常见的焊接过程

有许多不同类型的焊接工艺，其中一些比其他更常用。在炼油和石化行业，电弧焊是主要使用的过程。电弧焊是一种使用焊接电源在自耗或非自耗电极和基材之间产生电弧（用于产生热量）的过程，用于在焊接点熔化金属。

进一步细分，存在多种电弧焊工艺。以下各节将介绍其中一些过程，包括它们的优点和局限性。

保护金属电弧焊

保护金属电弧焊（SMAW），也称为“粘焊”，是各种电弧焊方法中最常用的一种（电弧焊是一种利用电产生足够热量来熔化和连接金属的过程）。该焊接过程使用恒定交流电（AC）或直流电（DC），该电流流过焊剂涂层电极，在电极和待连接金属之间形成电弧。电弧产生时，工件母材和电极金属熔化在一起，形成熔池。电极熔化时，电极上的焊剂分解，屏蔽电弧。该焊剂可防止焊缝被周围空气氧化。

这种电弧焊工艺的主要优点和局限性包括：

优势：

• 由于它是最常用的弧焊方法，焊工和设备随时可用。
• 这种设备相对便宜，所需的培训水平低于其他形式的焊接工艺。
• 由于电弧被涂敷在电极上的焊剂所屏蔽，因此在室外/大风环境中，保护气体可能被吹走，SMAW是一个伟大的过程。

限制：

• SMAW在焊缝上产生熔渣，必须在每次焊道之后、停止和开始时以及开始新焊道之前清除熔渣。
• 沉积速率（可沉积的填充金属量，单位为磅/小时）低于GMAW等其他工艺。

气体保护钨极弧焊

钨极气体保护焊（GTAW），也称为钨极惰性气体（TIG）焊接，是一种使用非消耗性钨电极的弧焊方法，可在添加或不添加填充金属的情况下使用。如果使用填充剂，则焊工的非焊炬手将一根长棒送入焊接池。

GTAW使用恒定的交流或直流电源。直流电通常在电极带负电且工件带正电的情况下进行，这称为直流电极负极性（DCEN）。DCEN焊接提供了更深的渗透和更高的焊接速度。交流提供阴极清洁，去除工件表面的氧化物，当电极为正极时，在交流波部分发生。当焊接铝或镁等有色金属材料时，这种效应是必要的。

这种电弧焊工艺的主要优点和局限性包括：

优势：

• 正确完成后，GTAW可产生高纯度焊缝，这些焊缝通常清洁且无缺陷。因此，这种方法几乎不需要焊后清洁。
• 钨极氩弧焊对于小型制造非常有用，因为它对根道焊透的控制非常好。
• GTAW可以在不使用任何填充金属的情况下使用，具体取决于工件，并且在焊接有色金属材料时非常有用。

限制：

• GTAW的沉积速度非常慢，并且对填充金属或贱金属上的脏污电极或污染物的耐受性很低。
• 由于该工艺涉及复杂的技术，因此需要高技能的焊工。
• 在室外或高空气紊流区域焊接可能很困难。

气体保护金属极电弧焊（GMAW）

气体保护金属极电弧焊（GMAW），也称为“MIG焊接”，是一种电弧焊方法，使用从焊机内部的线轴馈送的细焊丝作为电极。焊丝从滑阀流过一根管，进入导丝环，然后从焊炬端部流出。焊炬上有一个触发器，当激活时，焊丝连续馈电，电弧被触发，氩保护气体在电弧周围释放，所有这些都同时发生。焊丝在GMAW中起填充金属的作用，因此是自耗电极。

这种电弧焊工艺的主要优点和局限性包括：

优势：

• GMAW操作相当简单，因为触发器激活了焊接过程的三个关键步骤：电弧、气体和填充金属。
• 由于送丝，沉积速率非常高。
• 保护气体可防止熔渣，从而将焊后清洁降至最低。
• GMAW适用于大多数商用金属和合金。

限制：

• GMAW焊接设备比SMAW焊接设备更复杂、成本更高、便携性更低。
• 由于保护气体从喷嘴喷出，在大气流区焊接是困难的。

药芯弧焊(FCAW)

芯焊剂电弧焊(FCAW)是一种使用管状电极，芯焊剂焊接母材的电弧焊工艺。在这个过程中使用的设备与GMAW非常相似，有时是相同的。焊剂芯线仍然是从线轴中抽出的;然而，特殊的辊筒被用来防止焊剂芯电极被压碎。与GMAW类似，焊丝从线轴流过管子，进入导丝器，然后流出焊枪的末端。

药芯焊接主要有两种类型:自保护(FCAW-S)和气体保护(FCAW-G)。FCAW-S含有焊剂在电极内部，完全屏蔽电弧从开放的大气。FCAW-G使用电弧周围的保护气体(类似于GMAW)作为对焊剂芯线的二次屏蔽。焊剂芯焊丝电极在FCAW中起到填充金属和屏蔽的作用，因此是一种消耗性电极。FCAW通常是一种DCEN过程，但偶尔也会使用反极性的DCEP(反向极性)，此时极性被反转，电极为正极。

