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　　切割與焊接

　　一、切割

　　按照金屬切割過程中加熱方法的不同大致可以把切割方法分為火焰切割、電弧切割和冷切割三類。

　　(一)火焰切割(氧-燃氣切割、氣割)

　　氣割所用的可燃氣體主要是乙炔、液化石油氣和氫氣。

　　1.氧-乙炔切割

　　2.液化石油氣切割

　　3.氫氧源切割

　　氣割過程是預熱燃燒，吹渣過程，但并不是所有金屬都能滿足這個過程的要求，只有符合下列條件的金屬才能進行氣割。

　　(1)金屬在氧氣中的燃燒點應低于其熔點;

　　(2)氣割時金屬氧化物的熔點應低于金屬的熔點;

　　(3)金屬在切割氧流中的燃燒應是放熱反應;

　　(4)金屬的導熱性不應太高;

　　(5)金屬中阻礙氣割過程和提高鋼的可淬性的雜質要少。

　　符合上述條件的金屬有純鐵、低碳鋼、中碳鋼和低合金鋼以及鈦等。鋼中隨著含碳量的增加，其熔點降低，燃點卻增高，使氣割不易進行。對銅、鋁、不銹鋼、鑄鐵等金屬，需采用特殊的氣割方法或進行熔化切割。

　　(二)電弧切割

　　電弧切割按生成電弧的不同可分為：等離子弧切割、碳弧氣割。

　　1.等離子弧切割

　　等離子弧坑的溫度高，遠遠超過所有金屬以及非金屬的熔點。因此，等離子弧切割過程不是依靠氧化反應，而是靠熔化來切割材料，因而比氧化切割方法的適用范圍大得多，能夠切割絕大部分金屬和非金屬材料，如不銹鋼、鋁、銅、鑄鐵、鎢、鉬和陶瓷、水泥、耐火材料等。

　　等離子弧的能量、能量密度以及等離子氣流的速度取決于等離子氣體的種類及流量、噴嘴形狀參數和所施加給等離子弧的電能。

　　等離子切割的工藝參數主要有切割電流、實載電壓、氣體流量、切割速度、割炬距工件距離等。

　　等離子弧切割方法除一般型外，派生的型式有水再壓縮等離子弧切割、空氣等離子弧切割或水再壓縮空氣等離子弧切割方法。一般型等離子弧切割可采用轉移型電弧或非轉移型電弧。非轉移型電弧適宜于切割非金屬材料，切割金屬材料通常采用轉移型電弧。

　　2.碳弧氣割

　　電弧切割的適用范圍及特點為：

　　(1)在清除焊縫缺陷和清理焊根時，能在電弧下清楚地觀察到缺陷的形狀和深度，生產效率高，同時可對缺陷進行修復。

　　(2)可用來加工焊縫坡口，特別適用于開U形坡口。

　　(3)使用方便，操作靈活。

　　(4)可進行全位置操作。可以清理鑄件的毛邊、飛刺、澆鑄冒口及鑄件中的缺陷。

　　(5)加工多種不能用氣割加工的金屬，如鑄鐵、高合金鋼、銅和鋁及其合金等，對有耐腐蝕要求的不銹鋼一般不采用此種方法切割。

　　(6)設備、工具簡單，操作使用安全。

　　(7)碳弧氣割可能產生的缺陷有夾碳、粘渣、銅斑、割槽尺寸和形狀不規則等。

　　(三)冷切割

　　切割后工件相對變形小的切割方法有：

　　1.激光切割

　　2.水射流切割

　　(四)幾種常用的切割設備

　　1.小車式切割機

　　2.門式數控切割機

　　二、焊接

　　(一)焊接的分類及特點

　　焊接是借助于能源使兩個分離的物體產生原子(分子)間結合而連接成整體的過程，可以連接金屬材料和非金屬材料。按照焊接過程中金屬所處的狀態及工藝的特點，可以將焊接方法分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類。

