一.產(chǎn)品特點
1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類型
焊接的產(chǎn)品按結(jié)構(gòu)特點大致可分為以四大類。
1)結(jié)構(gòu)類 如橋梁、建筑工程、石油化工容器等。
2)機構(gòu)零件類 如汽車零部件等。
3)半成品類 如工字梁、管子等。
4)微電子器件類。
這些不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品由于焊縫的長短、形狀、焊接位置等各不相同,因而適用的焊接方法也會不同。
結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品中規(guī)則的長焊縫和環(huán)縫宜用埋弧焊。手弧焊用于打底焊和短焊縫焊接。機械類產(chǎn)品接頭一般較短,根據(jù)其準確度要求,選用氣體保護焊(一般厚度)、電渣焊、氣電焊(重型構(gòu)件宜于立焊的)、電阻焊(薄板件)、摩擦焊(圓形斷面)或電子束焊(有高精度要求的)。半成品類的產(chǎn)品的焊接接頭往往是規(guī)則 的,宜采用適于機械化的焊接方法,如埋弧焊、氣體保護電弧焊、高頻焊。微型電子器件的接頭主要要求密封、導(dǎo)電性、受熱程度小等,因此宜用電子束焊、超聲波焊、擴散焊、釬焊和電容儲能焊。
如上述,對于不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品通常有幾種焊接方法可供選擇,因此還要綜合考慮產(chǎn)品的以下其它特點。
2.工件厚度
工件的厚度可在一定程度上決定所適用的焊接方法。每種焊接方法由于所用熱源不同,都有一定的適用的材料厚度范圍。在推薦的厚度范圍內(nèi)焊接時較易控制焊接質(zhì)量和保持合理的生產(chǎn)率。
3.接頭型式和焊接位置
根據(jù)產(chǎn)品的使用要求和所用母材的厚度及形狀,設(shè)計的產(chǎn)品可采用對接、搭接、角接等幾種類型的接頭型式。其中對接型式適用于大多數(shù)焊接方法。釬焊一般只適于連接面積比較大而材料厚度較小的搭接接頭。
產(chǎn)品中各個接頭的位置往往根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)要求和受力情況決定。這些接頭可能需要在不同的焊接位置焊接,包括平焊、立焊、橫焊、仰焊及全位置焊接等。平焊是容易、普遍的焊接位置,因此焊接時應(yīng)該盡可能使產(chǎn)品接頭處于平焊位置,這梓就可選擇既能保證良好的焊接質(zhì)量,又能獲得較高的生產(chǎn)率的焊接方法,如埋弧焊和熔化ji氣體保護焊。對于立焊接頭宜采用熔化ji氣體保護焊(薄板)、氣電焊(中厚度),當板厚超過約30mm時可采用電渣焊。
4.母材性能
1)母材的物理性能
母材的導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、熔點等物理性能會直接影響其焊接性及焊接質(zhì)量。
當焊接導(dǎo)熱系數(shù)較高的金屬如銅、鋁及其合金時,應(yīng)選擇熱輸入強度大、具有較高焊透能力的焊接方法,以使被焊金屬在短的時間內(nèi)達到熔化狀態(tài),并使工件變形小。
對于電阻率較高的金屬則更宜采用電阻焊。
對于熱敏感材料,則應(yīng)注意選擇熱輸入較小的焊接方法,例如激光焊、超聲波焊等。
對于鉬、鉭等高熔點的難熔金屬,采用電子束焊是ji好的焊接方法。而對于物理性能相差較大的異種金屬,宜采用不易形成脆性中間相的焊接方法,如各種固相焊、激光焊等。
2)母材的力學(xué)性能
被焊材料的強度、塑性、硬度等力學(xué)性能會影響焊接過程的順利進行。如鋁、鎂一類塑性溫度區(qū)較窄的金屬就不能用電阻凸焊,而低碳鋼的塑性溫度區(qū)寬則易于電阻焊焊接,又如,延性差的金屬就不宜采用大幅度塑性變形的冷焊方法。再如爆炸焊時,要求所焊的材料具有足夠的強度與延性,并能承受焊接工藝過程中發(fā)生的快速變形。
另一方面,各種焊接方法對焊縫金屬及熱影響區(qū)的金相組織及其力學(xué)性能的影響程度不同,因此也會不同程度地影響產(chǎn)品的使用性能。選擇的焊接方法還要便于通過控制熱輸入從而控制熔深、熔合比和熱影響區(qū)(固相焊接時以便于控制其塑性變形)來獲得力學(xué)性能與母材相近的接頭。例如電渣焊、埋弧焊時由于熱輸入較大,從而使焊接接頭的沖擊韌度降低。又如電子束焊的焊接接頭的熱影響區(qū)較窄,與一般電弧焊相比,其接頭具有較好的力學(xué)性能和較小的熱影響區(qū)。因此,電子束焊對某些金屬如不銹鋼或經(jīng)熱處理的零件是很好的焊接方法。
