机械制造行业应用焊接方式比较

机械制造行业应用焊接方式比较

杨金英 ,韩东浩

（云南昆船智能装备有限公司，云南 昆明 650217） （云南滇中引水工程有限公司，云南 昆明 650200）

摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。机械制造业是工业的主体。今天它已经发展成为一个规模庞大包罗万象的行业。机械制造是各种机械、机床、工具、仪器、仪表制造过程的总称。与机械制造业相关的产品，涵盖了家用电器、汽车零部件、建筑机械和工厂设备诸多领域。制造业发展中，焊接技术是一种不可缺少的加工手段。焊接是一种先进的制造技术，它从单一的加工工艺发展成为现代科技多学科互相交融的新学科成为一种综合的工程技术，它涉及到材料、结构设计、焊接预处理、焊接材料、下料、成形、焊接生产过程控制及机械自动化等诸多技术领域。焊接技术已广泛地应用于工业生产的各个部门，在推动工业的发展和产品的技术进步以及促进国民经济的发展都发挥着重要作用。

关键词：焊接技术；机械制造；应用

引言

焊接是被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。文章对不同的焊接方式在机械制造中的应用进行研究，为机械制造行业不同应用场景的焊接方式选用提供良好基础。

1 焊接技术分类及相关特点

在机械制造行业应用较为广泛的主要是金属材料的焊接。焊接结构的重量约占钢材产量的45%，铝和铝合金焊接结构的比重也在不断增加。金属的焊接按其工艺过程的特点主要可分为熔焊、压焊和钎焊三大类。下文将对三大类焊接工艺相关的焊接技术进行阐述。

1.1熔焊

熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。熔焊相关的焊接方式如下所示：

1、手工电弧焊（涂药焊条电弧焊）：

特点：具有灵活、机动，适用性广泛，可进行全位置焊接；所用设备简单、耐用性好、维护费用低等优点。但劳动强度大，质量不够稳定，决定于操作者水平。

应用：在单件、小批、零星、修配中广泛应用，适于焊接3mm以上的碳钢、低合金钢、不锈钢和铜、铝等非铁合金。

2、埋弧焊（焊剂层下电弧焊）：

特点：生产率高比手工电弧焊提高5～10倍，焊接质量高、且稳定，节省金属材料，改善劳动条件

应用：在大量生产中适用于长直、环形或垂直位置的横焊缝，能焊接碳钢、合金钢以及某些铜合金等中、厚壁结构。

3、钨极氩弧焊（非熔化极、TIG）：

特点：气体保护充分、热量集中，熔池较小，焊接速度快，热影响区较窄，焊接变形小，电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，表面无熔渣，成形美观，明弧便于操作，易实现自动化，限于室内焊接。

应用：最适用于焊接易氧化的铜、铝、钛及其合金，锆、钽、钼等稀有金属，以及不锈钢，耐热钢等。对＞50mm厚板不适用。

4、金属极氩弧焊（熔化极、MIG）：

特点：气体保护充分、热量集中，熔池较小，焊接速度快，热影响区较窄，焊接变形小，电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，表面无熔渣，成形美观，明弧便于操作，易实现自动化，限于室内焊接。

应用：最适用于焊接易氧化的铜、铝、钛及其合金，锆、钽、钼等稀有金属，以及不锈钢，耐热钢等。对＜3mm薄板不适用

5、CO2气体保护焊：

特点：成本低为埋弧和手工弧焊的40％左右，质量较好，生产率高，操作性能好，大电流时飞溅较大，成形不够美观，设备较复杂。

应用：广泛应用于造船、机车车辆，起重机、农业机械中的低碳钢和低合金钢结构。

6、窄间隙气保护电弧焊：

特点：高效率的熔化极电弧焊，节省金属，限于垂直位置焊缝。

应用：应用于碳钢，低合金钢、不锈钢，耐热钢、低温钢等，厚壁结构。

7、电渣焊

特点：生产率高，任何厚度不开坡口一次焊成、焊缝金属比较纯净，热影响区比其他焊法都宽，晶粒粗大，易产生过热组织，焊后须进行正火处理以改善其性能。

应用：应用于碳钢、合金钢，大型和重型结构如水轮机、水压机、轧钢机等全焊或组合结构的制造，常用于35～400mm壁厚结构。

8、气焊

特点：火焰温度和性质可以调节，与弧焊热源比热影响区宽，热量不如电弧集中，生产率比较低。

应用：应用于薄壁结构和小件的焊接，可焊钢，铸铁，铝，铜及其合金，硬质合金等。

9、等离子弧焊

特点：除具有氩弧焊特点外，等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，能一次焊透双面成形；电流小到0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，并保持良好的挺度和方向性。

应用：广泛应用于铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属如钛合金的导弹壳体、波纹管及膜盒，微型电容器、电容器的外壳封接以及飞机和航天装置上的一些薄壁容器的焊接。

10、电子束焊

特点：在真空中焊元金属电极沾污，保证焊缝金属的高纯度，表面平滑无缺陷；热源能量密度大、熔深大、焊速快、焊缝深窄能单道焊厚件，热影响区小，不产生变形，可防止难熔金属焊接时易产生裂纹和泄漏。焊接时一般不填加金属，参数可在较宽范围内调节、控制灵活。

应用：用于焊接从微型电子线路组件、真空膜盒、钼箔蜂窝结构、原子能燃料原件到大型的导弹外壳，以及异种金属，复合结构件的焊接等，由于设备复杂，造价高，使用维护技术要求高，焊件尺寸受限制等，其应用范围受一定限制。

