焊接能源

出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第6页（2348字）

焊接过程需要能源，焊接工艺对能源的要求是：能量密度大、加热速度快，以减小热影响区，避免接头过热。焊接用的能源主要有电弧、火焰、电阻热、电子束、激光束、超声波、化学能等。

1．电能

(1)电弧 电弧是一种气体放电现象。电弧空间的气体介质在电场和电弧热作用下电离为带电粒子，传导焊接电流。当焊接电流流过电弧时，电弧两端产生电压降。电压降与电弧电流之积即为电弧的功率。电弧实际上是一种气体电阻，与金属电阻不同的是，电弧电阻呈非线性特征，不符合欧姆定律。电弧具有能量密度高、电压小、电流大的特点。

电弧是应用最广的一种焊接热源，主要用于电弧焊，还可用于钎焊(电弧钎焊)、堆焊等。

(2)电阻热 电渣焊或电阻焊利用电阻热进行焊接。

焊剂熔化后形成的熔融熔渣具有一定的电离度，可传导焊接电流，同时产生电阻热。电渣焊正是利用这种电阻热来熔化电极和母材的。

电阻焊利用电流流过被焊金属本身时产生的电阻热实现金属连接。

(3)辐射热 电流流过电阻丝时产生的热量，通过热辐射可加热焊件。辐射热是炉中钎焊的热源。

(4)感应加热 这是利用电磁感应原理进行加热的一种方法。该方法利用一高频感应线圈作为加热元件，当高频电流流过感应线圈时，在其周围产生频率与电流相同的交变电磁场，高频电磁场又在工件中产生感应电流，感应电流引起加热并熔化工件的电阻热。感应的高频电流具有集肤效应和邻近效应。高频电阻焊时，集肤效应和邻近效应使电流沿接缝的结合面流动，加热接触表面，并通过挤压实现焊接。而高频钎焊时，集肤效应不利于钎焊接头均匀加热，应设法克服其影响。

(5)电子束 阴极发射出来的电子被高电压加速，将电场能转变为动能，然后通过静透镜和电磁透镜聚焦成细小而密集的高速电子束流。当电子束轰击被焊金属时，电子的动能变成热能，熔化工件，实现工件间的连接。

2．机械能

锻焊、摩擦焊、冷压焊及扩散焊等利用机械能进行焊接。通过顶压、锤击、摩擦等手段，使工件的结合部位发生塑性流变，破坏结合面上的金属氧化膜，并在外力作用下将氧化物挤出，实现金属与金属的连接。焊前一般要求工件间装配紧密，要求较高时还要采用惰性气体保护或在真空条件下进行焊接。

3．化学能

铝热焊、气焊及爆炸焊利用化学能进行焊接。化学能是通过两种或两种以上物质发生化学反应而放出的能量。

(1)气焊 依靠可燃气体(如乙炔、氢、天然气、丙烷、丁烷等)与氧的混合燃烧产生焊接所需的热量。

(2)热剂焊 利用金属与其他金属氧化物间的化学反应所产生的热量做能源，并利用反应生成的金属作为填充材料进行焊接。应用较多的是铝热焊。

(3)爆炸焊 利用炸药爆炸释放的化学能及机械冲击能量实现金属的连接。炸药引爆时发生剧烈化学反应，生成大量气体物质，并释放大量热量。反应区温度可达几千度，局部压力可达27×10³MPa。生成的高温、高压气体在周围介质中迅速膨胀，压缩周围的介质，形成冲击波。

4．光能

激光焊或太阳能焊中可用做焊接能源的光能有激光、红外光、白炽光等。

(1)激光 激光是通过原子受激辐射而发出的相干光。用于激光焊的激光束通常需要聚焦，聚焦后的光斑直径可小到0．01mm，能量密度高达10⁵～10⁹W·cm^－2，因此，具有焊缝窄、热影响区小、残余应力及焊件变形小的特点。激光束借助透镜和反射镜聚焦和反射，可在任意方向上弯曲、偏转，并可在空间做中长距离传播而衰减很小，因此可进行远距离焊接以及对难以接近的部位进行焊接。

(2)红外光 这种光具有较强的穿透能力，且容易被物体吸收，因此，可用做焊接热源，主要用做钎焊热源。钎焊时，通常需要根据焊件形状以及结构特点，设置多台石英灯，并利用抛物面反射镜对这些石英灯发出的红外线进行聚光，使其功率密度提高到60～100kW·m^－2，然后将红外线束投向工件的钎焊面。

5．超声波能

超声波焊的能源。超声波是由电能通过换能器(磁致伸缩型和压电型)转换而来的。在静压力及超声波的作用下，使两金属间以超声频率进行摩擦，消除金属接触面的表面氧化膜，并使连接表面发生塑性变形，摩擦作用还使接触界面上产生一定的热量。在外压力及有限的热量作用下，使工件在固态下实现连接。

常用热源的主要特性如表1－1－3所示。

表1－1－3 常用热源的主要特性^{［2］［3］}