什么是焊接？钣金加工中的焊接知识汇总

 

焊接是一种金属连接的方法。通过对要连接的金属零部件加热或加压使其熔化，然后冷却凝固，完成零件之间的连接结构。其原理是通过接合处的熔化和混合使接合处的金属发生分子键合，形成非常牢固的接合体。焊接是一种广泛应用于各个领域的加工方法，也是钣金加工工艺的一部分。它用于将零件连接在一起，或同时折弯后再将相邻零件连接在一起。

钣金加工中的焊接与其他领域的焊接并无不同。不过，有些焊接方法（如摩擦焊）在钣金加工中并不常见。

焊接通常存在以下优点。

• 接合部强度高
• 接合部气密性好
• 连接时不需要其他零件
• 无需大型焊接机器或设备

另一方面，焊接通常存在以下缺点。

• 可能因热能产生热变形和残余应力
• 连接部无法拆解

除此之外，不同的焊接方式也有各自的优缺点。 因此，在焊接时，有必要了解不同的加工方法及其特点，并选择最合适的焊接方式。

 

焊接的种类很多，大致可分为三大类：熔焊、压力焊和钎焊。本节将介绍钣金加工中最常用的焊接类型。

• 熔化焊接

在熔化焊接中，待连接的材料（母材）也会被加热和熔化， 这种方法最接近焊接的基本概念。在熔化焊接过程中，被称为焊条的金属棒被熔化，然后像胶水一样涂抹在要焊接的材料之间，或者不使用焊条而将母材金属熔化使其接合在一起。熔化焊接的优点是焊接强度高，大尺寸材料也易于加工。另一方面，除了某些焊接外，焊接通常都是手工进行的，这可能会导致不同操作人员的焊接质量存在差异。

• 电弧焊接

电弧焊接是一种利用电弧放电所产生的热量进行焊接的方法。将母材电位连接到负极，焊条（或电极）连接到正极，利用焊条靠近母材时产生的火花（电弧）来熔化母材进行焊接电弧焊的优点是使用高温电弧，更容易熔化母材，工作速度更快。另外焊接机的结构也很简单。另一方面，进行焊接的人员需要具备“电弧焊工”资格。此外，由于母材也必须通电，因此不能用于覆盖有氧化膜等的非导电材料。钣金加工中最常用的电弧焊接是自保护电弧焊和TIG焊接。自保护电弧焊是一种使用焊条的电弧焊接工艺，焊条上覆盖着一层含有特殊成分的涂层。 这种涂层在电弧的作用下燃烧，并隔绝空气中的氧气。 虽然这种焊接设备简单，易于在室外操作，但其缺点是难以焊接薄板材料。TIG焊接的特点是使用钨等熔点极高的材料作为电极。与自保护电弧焊不同，其电极不会熔化。它的特点电压易于调节，甚至可以焊接薄板材料。

• 激光焊接

激光焊接是一种利用激光照射产生的热量熔化母材进行焊接的方法。与其他焊接加热方法相比，激光的强度更容易调节，因此即使是薄板材料也能轻松焊接。此外，加热区域非常小，可以局部加热到很高的温度，便于精密焊接。因热变形的可能性较小，焊接质量对操作人员技术的依赖性也很小。但由于使用的激光强度很高，因此需要专用设备（房间）。 此外，该方法不适用于会反射激光的材料，如镜面不锈钢和铝等。钣金加工中最常用的激光焊接是CO2激光器和YAG激光器。尤其是YAG激光器，长期以来一直用于激光焊接。

• 气焊

气焊是一种利用乙炔和液化石油气等可燃气体燃烧产生的热量进行焊接的方法。与电弧焊接相比，气焊更容易在焊接过程中调节温度和检查工作区域，焊接也相对容易。另外它还具有设备小巧、成本低廉的特点，便于在任何地点工作。另一方面，与电弧焊和激光焊相比，材料加热速度较慢，工作时间较长。此外由于加热范围更大，材料更容易变形。在处理气体时也存在许多危险，因此气焊需要“气焊技师资格”。

• 压力焊

压力焊接是一种通过摩擦或通电加热接合区域并施加压力的接合方法。 前面提到的摩擦焊也是压力焊的一种，但它基本上不用于板材，通常用于圆柱形状材料。压力焊接的优点是可以通过机械方式控制压力和温度，因此焊接质量稳定。另一方面，设备往往较大，通常情况下只能用于专用加工。

• 点焊

用电极夹住焊接部位，通过电流进行连接。其特点是需要在一个个的点上进行焊接，就像利用订书钉固定多个位置。

• 缝焊

它使用辊状电极，与点焊一样，在通过电流的同时施加压力进行焊接。  其特点是以连续的线条进行接合。

• 钎焊

钎焊是一种使用熔点低于母材金属的金属材料“钎”作为粘合剂的连接方法。与其他焊接方法不同，它无需加热母材。 这种方法的优点是不会损坏母材，母材不易发生变形，而且适合焊接不同的材料。但焊接强度略逊于其他焊接方法。

