第五章焊接和粘接第五章焊接和粘接焊接的發(fā)展史我國是世界上應用焊接技術最早的國家之一。河南輝縣戰(zhàn)國墓中的殉葬銅器的耳和足就是用鑄焊方法與本體連接的，比歐洲早2000多年。從秦始皇陵陪葬坑出土的兩乘大型彩繪銅車馬更是突出的例子。采用了鑄接、鉚接、焊接、銷釘連接等方法將零件組合成銅車馬。

目前，我國是世界上少數(shù)的幾個擁有運載火箭、人造衛(wèi)星和載人飛船發(fā)射實力的國家，這些航天飛行器的建造離不開先進的才材料成形加工技術，其中，火箭和飛船的殼體都是采用了高強輕質(zhì)的材料，通過先進的特種焊接和膠接技術制造的。焊接：通過加熱或加壓，或兩者同時并用，使兩個分離的物體產(chǎn)生原子間結合力而連接成一體的成形方法。材料連接方法：螺紋連接、銷釘連接、鉚接及焊接等多種。焊接和其他連接方法最基本的區(qū)別：被焊的兩部分金屬產(chǎn)生了原子之間的互相溶解與擴散，并形成了共同晶體，在宏觀上建立了永久性的連接。分類（Classification）：根據(jù)焊接過程中加熱程度和工藝特點的不同，焊接方法可以分為三大類。熔焊將待焊處母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法壓焊焊接過程中，必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱），以完成焊接的方法稱為壓焊。釬焊采用比母材金屬熔點低的金屬（稱為釬料），將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料填充接頭間隙并與固態(tài)母材通過擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。焊接方法分為三大類焊接方法：熔焊、壓力焊、釬焊等。焊接的主要特點是：（1）節(jié)省材料，降低成本；（2）化大為小，拼小為大；（3）生產(chǎn)率高（4）滿足特殊連接要求；可實現(xiàn)不同材料間的連接成型；焊接方法的應用：（1）制造金屬結構件；（2）制造機器零件和工具；（3）修復。焊接：是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件達到原子結合的一種方法。ChinaUniversityofGeosciences應用（application）：焊接技術在機器制造、造船工業(yè)、建筑工程、航空及航天工業(yè)等應用十分廣泛。如自行車三角架、鋼窗、鍋爐、壓力容器、船舶、車輛等。舊金山的金門大橋，它是由87750噸鋼材焊接拼成的。由焊接工藝制造全鋼結構組成的帝國大廈建成。

采用焊接工藝制造的核潛艇

小資料：靈山大佛高88m（含蓮花底座為101.5m）；重800多噸；由1560塊厚度為8mm的青銅焊接而成；焊縫長達30公里。常用焊接方法:

熔焊(fusionwelding)

壓焊(pressurewelding)

釬焊(brazing)

一、熔焊:利用各種熱源將構件的連接部分加熱，使之熔化并熔合在一起，待其冷卻凝固后形成焊縫從而將構件連接起來的焊接方法。電弧焊電弧焊是利用電弧來加熱和熔化金屬的。電弧焊氣焊電子束焊激光焊等電源+—焊條電弧焊的焊接回路由弧焊電源、電纜、焊鉗、焊條、電弧和焊件組成。焊條電弧焊主要設備是弧焊電源，它的作用是為焊接電弧穩(wěn)定燃燒提供所需要的、合適的電流和電壓。焊接電弧是負載，焊接電纜連接電源與焊鉗和焊件。

1)、焊條電弧焊的基本原理焊條電弧焊是用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。它利用焊條與焊件之間建立起來的穩(wěn)定燃燒的電弧，使焊條和焊件熔化，從而獲得牢固的焊接接頭。焊條電弧焊原理1－藥皮；2－焊芯；3－保護氣；4－電??；5－熔池；6－母材；7－焊縫；8－焊渣；9－熔渣；10－熔滴焊接過程中：

藥皮：不斷地分解、熔化而生成氣體及熔渣，保護焊條端部、電弧、熔池及其附近區(qū)域，防止大氣對熔化金屬的有害污染。焊芯：在電弧熱作用下不斷熔化，進入熔池，成為焊縫的填充金屬。三、電焊條是指在一定長度的金屬絲外表層均勻地涂敷一定厚度的具有特殊作用涂料的手工電弧焊焊接材料，簡稱為“焊條”。2、焊條的功能電焊條由焊芯、涂料藥皮兩部分組成。目前在焊接生產(chǎn)中廣泛使用的基本上都是厚藥皮焊條。