11、激光束焊

特点：辐射能量放出迅速，生产率高，可在大气中焊接，不需真空环境和保护气体；能量密度很高，热量集中、时间短，热影响区小；焊接不需与工件接触；焊接异种材料，比较容易，但设备有效系数低、功率较小，焊接厚度受限。

应用：特别适用于焊接微型精密、排列非常密集，对受热敏感的焊件、除焊接一段薄壁搭接外，还可焊接细的金属线材以及导线和金属薄板的搭接，如集成电路内外引线，仪表游丝等的焊接。

1.2压焊

压焊是在加压条件下，使两工件在固态下，实现原子间结合，又称固态焊接。

1、电阻焊

特点：可细分为点焊、缝焊、接触对焊、闪光对焊四类。其中点焊、缝焊2类焊接形式适用于低电压大电流，生产率高，变形小，限于搭接。不需填加焊接材料，易于实现自动化，设备较一般熔化焊复杂，耗电量大，缝焊过程中分流现象较严重。而接触对焊和闪光对焊的主要特点是焊前对被焊工件表面清理工作要求较高，一般仅用于断面简单直径小于20mm和强度要求不高的工件，而闪光焊对工件表面焊前无需加工，但金属损耗多。

应用：主要适用于焊接各种薄板冲压结构及钢筋，目前广泛用于汽车制造、飞机、车厢等轻型结构，利用悬挂式点焊枪可进行全位焊接。缝焊主要用于制造油箱等要求密封的薄壁结构。闪光对焊用于重要工件的焊接可焊异种金属(铝-钢、铝-铜等)，从直径0.01mm金属丝到约20000mm2的金属棒。如刀具、钢筋、钢轨等。

2、摩擦焊

特点：接头组织致密，表面不易氧化，质量好且稳定，可焊金属范围较广，可焊异种金属，焊接操作简单、不需添加焊接材料，易实现自动控制，生产率高，设备简单，电能消耗少。

应用：广泛用于圆形工件及管子的对接，如大直径铜铝导线的连接，管板连接。

3、气压焊

特点：利用火焰将金属加热到熔化状态后加外力使其连接在一起。

应用：用于联接圆形，长方形截面的杆件与管子。

4、扩散焊

特点：焊件紧密贴合，在真空或保护气氛中，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散完成焊接的一种压焊方法。

应用：接头力学性能高；可焊接性能差别大的异种金属，可用来制造双层和多层复合材料；可焊形状复杂的互相接触的面与面，代替整锻；焊接变形小。

5、高频焊

特点：热能高度集中，生产率高，成本低；焊缝质量稳定，焊件变形小；适于连续性高速生产。

应用：适于生产有缝金属管；可焊低碳钢、工具钢、铜、铝、钛、镍、异种金属等。

6、爆炸焊

特点：爆炸焊接好的双金属或多种金属材料，结合强度高，工艺性好，焊后可经冷热加工。操作简单，成本低。

应用：适于各种可塑性金属的焊接。

1.3钎焊

钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。可细分为软钎焊和硬钎焊，主要特点是：焊件加热温度低、组织和机械性能变化很小，变形也小，接头平整光滑，工件尺寸精确。软钎焊接头强度较低，硬钎焊接头强度较高。焊前工件需清洗、装配要求较严。应用范围是：广泛应用于机械、仪表、航空、空间技术所用装配中如电真空器件、导线、蜂窝和夹层结构、硬质合金刀具等。

2 焊接方法及适用范围：

注：1.表中①铝、钛合金为非热处理型；②铝、钛合金为热处理型。

2.A—最适用；B—适用；C—稍适用；D—不适用。

3 焊接技术未来发展趋势

从现阶段的焊接技术的发展情况来看，焊接技术在实际应用过程中与现代制造技术、焊接自动化、焊接科学与工程等各项内容进行合理融合。现阶段，我国焊接工艺自动化率较低，焊接生产机械化及自动化水平都较低，但是，在实际作业过程中，在学习基础上，对现代自动化技术进行合理嫁接改造，通常可以实现突破。近几年，我国在焊接生产自动化、研究焊接生产线、过程中控制智能化等多个方面都取得了显著进步。计算机技术、人工智能、控制理论等都为焊机过程中自动化的实现提供强有力的基础，并且也合理地渗透到了焊机领域中，从实际情况来看，也取得了不错的成果，焊接过程中自动化已经成为了焊机技术在应用与发展过程中的一项要点。焊接过程中控制系统的智能化是焊接自动化的核心，同时也是人们在对焊接技术进行研究的主要方向。

结束语

总而言之，在我国仍处于工业占主导行业的状况下，现代焊接技术对于工业的推动发展作用是不言而喻的。随着经济技术的发展，越来越多的研究者和科学家将重点放在了探究焊接新材料、新技术的角度上，这对于我们现今焊接行业的现状来说是非常值得期待的，是尚未深入接触过的领域，若是能在新材料、新技术上取得让国内外瞩目的研究成果，这将是焊接领域几十年来的一场革命。同时结合现在工业4.0的应用，有效地将先进的焊接技术应用到机械制造，提升制造效率，提升零件精密度，增强产品质量，防止材料浪费，加强对制造环境的保护，并符合现代数字化、智能化生产的需求，对我国机械制造领域的发展具有重要意义。

参考文献

[1]张广军,李永哲.工业4.0语义下智能焊接技术发展综述[J].航空制造技术，2016(11):28-33

[2]谢平涛.焊接技术的发展与应用现状.[J].河北农机，2016(04):51