金屬焊接是指通過適當(dāng)?shù)氖侄危箖蓚€(gè)分離的金屬物體(同種金屬或異種金屬)產(chǎn)生原子(分子)間結(jié)合而連成一體的連接方法。

金屬焊接接頭不同于鉚釘連接、螺栓連接等依靠外力且可拆卸的機(jī)械連接方式接頭，它是靠加熱熔化焊材和母材，通過各種冶金反應(yīng)得到一定化學(xué)成分的焊縫金屬，結(jié)晶凝固后形成的。只有兩種金屬通過原子或分子的結(jié)合或擴(kuò)散形成金屬鍵，才能達(dá)到金屬焊接的目的。

為完成焊接，應(yīng)使兩個(gè)被焊件表面接近到金屬晶格距離(0.3～0.5nm)，以便在接觸表面進(jìn)行擴(kuò)散、再結(jié)晶等物理化學(xué)過程而形成金屬鍵。由于金屬表面(即使經(jīng)精密加工)凹凸不平，以及表面常帶有氧化膜、水分和油污等吸附層，這都將妨礙兩塊金屬表面的緊密接觸。

金屬焊接的物理實(shí)質(zhì)就是利用局部加熱、加壓或二者并用的手段?？朔砻娌黄蕉炔⑾パ趸ぃ菇饘倌覆暮秃缚p金屬形成共同的晶粒，達(dá)到永久性的牢固連接。

金屬焊接結(jié)構(gòu)是指常見的最適宜于用焊接方法制造的金屬結(jié)構(gòu)。目前，世界主要工業(yè)國家每年生產(chǎn)的金屬焊接結(jié)構(gòu)約占鋼材總量的45%。

現(xiàn)在國內(nèi)外對金屬焊接結(jié)構(gòu)通用的分類方法是根據(jù)焊接物體或結(jié)構(gòu)的工作特性來分類，并將金屬焊接結(jié)構(gòu)分成下列幾類：

(1)梁及梁系結(jié)構(gòu)。梁及梁系金屬焊接結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn)是組成梁系結(jié)構(gòu)的元件受橫向彎曲，當(dāng)由多根梁通過剛性連接組成梁系結(jié)構(gòu)時(shí)，各梁的受力情況將變得較為復(fù)雜。

(2)柱類結(jié)構(gòu)。柱類金屬焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是承受壓應(yīng)力或在受壓的同時(shí)承受縱向彎曲應(yīng)力。結(jié)構(gòu)的斷面形狀多為工字形、箱形或管式圓形斷面。柱類金屬焊接結(jié)構(gòu)也常用各種型鋼組合成所謂“虛腹虛壁式”組合截面。這些形式都可增大慣性矩，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)還可節(jié)約材料。

(3)格架結(jié)構(gòu)。格架結(jié)構(gòu)由一系列受拉或受壓桿件組合而成，各桿件以節(jié)點(diǎn)形式互相連接組成各類形狀的結(jié)構(gòu)，如桁架、網(wǎng)絡(luò)剛架和骨架等。

(4)殼體結(jié)構(gòu)。殼體結(jié)構(gòu)承受較大的內(nèi)部壓力，因而要求焊接接頭具有良好的氣密性，如容器、儲器和管道等多用鋼板焊制而成。

(5)骨架結(jié)構(gòu)。骨架金屬焊接結(jié)構(gòu)的外形如同人體骨架，多用于起重運(yùn)輸機(jī)械，通常承受動載荷，故而要求它具有最小的質(zhì)量和較大的剛度。船體骨架、客車棚架及汽車車廂和駕駛室等均屬此類結(jié)構(gòu)。骨架和格架結(jié)構(gòu)的原材料多為各種型鋼，有時(shí)將兩類結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為格架或桁架結(jié)構(gòu)。

(6)機(jī)器和儀器的焊接零件。這類結(jié)構(gòu)最適宜于在交變載荷或多次重復(fù)性載荷下工作。對這類結(jié)構(gòu)，要求其具有精確的尺寸，這樣才能保證加工出的主要部件或儀表零件的質(zhì)量。屬于這類結(jié)構(gòu)的有機(jī)座、機(jī)身、機(jī)床橫梁及齒輪、飛輪和儀表樞軸等。這類結(jié)構(gòu)采用鋼板焊接或鑄焊、鍛焊聯(lián)合工藝，可以解決鑄鍛設(shè)備能力不足的問題，同時(shí)還可大大縮短制造周期。

