,操作者一般只需要经过少量的培训就可以熟练掌握了;另外一种是使用保护气体的焊接工艺,通常用非消耗型的钨电极,惰性或者半惰性气体作为保护气体,这种工艺能够得到较高的焊接质量,很适合用来焊接板料,但对操作者要求比较高,焊接速度也会比使用焊条的方式慢一些。

  ②气焊常见的气焊是使用可燃气焊接,通常也成为氧乙炔焊,这是一种相当古老但非常通用的焊接工艺,只不过近些年来在工业生产里已经很少使用了,在制造和维修管道的时候还能够常常看到,在一些艺术家制作金属工艺品的时候也会用到这种技术,在金属经过高温燃烧之后,有时候在金属表面也能清楚看到一些特殊的金属纹理。气焊也被衍生应用在切割金属上,既能连接金属,也能够切割金属不可燃气焊一般用来焊接塑料等一些工作时候的温度要求较低的应用上。

  ③电阻焊当两个或多个金属表面接触时,接触面会产生接触电阻,如果通过较大的电流(1kA-100kA),根据焦耳定律,接触电阻会发热,将触点附近熔化成熔池,一般来说,这是一种高效、无污染的工艺,只不过设备成本会相对较高一些。点焊就是电阻焊中的一种,用两个电极夹住金属板并输送强电流,具有金属变形小、焊接速度快、易于实现自动化焊接,且无需焊料的特点,只不过从强度上来说,会偏低一些,通过合理的设计,能够解决强度的问题,由于其焊接的结构相对比较简单且易于夹持,被大范围的应用在车身焊接上。

  不好意思,不是这个硬汉硬焊和软焊是以熔点比被焊接件低的焊料填充于两个被焊接件中间,待其凝固后将两者结合起来的一种焊接方式,填充物熔点在427℃以下的称为软焊,427℃以上的称为硬焊,经常也使用填充物作为焊接方式名称,比如说铜焊、锡焊、铅焊(电烙铁就是基于铅焊的方式)

  ⑤能量束焊接指激光焊和电子束焊接,这两种方式在高科技制造业中很受欢迎,两种焊接方式原理相近,主要的不同之处在于能量来源,激光焊使用的是激光束,电子束焊使用的是在真空室中发射的电子束,这两种能源都有很高的单位体积内的包含的能量,焊接熔深很大,焊点很小,工作速度都很快,容易实现自动化,主要的缺点是设备成本过高,另外焊缝易发生热裂。激光复合焊是目前正在推进的一项技术,结合了激光焊和电弧焊的优点,以获得更高质量的焊缝。

  ⑥固态焊接与早期的锻焊优点类似,其中一个典型是超声波焊。超声波焊通过施加高频声波和压力来连接金属和热塑塑料制成的板料和线,目前热门的口罩生产设备中就使用到了超声波焊接设备做口罩的封边和耳带的焊接。超声波焊的原理和电阻焊有点像,只不过输入的不是电流而是高频振动,超声波焊还可拿来焊接复合材料。其他的固态焊接工艺还有爆炸焊、挤压焊、冷焊、扩散焊、摩擦焊、EMPT焊,高频焊、热压焊、感应焊、热轧焊等。

  焊接有极大几率会出现的问题焊接时由于金属被加热到熔化温度,在冷却的时候会产生收缩,产生残余应力,并造成纵向和圆周方向的扭矩,如限制扭曲则有一定的概率会导致母材的机械性能的降低,形成冷裂纹,最后导致断裂,因此应尽量控制焊接的热输入量,尽量一次完工。其他的问题包括热裂纹和硬化裂纹都有一定的概率会在金属焊接的时候出现,应尽可能的避免外力约束,适当的使用助焊剂。

  未来近年来为减少高端产品中的焊接人力成本,工业生产里的电阻焊和弧焊大量采用了自动焊接设备,尤其是汽车行业,基本上大部分的点焊都由机器人完成,弧焊也逐渐开始由机器人完成,包括激光复合焊也开始慢慢的变多的应用到工业生产中,人们在不断研究怎么样降低焊接成本、提高效率、提高焊接质量,尤其是控制焊缝的微观结构和残余应力,减少焊缝的变形断裂。