• 硬钎焊

硬钎焊是一种使用熔点为450℃以上的钎焊填充金属的钎焊方法。使用熔点在450℃以下钎料时，称为软钎焊。与软钎焊相比，硬钎焊具有更高的强度。此外，硬钎焊使用的是气体燃烧器，而软钎焊使用的是烙铁。

 

有些焊接不仅可以由人工完成，也可以用机器人完成。点焊和缝焊最初主要由机器人完成，而电弧焊接和激光焊接通常由人工完成，尤其近年来，机器人自动焊接的应用场景逐渐增加。特别是在电弧焊接方面，越来越多的机器人用于教学，例如通过手的引导或者图像的自动识别焊接范围进行焊接。

 

以下是在2D图纸中表示焊接符号的基本形式。

焊接符号的图示方法

焊接类型由基准线上下的焊接符号表示。 在上面的例子中，标注的是角焊缝的符号。

在这种情况下，箭头指示一侧的焊缝标在基准线的下方， 箭头指示对侧的焊缝标在基准线的上方，焊缝的焊脚长度数字标注在焊缝符号的左侧，焊缝的长度尺寸标注在焊缝符号的右侧。

焊接符号主要有以下几种。有关更多信息，请参见JIS Z 3021。

坡口形状和基本符号列表

基本符号列表	I型坡口	V型坡口	单边V型坡口	J型坡口
坡口形状
基本符号

 

基本符号列表	U型坡口	K型坡口	X型坡口	角焊
坡口形状
基本符号

坡口形状和基本符号列表

 

不同金属材料，其焊接时的注意点也不一样。这里主要介绍一下铁、不锈钢、铝的焊接特点。

• 钢铁

在钢铁材料进行焊接时，必须注意与铁混合的化合物的影响。尤其要注意碳。含碳量高的钢材会因焊接过程中快速温度变化导致其内部晶体结构改变，从而导致开裂和韧性下降。 因此，建议在焊接钢铁材料时尽可能选择低碳钢。SS材料（一般结构用轧制钢材）是钢铁材料中比较适合焊接的材料。此外，SM材料（用于焊接结构的轧制钢材）是专门为焊接而制造的材料，因此易于焊接。TIG焊接和自保护电弧焊接比较适合焊接钢材。

• 不锈钢

一般来说，不锈钢被认为是一种难以焊接的材料。这是因为不同类型不锈钢的成分差异很大，它们之间的焊接性能也大不相同。适合焊接的不锈钢包括SUS304和SUS316，它们被归类为奥氏体系。而铁氧体SUS430和马氏体SUS410则不太适合焊接。

• 铝

铝是比较难焊接材料的代表。作为一种金属，铝的熔点并不高。但是，它与空气中的氧气结合后会形成一层熔点很高的氧化膜。因此，如果试图熔化表面的薄氧化层，内部的铝可能会先出现熔化，从而导致整个基材熔化。此外，铝的导热系数很高，这意味着焊接时热量会扩散到整个零部件。这使得焊接点的温度难以升高，也使零部件更容易变形。在焊接铝材时，必须高效快速地加热焊接部位并快速焊接。TIG焊接适用于铝材的焊接。

 

在设计期间指定焊接方法时，请注意以下几点。

避免其他零件与焊缝发生干涉

通常情况下，焊接都会出现凸起。虽然可以指定凸起部分的高度或切除凸起，尤其手工焊接，其焊接部位的凸起量不均匀。因此在设计时最好尽量避免另一个零部件与焊缝接触。因此，在设计焊缝时最好尽量避免另一个部件与焊缝紧密接触。可以采取一些措施来规避，诸如在零件上设定工艺孔（躲避孔）等。

注意焊接应力

将管件或圆柱插入孔中焊接时，管件或圆柱的末端不能直接插到孔的底部。这是为了防止管件或圆柱在焊接过程中受热膨胀，从而在焊接部位产生应力。

避免焊线重叠

如果焊接线重叠或零部件正面和背面的焊缝重叠，焊接的热效应很容易累积并导致变形。所以建议注意避免焊线和焊缝重叠。

焊接是一种金属的连接方法，通过对金属部件施加热量或压力使其熔化，然后冷却至固态，从而使其连接在一起。由于接合处的金属发生分子键合，会形成非常牢固的接合体。焊接有三种类型：熔焊、压力焊和钎焊。钣金加工中最常用的焊接类型是电弧焊接，激光焊接和气焊。压力焊通常采用点焊和缝焊，钎焊通常采用硬焊接。JIS Z 3021 中规定了焊接的绘图符号。焊接钢材时需要注意碳的含量。适合焊接的不锈钢是奥氏体系列，如SUS304和SUS316。而铝则不太适合焊接。

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