1）焊芯

焊芯：是指電焊條用的被藥皮包覆的金屬芯。

作用：（1）傳導電流，產(chǎn)生焊接電弧；（2）焊芯本身熔化形成焊縫中的填充金屬。焊條藥皮的作用可分為：(1)穩(wěn)弧劑(2)造渣劑

(3)脫氧劑(又稱還原劑)(4)造氣劑(5)合金劑(6)增塑劑(5)合金劑2）埋弧焊

埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法，其電弧的引燃、焊條送進和電弧移動都采用機械來完成。

埋弧焊焊接過程1—焊件2—焊劑3—焊劑漏斗4—焊絲5—送絲滾輪6—導電嘴7—焊縫8—渣殼過程：在焊縫處堆放焊劑→焊絲送入電弧區(qū)→選定的弧長→電弧燃燒→焊機帶動焊絲勻速前移（或工件勻速運動）埋弧焊的工藝焊前準備板厚小于14mm時，可不開坡口；板厚為14～22mm時，應開Y型坡口；板厚為22～50mm時，可開雙Y型或U型坡口。

Y型和雙Y型坡口的角度為50°～60°。埋弧焊的應用埋弧焊主要用于壓力容器的環(huán)縫焊和直縫焊，鍋爐冷卻壁的長直焊縫焊接，船舶和潛艇殼體的焊接，起重機械（行車）和冶金機械（高爐爐身）的焊接。3）氣體保護焊氬弧焊

利用二氧化碳或氬氣保護電弧熱源及焊縫區(qū)進行焊接。特點及應用機械保護效果很好，焊縫金屬純凈，焊接質(zhì)量優(yōu)良，焊縫成型美觀。電弧穩(wěn)定，可實現(xiàn)單面焊雙面成型。可全位置自動焊接。氬氣貴，成本高。氬弧焊主要用于易氧化的有色金屬和合金鋼的焊接。如鋁、鈦和不銹鋼等。CO2焊成本低，生產(chǎn)率高，焊縫質(zhì)量較好，主要用于低碳鋼和低合金結構鋼薄板的焊接。4）等離子弧焊利用機械壓縮效應（電弧通過噴嘴細小孔道時的被迫收縮）、熱壓縮效應（在冷氣流的強迫冷卻下，帶電粒子流〈離子和電子〉往弧柱中心集中）和電磁收縮效應（弧柱帶電粒子的電流線為平行電流線，相互磁場作用使電流線產(chǎn)生相互吸引而收縮）將電弧壓縮為細小的等離子體。等離子弧溫度高達24000K以上，能量密度可達105～106，因而可一次性熔化較厚的材料。等離子弧可用于焊接和切割。等離子弧焊的特點及應用等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強。10～12mm厚鋼材可不開坡口，一次焊透雙面成型，焊接速度快，生產(chǎn)率高，應力變形小。電流小到0.1A時，電弧仍能穩(wěn)定燃燒，能保持良好的挺直度與方向性，所以可焊接很薄的箔材。等離子弧焊接在生產(chǎn)中已廣泛應用，特別是國防工業(yè)及尖端技術所用的銅合金、合金鋼、鎢、鉬、鈷、鈦等金屬的焊接。如鈦合金導彈殼體、波紋管及膜盒、微型繼電器、電容器的外殼封焊以及飛機上一些薄壁容器均可用等離子弧焊接。但等離子弧焊接設備比較復雜，氣體耗量大，只宜于室內(nèi)焊接。2.真空電子束焊電子束焊是利用高速運動的電子撞擊工件時，將動能轉化為熱能將焊縫熔化進行的熔化焊方法。電子束焊一般不加填充金屬，如要求焊縫有突出表面的堆高可在接縫預加墊片。對接縫間隙為0.1倍的板厚，一般不能超過0.2mm。電子束焊的特點及應用保護效果好，焊縫質(zhì)量高，適用范圍廣。能量密度大，穿透能力強，可焊接厚大截面工件和難熔金屬。加熱小，焊接變形小。電子束焊成本高，主要用于微電子器件焊裝、導彈外殼的焊接、核電站鍋爐汽包和精度要求高的齒輪等的焊接。3.激光焊利用光學系統(tǒng)將激光聚焦成微小光斑，使其能量密度達1013，從而使材料熔化焊接。激光焊分為脈沖和連續(xù)激光焊，脈沖激光焊主要用于微電子工業(yè)中的薄膜、絲、集成電路內(nèi)引線和異材焊接。連續(xù)激光焊可焊較厚的板材，接縫間隙很小。激光焊接過程激光焊的特點高能高速焊，無焊接變形。靈活性大。生產(chǎn)率高，材料不易氧化。設備復雜，目前主要用于薄板和微型件的焊接。二、壓焊