　　熔化焊是利用局部加熱的方法將連接處的金屬加熱至熔化狀態而完成的焊接方法，可形成牢固的焊接接頭。

　　壓力焊是利用焊接時施加一定壓力而完成焊接的方法。這類焊接有兩種形式，可加熱后施壓，亦可直接冷壓焊接，其壓接接頭較牢固。

　　釬焊是把比被焊金屬熔點低的釬料金屬加熱熔化至液態，然后使其滲透到被焊金屬接縫的間隙中而達到結合的方法。釬焊接頭一般強度較低，耐熱性差。

　　1.熔化焊

　　(1)氣焊。氣焊所用的可燃氣體與氣割相同，主要有乙炔、液化石油氣(丙烷、丁烷、丙烯等)和氫氣等，氧氣為助燃氣體。

　　氣焊用的焊絲起填充金屬的作用，焊接時與熔化的母材一起組成焊縫金屬。因此，應根據工件的化學成分和機械性能選用相應成分或性能的焊絲，有時也可以用從被焊板材上切下的條料作焊絲。

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

　　氣焊的優點是設備簡單(氧氣瓶、乙炔瓶、回火保險器、焊炬、減壓器、氧氣、乙炔、輸送管等)、使用靈活;對鑄鐵及有色金屬的焊接有較好的適應性;在電力供應不足的地方需要焊接時，氣焊可以發揮更大的作用。缺點是生產效率較低，焊接后工件變形和熱影響區較大，較難實現自動化。

　　(2)電弧焊。

　　1)手弧焊。手工電弧焊可以進行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多位置焊接。由于電弧焊設備輕便，搬運靈活，可以在任何有電源的地方進行維修及裝配中短縫的焊接作業，特別適用于難以達到部位的焊接。適用于各種金屬材料、各種厚度和各種結構形狀的焊接。

　　如工業用碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及合金。

　　2)埋弧焊。埋弧焊也是利用電弧作為熱源的焊接方法。埋弧焊時電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧光不外露。埋弧焊有自動埋弧焊和半自動埋弧焊兩種方式。前者的焊絲送進和電弧移動都由專門的機頭自動完成;后者的焊絲送進由機械完成，電弧移動則由人工進行 。埋弧焊的主要優點是：

　　①熱效率較高，熔深大，工件的坡口可較小，減少了填充金屬量;

　　②焊接速度高。

　　③焊劑的存在不僅能隔開熔化金屬與空氣的接觸，而且使熔池金屬較慢地凝固，減少了焊縫中產生氣孔、裂紋等缺陷的可能性。

　　但由于采用顆粒狀焊劑，這種焊接方法一般只適用于平焊位置，且不能直接觀察電弧與坡口的相對位置，容易焊偏。不適于焊接厚度小于1mm的薄板。

　　由于埋弧焊熔深大，生產效率高，機械化操作的程度高，因而適于焊接中厚板結構的長焊縫。

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

　　氣電焊與其他焊接方法相比，具有以下特點：

　　•電弧和熔池的可見性好，焊接過程中可根據熔池情況調節焊接參數;

　　•焊接過程操作方便，沒有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上不需清渣;

　　•電弧在保護氣流的壓縮下熱量集中，焊接速度較快，熔池較小，熱影響區窄，焊件焊后變形小;

　　•有利于焊接過程的機械化和自動化，特別是空間位置的機械化焊接;

　　•可以焊接化學活潑性強和易形成高熔點氧化膜的鎂、鋁、鈦及其合金;

　　•可以焊接薄板;

　　•在室外作業時，需設擋風裝置，否則氣體保護效果不好，甚至很差;

　　①鎢極(不熔化極)惰性氣體保護焊。鎢極惰性氣體保護焊是在惰性氣體的保護下，利用鎢電極與工件間產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲(如果使用填充焊絲)的一種焊接方法。焊接時隋性氣體形成氣體保護層隔絕空氣，以防止其對鎢極、熔池及鄰近熱影響區的有害影響，從而可獲得優質的焊縫。惰性氣體主要采用氬氣。

　　鎢極氬弧焊接操作方式分為手工焊、半自動焊和自動焊三類。鎢極惰性氣體保護焊具有下列優點：不和金屬反應，并自動清除工件表面氧化膜的作用，可焊接化學活潑性強的有色金屬、不銹鋼、耐熱鋼等和各種合金;適用于薄板及超薄板材料焊接;可進行各種位置的焊接，也是實現單面焊雙面成形的理想方法。不足之處是熔深淺，熔敷速度小，生產率較低;其微粒有可能進入熔池，造成污染(夾鎢);惰性氣體(氬氣、氦氣)較貴，生產成本較高。

