第一节 焊接与切割作业概述

（1）焊接：将同种或异种的被焊工件，通过加热、加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件间达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。

（2）切割：指将物体断开的动作。例如，利用高温火焰或电弧使金属结构局部熔化并吹除液态金属，从而使该结构断开。

金属结构的连接通常分两种形式，一种是可拆卸连接，即在拆卸时不损坏被连接件的本体，就可以将其分开，如螺栓连接、铆钉连接等；另一种是永久性连接，即在拆卸时必须在毁坏被连接件本体后，才可以将其分开。焊接就是后一种形式的连接方法。

一、焊接方法分类和工艺特点

焊接与切割的方法有几十乃至上百种，各种方法有不同的工艺特点和工艺要求。为了保证焊接与切割作业人员在作业时能够选用最合适的方法，了解不同焊接与切割的方法的作业特点及工艺要求，按照焊接过程中金属所处的状态及加工工艺的不同，焊接主要可分为熔焊、压焊和钎焊三大类。

1.熔焊

熔焊是在焊接过程中采用局部加热方法将工件接口处加热至熔化状态，在无外加压力情况下完成焊接的方法。

熔焊时，热源将待焊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工件连接成为一体。目前使用最广泛的熔焊焊接工艺是电弧焊。

2.压焊

压焊是在外加压力的条件下，采用加温或不加温的方法使两工件在固态下实现原子间结合而完成焊接的方法，所以压焊又称固态焊接。

各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不需要外加填充材料，冷压焊等都没有熔化过程，因而没有产生熔焊那样的有益合金元素烧损和有害元素侵入焊缝等现象，简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔焊焊接的材料，可以用压焊焊接成与母材同等强度的优质接头。

目前使用最多的压焊焊接工艺是电阻焊。

3.钎焊

钎焊是采用比工件熔点低的金属材料做钎料，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。目前使用较多的钎焊焊接工艺是火焰钎焊。

常见的焊接方法分类见表1-1。

表1-1 常见焊接方法的分类

二、切割方法分类及工艺特点

按照金属切割过程中加热方法的不同，目前大致可以把切割方法分为热切割和冷切割，热切割又可分为火焰切割、电弧切割、激光切割三类。本书中不介绍冷切割，后续所提到的“切割”仅指热切割。

1.火焰切割

火焰切割是应用比较早的金属热切割方式，利用氧化铁燃烧过程中产生的高温来切割碳钢类金属，其切割金属厚度从1mm到1.2m不等。按加热气源的不同火焰切割可分为氧乙炔焰切割、氧石油气切割、氧氢切割、氧熔剂切割和氧矛切割五种。

（1）氧乙炔焰切割是利用氧乙炔预热火焰将金属加热到能在纯氧气流中剧烈燃烧，并与氧气化合生成熔渣和放出大量热量的原理，而进行的金属加工工艺。

（2）液化石油气切割的原理与气割相同，不同的是液化石油气的燃烧特性与乙炔气不同，所使用的割炬也有所不同：其扩大了低压氧喷嘴孔径及燃料混合气喷口断面，还扩大了吸管圆柱部分的孔径。

（3）氢氧源切割利用水电解氢氧发生器，用直流电将水电解成氢气和氧气，并使其气体达到恰好完全燃烧（温度可达2800～3000℃）的比例，用其火焰加热金属，之后，外加纯氧气流使金属在氧气中燃烧，从而完成切割的方法。

（4）氧熔剂切割不是单独的切割方法，而是在切割氧流中加入纯铁粉或其他熔剂，利用其燃烧热和废渣作用实现气割，从而提高生产率。

（5）氧矛切割是利用在钢管中通入氧气流对钢件进行切割的方法。切割开始时，将切割处用火焰预热到燃点，然后将钢管一端贴靠在该部位，并在钢管中通入氧气流，使钢管及钢件燃烧实现切割。

2.电弧切割

电弧切割是利用电弧热能熔化切割处的金属，实现切割的方法。电弧温度高，能量集中，能切割的材料种类广泛。几乎所有的金属材料都可以用电弧切割。电弧切割按生成电弧的不同可分为等离子弧切割、碳弧气刨和刨割条切割三种。

（1）等离子弧切割是一种常用的金属和非金属材料切割的工艺方法。其利用高速、高温和高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料，将被切割金属熔化并随即吹除，形成狭窄的切口而完成切割。

（2）碳弧气刨是利用碳极电弧的高温，把金属的局部加热到熔化状态，同时用压缩空气的气流把熔化金属吹掉，实现对金属进行切割的一种加工方法。

（3）刨割条的外形与普通焊条相同，是利用药皮在电弧高温下产生的喷射气流，吹除熔化金属，达到刨割的目的。工作时只需交流或直流弧焊机，不用空气压缩机。

3.激光切割

激光切割是现代工业生产中比较先进的金属加工方法。其利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割按工艺方法不同可分为：激光汽化切割、激光熔化切割和激光氧气切割等。

（1）激光汽化切割利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。

激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料（如纸、布、塑料和橡胶等）的切割。

（2）激光熔化切割是用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体（Ar、He、N等），依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。

激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。

（3）激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割，是用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体，喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热；另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。