壓力焊是指通過加熱等手段使金屬達到塑性狀態(tài)，加壓使其產(chǎn)生塑性變形、再結晶和擴散等作用，使兩個分離表面的原子接近到晶格距離（0.3～0.5nm)，形成金屬鍵，從而獲得不可拆卸接頭的一類焊接方法。

熱源形式為：電阻熱、高頻熱、摩擦熱等。電阻焊可分為點焊、縫焊、對焊。點焊電阻點焊是指將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩極間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊接方法。由于焊接處熔化的金屬不與外界空氣接觸，所以焊接強度高，工件表面光滑，變形較小。電阻點焊主要用于板厚小于4mm的薄板結構，特殊情況可達10mm。電阻點焊廣泛用于制造汽車車箱、飛機外殼和儀表等輕型結構。

點焊接頭形式縫焊縫焊過程與點焊相似都屬于搭接電阻焊。縫焊一般只適用于焊接3mm以下的薄板結構，如油箱、煙道焊接等。

（1）電阻對焊先將工件夾緊并加壓，然后通電使接觸面溫度達到塑性溫度(950～1000℃)。在壓力下塑變和再結晶形成固態(tài)焊接接頭（圖12-77a）。電阻對焊要求對接處焊前嚴格清理，所焊截面積較小，一般用于鋼筋的對接焊。對焊

（2）閃光對焊閃光對焊是兩焊件先不接觸，接通電源，再移動焊件使之接觸。由于工件表面不平，接觸點少，其電流密度很大，接觸點金屬迅速達到熔化、蒸發(fā)、爆破，以火化形式從接觸處飛射出來，形成“閃光”，閃光一方面排除了氧化物和雜質(zhì)，另一方面使對口處的溫度迅速升高。經(jīng)多次閃光加熱后，端面達到均勻半熔化狀態(tài)，此時斷電并迅速對焊件加壓頂鍛，形成焊接接頭。閃光對焊主要用于鋼軌、錨鏈、管子等的焊接，也可用于異種金屬的焊接。因接頭中無過熱區(qū)和鑄態(tài)組織，所以性能高。

釬焊:是利用熔點比焊件低的釬料作填充金屬，適當加熱后，釬料熔化而將處于固態(tài)的焊件連接起來的一種焊接方法。

1．硬釬焊

釬料熔點在450℃以上，接頭強度較高，都在200MPa以上，屬于這類的釬料有銅基、銀基和鎳基等。

2．軟釬焊釬料熔點為450℃以下，接頭強度較低，一般不超過70MPa，所以只用于釬焊受力不大、工作溫度較低的工件。常用的釬料是錫鉛合金，所以通稱錫焊。三釬焊

釬焊過程中，一般都需要使用釬劑。釬劑的作用是：清除被焊金屬表面的氧化膜及其它雜質(zhì)，改善釬料流入間隙的性能（即潤濕性），保護釬料及焊件不被氧化，因此釬劑對釬焊質(zhì)量影響很大。

軟釬焊時，常用的釬劑為松香或氯化鋅溶液。

硬釬焊時，釬劑種類較多，主要由硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等組成，應根據(jù)釬料種類選擇應用。第四節(jié)粘接

粘接是利用膠粘劑把兩種性質(zhì)相同或不同的物質(zhì)牢固地粘合在一起的連接方法。膠粘劑所以能夠把兩個物質(zhì)牢固地粘接在一起，主要因為膠粘劑能通過本身在被粘接材料的連接面上產(chǎn)生機械、物理和化學作用而具有粘附力。粘接具有以下優(yōu)點：粘接對材料的適應性強，既可用于各種金屬、非金屬的連接，也可用于金屬與非金屬的連接。能減輕結構重量。采用粘接可省去很多螺釘、螺栓等連接件，因此，粘接比鉚