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

　　②熔化極氣體保護焊。這種方法也是利用連續的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬噴嘴噴出的氣體保護電弧來進行焊接。與鎢極氣體保護焊不同的是，作為焊極的焊絲在焊接過程中熔化為液態金屬，填充在焊縫處。因此其除具備不熔化極氣體保護焊的主要優點(可進行各種位置的焊接;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、熔敷效率較高等優點。

　　③C02氣體保護焊。屬熔化極氣體保護焊，具有生產效率高、焊接變形小、適用范圍廣等特點。焊接時電弧為明弧焊，可見性好，采用半自動焊接法進行曲線焊縫和空間位置焊縫的焊接十分方便，操作簡單，容易掌握。不足之處是焊接飛濺較大，防風能力差。

　　(4)等離子弧焊。等離子弧焊也是一種不熔化極電弧焊，其等離子弧是自由電弧壓縮而成的，叫轉移電弧。其離子氣為氬氣、氮氣、氦氣或其中二者之混合氣。等離子弧的能量集中，溫度高，焰流速度大。這些特性使得等離子弧廣泛應用于焊接、噴涂和堆焊。

　　等離子弧焊與鎢極惰性氣體保護焊相比，有以下特點：

　　1)等離子弧能量集中、溫度高，對于大多數金屬在一定厚度范圍內都能獲得小孔效應，可以得到充分熔透，反面成形均勻的焊縫;

　　2)電弧挺度好，等離子弧的擴散角僅5 °左右，基本上是圓柱形，弧長變化對工件上的加熱面積和電流密度影響比較小。所以，等離子弧焊弧長變化對焊縫成形的影響不明顯;

　　3)焊接速度比鎢極惰性氣體保護焊快;

　　4)能夠焊接更細、更薄的工件(如1mm以下極薄金屬的焊接);

　　5)設備比較復雜、費用較高，工藝參數調節匹配也比較復雜。

　　(5)電渣焊。電渣焊是利用電流通過液體熔渣時所產生的電阻熱進行焊接的方法。

　　電渣焊的焊接效率可比埋弧焊提高2～5倍，焊接時坡口準備簡單，焊接熔池體積較大，焊接區在高溫停留時問較長，冷卻速度緩慢，焊縫及近縫區不易形成淬硬組織、冷裂紋、氣孔和夾渣等缺陷，但極易產生熱裂紋，這在一定程度上阻礙了這種高效焊接法在大型重要焊接結構中的應用。電渣焊可以焊接各種碳素結構鋼、低合金高強度鋼、耐熱鋼和中合金鋼，現已廣泛應用于鍋爐、壓力容器、重型機械、冶金設備和船舶等的制造中。另外，用電渣焊可進行大面積堆焊和補焊。

　　(6)激光焊。

　　(7)電子束焊。

　　2.壓力焊

　　(1)電阻焊。

　　電阻焊方法主要有四種，即點焊、縫焊、凸焊和對焊。

　　電阻焊廣泛用于汽車駕駛室、金屬車廂復板、家具等低碳鋼產品的焊接和低合金鋼、不銹鋼、鋁合金和鐵合金等材料的焊接。

　　1)點焊是一種高速、經濟的連接方法。點焊適用于可以采用搭接、接頭不要求氣密、厚度小于3mm的沖壓、軋制的薄板構件。

　　2)縫焊廣泛應用于油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機和汽車油箱的薄板焊接。

　　3)凸焊主要用于焊接低碳鋼和低合金鋼的沖壓件。凸焊的種類多，除板件凸焊外，還有螺帽、螺釘類零件的凸焊、線材交叉凸焊、管子凸焊和板材T形凸焊等。板件凸焊最適宜的厚度為0.5～4.0mm.

　　4)對焊時，兩工件端面相接觸，經過電阻加熱和加壓后沿整個接觸面被焊接起來。

　　3.釬焊

　　釬焊的優點是容易保證焊件的尺寸精度，同時對于焊件母材的組織及性能的影響也比較小;適用于各種金屬材料、異種金屬和金屬與非金屬的連接;一次完成多個零件或多條釬縫的釬焊;可以釬焊極薄或極細的零件，以及粗細、厚薄相差很大的零件。釬焊的缺點是釬焊接頭的耐熱能力比較差，接頭強度比較低，釬焊時表面清理及焊件裝配質量的要求比較高。

　　(1)火焰釬焊。

　　(2)電阻釬焊。

　　(3)感應釬焊。