这种电弧焊工艺的主要优点和局限性包括：

优势：

• 当使用FCAW-S时，保护气体没有增加成本，并且由于电弧完全由焊剂芯保护，因此不需要考虑在大风条件下进行焊接。
• FCAW-G常用CO2作为保护气体，其价格比氩气便宜。
• FCAW-G具有非常高的沉积工艺。
• 焊剂中残留的熔渣有助于支撑和成形焊缝底座。

限制：

• FCAW在焊缝上产生渣，必须在每次焊后清除。
• FCAW设备非常复杂。
• 焊接根部焊道时，需要使用背衬材料。
• FCAW-S不推荐用于含压力焊接。
• FCAW-S产生大量焊接烟尘，需要排气设备。

埋弧焊

埋弧焊（SAW）是一种电弧焊接工艺，在连续供给（通过线轴）焊剂覆盖的裸金属焊条和熔池之间使用一个或多个电弧。在触头周围，有一个喷嘴，其松散的颗粒通量从喷嘴中流出，保护并淹没电弧。由于焊接设备非常笨重，因此SAW不是手动操作的，通常是自动或半自动过程。SAW可以使用恒压或恒流电源。埋弧焊广泛用于压力容器和管道制造。

这种电弧焊工艺的主要优点和局限性包括：

优势：

• 由于该过程通常是半自动或自动的，因此SAW具有非常高的沉积速率。
• SAW始终如一地生产高质量、可重复的焊缝。

限制：

• 需要100%占空比运行的高安培电源。
• 焊接过程中焊缝不可见，因为焊剂覆盖了焊缝。
• 声表面波设备价格昂贵，而且不像其他工艺那样便于携带，这通常将其使用限制在车间应用或平面位置。

螺柱电弧焊（SW）

螺柱电弧焊(SW)是一种电弧焊工艺，通常是DCEN，使用金属螺柱焊接到母材上。SW是一种专门的工艺，通常用于焊接大直径棒/钢瓶到基础部分。在石油工业中，SW主要用于焊接储罐和压力容器的绝缘材料和耐火材料支架。螺栓或紧固件被放置在枪头，然后放置与贱金属接触。一旦扣动扳机，螺柱从贱金属轻微抬起，电弧开始熔化贱金属和螺柱在一起。一旦螺柱和金属熔化，螺柱被压入母材中，在几秒钟内形成焊缝。

这种电弧焊工艺的主要优点和局限性包括：

优势：

• SW的生产率很高，因为它通常是半自动或自动的。
• SW工艺可在所有焊接位置进行操作。

限制：

• SW主要适用于碳钢和低合金钢。
• 由于它非常专用，因此只能应用于少数应用程序。

等离子弧焊（PAW）

等离子弧焊（PAW）是GTAW的一种变体，是一种电弧焊接工艺。区别在于钨电极位于焊炬主体内。该工艺很少用于压力设备的制造和维修。等离子转移电弧（PTA）和非转移电弧或等离子喷涂（PS）是PAW的两种类型。

使用PTA时，电极与工件之间仍会产生电弧;然而，电弧受到阳极的限制。等离子体或电离气体被强迫通过阳极末端的一个小孔，帮助压缩电弧。这使得电弧非常集中在一个很小的区域，并且非常热(超过20,000°F)，允许这个过程实现非常深的焊接渗透。填充金属以粉末的形式沉积出阳极。在PS过程中，电弧是在电极和阳极之间(而不是工件)形成的。PS不适用于强焊缝，而是用于表面涂层的沉积。

这种电弧焊工艺的主要优点和局限性包括：

优势：

• 粉末填充金属开辟了许多材料的可能性，比如碳化物的添加，因为人们可以混合自己的填充金属，而不是被限制在电线类型的填充金属。
• 由于电弧集中，PAW导致窄焊缝。
• 由于电弧集中，它具有较高的穿透能力。
• 它有一个较低的总热输入。

限制：

• PAW的设备和维护费用非常高。
• 由于工艺复杂，PAW需要高技能焊工。
• 由于阳极限制电弧，焊炬相当笨重，难以焊接狭窄接头。

电气焊（EGW）

气体电弧焊（EGW）是一种类似于GMAW的电弧焊接工艺，可将固体电极送入接头中。EGW也类似于FCAW，因为可以使用药芯管状电极。通常，设置铜靴以桥接正在焊接的两个工件上的接头间隙。这些桥可以是水冷的，也可以不是水冷的，以帮助焊接过程。在EGW中，焊缝由平行于工件的焊丝（也是电极）连续供给。这会导致焊缝金属在移动型腔的底部连续沉积。电弧由外部提供的保护气体保护。EGW主要应用于储罐、船体和压力容器的建造，适用于焊接非常厚的材料。

这种电弧焊工艺的主要优点和局限性包括：

优势：

• EGW通常允许单道焊接。
• EGW具有很高的沉积速率，焊接变形很小。
• 存在向焊接件添加有益合金元素的能力。

缺点：

• EGW的韧性等级较低。
• 由于设备庞大，需要制导系统，安装时间很长。
• 它需要保护气体不受外部来源的影响。

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