切割与焊接

一、切割

按照金属切割过程中加热方法的不同大致可以把切割方法分为火焰切割、电弧切割和冷切割三类。

(一)火焰切割(氧-燃气切割、气割)

气割所用的可燃气体主要是乙炔、液化石油气和氢气。

1.氧-乙炔切割

2.液化石油气切割

3.氢氧源切割

气割过程是预热燃烧，吹渣过程，但并不是所有金属都能满足这个过程的要求，只有符合下列条件的金属才能进行气割。

(1)金属在氧气中的燃烧点应低于其熔点;

(2)气割时金属氧化物的熔点应低于金属的熔点;

(3)金属在切割氧流中的燃烧应是放热反应;

(4)金属的导热性不应太高;

(5)金属中阻碍气割过程和提高钢的可淬性的杂质要少。

符合上述条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢和低合金钢以及钛等。钢中随着含碳量的增加，其熔点降低，燃点却增高，使气割不易进行。对铜、铝、不锈钢、铸铁等金属，需采用特殊的气割方法或进行熔化切割。

(二)电弧切割

电弧切割按生成电弧的不同可分为：等离子弧切割、碳弧气割。

1.等离子弧切割

等离子弧坑的温度高，远远超过所有金属以及非金属的熔点。因此，等离子弧切割过程不是依靠氧化反应，而是靠熔化来切割材料，因而比氧化切割方法的适用范围大得多，能够切割绝大部分金属和非金属材料，如不锈钢、铝、铜、铸铁、钨、钼和陶瓷、水泥、耐火材料等。

等离子弧的能量、能量密度以及等离子气流的速度取决于等离子气体的种类及流量、喷嘴形状参数和所施加给等离子弧的电能。

等离子切割的工艺参数主要有切割电流、实载电压、气体流量、切割速度、割炬距工件距离等。

等离子弧切割方法除一般型外，派生的型式有水再压缩等离子弧切割、空气等离子弧切割或水再压缩空气等离子弧切割方法。一般型等离子弧切割可采用转移型电弧或非转移型电弧。非转移型电弧适宜于切割非金属材料，切割金属材料通常采用转移型电弧。

2.碳弧气割

电弧切割的适用范围及特点为：

(1)在清除焊缝缺陷和清理焊根时，能在电弧下清楚地观察到缺陷的形状和深度，生产效率高，同时可对缺陷进行修复。

(2)可用来加工焊缝坡口，特别适用于开U形坡口。

(3)使用方便，操作灵活。

(4)可进行全位置操作。可以清理铸件的毛边、飞刺、浇铸冒口及铸件中的缺陷。

(5)加工多种不能用气割加工的金属，如铸铁、高合金钢、铜和铝及其合金等，对有耐腐蚀要求的不锈钢一般不采用此种方法切割。

(6)设备、工具简单，操作使用安全。

(7)碳弧气割可能产生的缺陷有夹碳、粘渣、铜斑、割槽尺寸和形状不规则等。

(三)冷切割

切割后工件相对变形小的切割方法有：

1.激光切割

2.水射流切割

(四)几种常用的切割设备

1.小车式切割机

2.门式数控切割机

二、焊接

(一)焊接的分类及特点

焊接是借助于能源使两个分离的物体产生原子(分子)间结合而连接成整体的过程，可以连接金属材料和非金属材料。按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点，可以将焊接方法分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。

熔化焊是利用局部加热的方法将连接处的金属加热至熔化状态而完成的焊接方法，可形成牢固的焊接接头。

压力焊是利用焊接时施加一定压力而完成焊接的方法。这类焊接有两种形式，可加热后施压，亦可直接冷压焊接，其压接接头较牢固。

钎焊是把比被焊金属熔点低的钎料金属加热熔化至液态，然后使其渗透到被焊金属接缝的间隙中而达到结合的方法。钎焊接头一般强度较低，耐热性差。

1.熔化焊

(1)气焊。气焊所用的可燃气体与气割相同，主要有乙炔、液化石油气(丙烷、丁烷、丙烯等)和氢气等，氧气为助燃气体。

气焊用的焊丝起填充金属的作用，焊接时与熔化的母材一起组成焊缝金属。因此，应根据工件的化学成分和机械性能选用相应成分或性能的焊丝，有时也可以用从被焊板材上切下的条料作焊丝。

气焊主要应用于薄钢板、低熔点材料(有色金属及其合金)、铸铁件和硬质合金刀具等材料的焊接，以及磨损、报废车件的补焊、构件变形的火焰矫正等。

气焊的优点是设备简单(氧气瓶、乙炔瓶、回火保险器、焊炬、减压器、氧气、乙炔、输送管等)、使用灵活;对铸铁及有色金属的焊接有较好的适应性;在电力供应不足的地方需要焊接时，气焊可以发挥更大的作用。缺点是生产效率较低，焊接后工件变形和热影响区较大，较难实现自动化。

(2)电弧焊。

1)手弧焊。手工电弧焊可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。由于电弧焊设备轻便，搬运灵活，可以在任何有电源的地方进行维修及装配中短缝的焊接作业，特别适用于难以达到部位的焊接。适用于各种金属材料、各种厚度和各种结构形状的焊接。

如工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及合金。

2)埋弧焊。埋弧焊也是利用电弧作为热源的焊接方法。埋弧焊时电弧是在一层颗粒状的可熔化焊剂覆盖下燃烧，电弧光不外露。埋弧焊有自动埋弧焊和半自动埋弧焊两种方式。前者的焊丝送进和电弧移动都由专门的机头自动完成;后者的焊丝送进由机械完成，电弧移动则由人工进行 。埋弧焊的主要优点是：

①热效率较高，熔深大，工件的坡口可较小，减少了填充金属量;