3)母材的冶金性能
由于母材的化學(xué)成分直接影響了它的冶金性能,因而也影響了材料的焊接性。因此這也是選擇焊接方法時需考慮的重要因素。
工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用多的普通碳鋼和低合金鋼采用一般的電弧焊方法都可進行焊接。鋼材的合金含量,特別是碳含量愈高,焊接性往往愈差,可選用的焊接方法種類愈有限。
對于鋁、鎂及其合金等這些較活潑的有色金屬材料,不宜選用CO2電弧焊、埋弧焊,而應(yīng)選用惰性氣體保護焊,如鎢ji氬弧焊、熔化ji氬弧焊等。對于不銹鋼,通常可采用手弧焊、鎢ji氬弧焊或熔化術(shù)氬弧焊等。特別是氬弧焊,其保護效果好,焊縫成分易于控制,可以滿足焊縫耐蝕性的要求。對于鈦、鋯這類金屬,由于其氣體溶解度較高,焊后容易變脆,因此采用高真空電子束焊佳。
此外,對于含有較多合金元素的金屬材料,采用不同的焊接方法會使焊縫具有不同的熔合比,因而會影響焊縫的化學(xué)成分,亦即影響其性能。
具有高淬硬性的金屬宜采用冷卻速度緩慢的焊接方法,這樣可以減少熱影響區(qū)開裂傾向。淬火鋼則不宜采用電阻焊,否則,由于焊后冷卻速度太快,可能造成焊點開裂。焊接某些沉淀硬化不銹鋼時,采用電子束焊可以獲得力學(xué)性能較好的接頭。
對于熔化焊不容易焊接的冶金相容性較差的異種金屬,慶考慮采用某種非液相結(jié)合的焊接方法,如本卷介紹的釬焊,擴散焊或爆炸焊等。
二.生產(chǎn)條件
1.技術(shù)水平
在選擇自動焊接方法以制造具體產(chǎn)品時,要顧及制造廠家的設(shè)計及制造的技術(shù)條件。其中焊工的操作技術(shù)水平尤其重要。
通常需要對焊工進行培訓(xùn)。包括:手工操作、焊機使用、焊接技術(shù)、焊接檢驗及焊接管理等。對某些要求較高的產(chǎn)品如壓力容器,在焊接重復(fù)前則要對焊工進行專門的培訓(xùn)和考核。
手弧焊時要求焊工具有一定的操作技能,特別是進行立焊、仰焊、橫焊等位置焊接時,則要求焊工有更高的操作技能。
手工鎢ji氬弧焊與手弧焊相比,要求焊工經(jīng)過更長期的培訓(xùn)和具有更熟練、更靈巧的操作技能。
埋弧焊、熔化ji氣體保護焊多為機械化焊接或半自動焊,其操作技術(shù)比手弧焊要求相對低一些。
電子束焊、激光焊時,由于設(shè)備及輔助裝置較復(fù)雜,因此要求有更高的基礎(chǔ)知識和操作技術(shù)水平。
2.設(shè)備
每種焊接方法都需要配用一定的焊接設(shè)備。包括:焊接電源、實現(xiàn)機械化焊接的機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及其它一些輔助設(shè)備。電源的功率、設(shè)備的復(fù)雜程度、成本等都直接影響了焊接生產(chǎn)的經(jīng)濟效益,因此焊接設(shè)備也是選擇焊接方法時需考慮的重要因素。
焊接電流有交流電流電源和直流電源兩大類。一般交流弧焊機的構(gòu)造比較簡單、成本低。
手弧焊所需設(shè)備簡單,除了需要一臺電源外,只須配用焊接電纜及夾持焊條的電焊鉗即可。宜優(yōu)先考慮。
熔化ji氣體保護電弧焊需要有自動進焊絲、自動行走小車等機械設(shè)備。此外還要有輸送保護氣的供氣系統(tǒng)、通冷卻水的供水系統(tǒng)及焊炬等。
真空電子束焊需配用高壓電源、真空室和專門的電子槍。激光焊時需要有一定功率的激光器及聚焦系統(tǒng)。因此,這兩種焊接方法都要有專門的工裝和輔助設(shè)備,其設(shè)備較復(fù)雜、功率大,因而成本也比較高。
由于電子束焊機的高電壓及其X射線輻射,因此還要有一定的安全防護措施及防止X射線輻射的蔽設(shè)施。
3.焊接用消耗材料
焊接時的消耗材料包括:焊絲、焊條或填充金屬、焊劑、釬劑、釬料、保護氣體等。
各種熔化ji電弧焊都需要配用一定的消耗性材料。如手弧焊時使用涂料焊條;埋弧焊、熔化ji氣體保護焊都需要焊絲;電渣焊則需要焊絲、熔嘴或板ji。埋弧焊和電渣焊除電ji (焊絲等)外,都需要有一定化學(xué)成分的焊劑。
鎢ji氬弧焊和等離子弧焊時需使用熔點很高的鎢ji、釷鎢ji或鈰鎢ji作為不熔化電ji。此外還需要價格較高的高純度的惰性氣體。電阻焊時通常用電導(dǎo)率高、較硬的銅合金作電ji,以使焊接時既能有高的電導(dǎo)率,又能在高溫下承受壓力和磨損。