②焊接速度高。

③焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢地凝固，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。

但由于采用颗粒状焊剂，这种焊接方法一般只适用于平焊位置，且不能直接观察电弧与坡口的相对位置，容易焊偏。不适于焊接厚度小于1mm的薄板。

由于埋弧焊熔深大，生产效率高，机械化操作的程度高，因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。

(3)气体保护电弧焊(气电焊)用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊，简称气电焊。

气电焊与其他焊接方法相比，具有以下特点：

•电弧和熔池的可见性好，焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数;

•焊接过程操作方便，没有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上不需清渣;

•电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小;

•有利于焊接过程的机械化和自动化，特别是空间位置的机械化焊接;

•可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金;

•可以焊接薄板;

•在室外作业时，需设挡风装置，否则气体保护效果不好，甚至很差;

①钨极(不熔化极)惰性气体保护焊。钨极惰性气体保护焊是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)的一种焊接方法。焊接时隋性气体形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，从而可获得优质的焊缝。惰性气体主要采用氩气。

钨极氩弧焊接操作方式分为手工焊、半自动焊和自动焊三类。钨极惰性气体保护焊具有下列优点：不和金属反应，并自动清除工件表面氧化膜的作用，可焊接化学活泼性强的有色金属、不锈钢、耐热钢等和各种合金;适用于薄板及超薄板材料焊接;可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法。不足之处是熔深浅，熔敷速度小，生产率较低;其微粒有可能进入熔池，造成污染(夹钨);惰性气体(氩气、氦气)较贵，生产成本较高。

钨极惰性气体保护焊所焊接的板材厚度范围，从生产率考虑以3mm以下为宜。对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件(如压力容器及管道)，为了保证高的焊接质量，也采用钨极惰性气体保护焊。

②熔化极气体保护焊。这种方法也是利用连续的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊炬喷嘴喷出的气体保护电弧来进行焊接。与钨极气体保护焊不同的是，作为焊极的焊丝在焊接过程中熔化为液态金属，填充在焊缝处。因此其除具备不熔化极气体保护焊的主要优点(可进行各种位置的焊接;适用于有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢绝大多数金属的焊接)外，同时也具有焊接速度较快、熔敷效率较高等优点。

③C02气体保护焊。属熔化极气体保护焊，具有生产效率高、焊接变形小、适用范围广等特点。焊接时电弧为明弧焊，可见性好，采用半自动焊接法进行曲线焊缝和空间位置焊缝的焊接十分方便，操作简单，容易掌握。不足之处是焊接飞溅较大，防风能力差。

(4)等离子弧焊。等离子弧焊也是一种不熔化极电弧焊，其等离子弧是自由电弧压缩而成的，叫转移电弧。其离子气为氩气、氮气、氦气或其中二者之混合气。等离子弧的能量集中，温度高，焰流速度大。这些特性使得等离子弧广泛应用于焊接、喷涂和堆焊。

等离子弧焊与钨极惰性气体保护焊相比，有以下特点：

1)等离子弧能量集中、温度高，对于大多数金属在一定厚度范围内都能获得小孔效应，可以得到充分熔透，反面成形均匀的焊缝;

2)电弧挺度好，等离子弧的扩散角仅5 °左右，基本上是圆柱形，弧长变化对工件上的加热面积和电流密度影响比较小。所以，等离子弧焊弧长变化对焊缝成形的影响不明显;

3)焊接速度比钨极惰性气体保护焊快;

4)能够焊接更细、更薄的工件(如1mm以下极薄金属的焊接);

5)设备比较复杂、费用较高，工艺参数调节匹配也比较复杂。

(5)电渣焊。电渣焊是利用电流通过液体熔渣时所产生的电阻热进行焊接的方法。

电渣焊的焊接效率可比埋弧焊提高2～5倍，焊接时坡口准备简单，焊接熔池体积较大，焊接区在高温停留时问较长，冷却速度缓慢，焊缝及近缝区不易形成淬硬组织、冷裂纹、气孔和夹渣等缺陷，但极易产生热裂纹，这在一定程度上阻碍了这种高效焊接法在大型重要焊接结构中的应用。电渣焊可以焊接各种碳素结构钢、低合金高强度钢、耐热钢和中合金钢，现已广泛应用于锅炉、压力容器、重型机械、冶金设备和船舶等的制造中。另外，用电渣焊可进行大面积堆焊和补焊。

(6)激光焊。

(7)电子束焊。

2.压力焊

(1)电阻焊。

电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊和对焊。

电阻焊广泛用于汽车驾驶室、金属车厢复板、家具等低碳钢产品的焊接和低合金钢、不锈钢、铝合金和铁合金等材料的焊接。

1)点焊是一种高速、经济的连接方法。点焊适用于可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件。

2)缝焊广泛应用于油桶、罐头罐、暖气片、飞机和汽车油箱的薄板焊接。

3)凸焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。凸焊的种类多，除板件凸焊外，还有螺帽、螺钉类零件的凸焊、线材交叉凸焊、管子凸焊和板材T形凸焊等。板件凸焊最适宜的厚度为0.5～4.0mm.

4)对焊时，两工件端面相接触，经过电阻加热和加压后沿整个接触面被焊接起来。

3.钎焊

钎焊的优点是容易保证焊件的尺寸精度，同时对于焊件母材的组织及性能的影响也比较小;适用于各种金属材料、异种金属和金属与非金属的连接;一次完成多个零件或多条钎缝的钎焊;可以钎焊极薄或极细的零件，以及粗细、厚薄相差很大的零件。钎焊的缺点是钎焊接头的耐热能力比较差，接头强度比较低，钎焊时表面清理及焊件装配质量的要求比较高。

(1)火焰钎焊。

(2)电阻钎焊。

(3)感应钎焊。