金屬焊接技術(shù)的不斷完善，一些高強(qiáng)度和高韌性鋼鐵在現(xiàn)代金屬焊接結(jié)構(gòu)中獲得了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代金屬焊接結(jié)構(gòu)在向大型化和高參數(shù)方向發(fā)展的同時(shí)，也出現(xiàn)了一些新的金屬焊接結(jié)構(gòu)。

與機(jī)械連接相比，金屬焊接結(jié)構(gòu)具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

(1)接頭的強(qiáng)度較高。應(yīng)用現(xiàn)代的金屬焊接技術(shù)，不僅可以制造出與母材等強(qiáng)度的焊接接頭。而且還可以制造出強(qiáng)度高于母材強(qiáng)度的接頭。而鉚接或螺栓連接接頭的強(qiáng)度依賴于螺栓(或鉚釘)的強(qiáng)度、直徑及其間距，通常還由于母材承載截面的削弱，很難實(shí)現(xiàn)接頭強(qiáng)度與母材的強(qiáng)度相等。一般來說，鉚接或螺栓連接接頭的強(qiáng)度大約可達(dá)到母材的80%。

(2)金屬焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場合比較廣泛。采用焊接的方法可以制造任意幾何形狀的結(jié)構(gòu);在結(jié)構(gòu)的焊接中，對被焊接材料的厚度并尤特別限制，厚薄相差很大的材料也能通過金屬焊接形成永久連接;采用焊接的方法可以制造任意外形的結(jié)構(gòu)，并能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場安裝。金屬焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用的另外的一個(gè)重要方面是可以實(shí)現(xiàn)異種材料的連接。如異種金屬的連接、金屬與非金屬的連接等。

(3)適合于制備有密閉性要求的結(jié)構(gòu)。對鉚接結(jié)構(gòu)來說，很難保證其服役過程中完全的水密性要求，但金屬焊接結(jié)構(gòu)很容易滿足這一要求，如潛艇的艙體和儲罐等通常采用焊接的方法進(jìn)行制造。

(4)接頭形式簡單。一般來說，金屬焊接結(jié)構(gòu)中的接頭形式要比鉚接結(jié)構(gòu)的接頭形式簡單得多。在金屬焊接結(jié)構(gòu)中，被連接件可采用對接、角接、搭接等簡單的接頭形式焊接而成。對鉚接結(jié)構(gòu)來說，則要采用比較復(fù)雜的接頭形式。

(5)大型結(jié)構(gòu)制造周期短、成本較低。對大型結(jié)構(gòu)來說，通常的制造方法是工廠模塊制造，現(xiàn)場部件組裝。金屬焊接是這一制造方式最理想的工藝方法。

金屬焊接結(jié)構(gòu)存在的問題：

(1)金屬焊接結(jié)構(gòu)的止裂性較差。對金屬焊接結(jié)構(gòu)來說，一旦出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展，很難實(shí)現(xiàn)止裂。但對鉚接結(jié)構(gòu)來說，一個(gè)被連接件中的裂紋擴(kuò)展通常不會擴(kuò)展到與之連接的另外的一個(gè)構(gòu)件中。

(2)容易產(chǎn)生焊接缺欠。由于焊接工藝的特殊性，金屬焊接結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)氣孔、裂紋、夾雜物等焊接缺欠。這些缺欠對結(jié)構(gòu)的性能往往產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。

(3)金屬焊接結(jié)構(gòu)制造中材料的敏感性。一些材料很容易實(shí)現(xiàn)無缺欠焊接，而另一些材料的焊接中往往出現(xiàn)焊接缺欠，如高強(qiáng)鋼焊接中容易出現(xiàn)裂紋、鋁合金焊接時(shí)容易出現(xiàn)氣孔。

(4)金屬焊接應(yīng)力和變形。由于金屬焊接是一種局部的熱過程，金屬焊接過程中材料經(jīng)歷了復(fù)雜的熱應(yīng)力演變。焊后焊縫區(qū)的收縮將引起結(jié)構(gòu)的各種變形和殘余應(yīng)力，這對結(jié)構(gòu)的工作性能會產(chǎn)生一定的影響。一方面，焊接區(qū)的拉應(yīng)力可能導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，殘余壓應(yīng)力和殘余變形對結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性等存在不利影響;另一方面，過大的焊接變形會增加矯正和機(jī)械加工的工作量，增加結(jié)構(gòu)制造的成本。

金屬焊接技術(shù)的誕生與發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)千年的歷史。根據(jù)金屬焊接的物理化學(xué)過程，金屬焊接方法通常分為熔化焊接、壓力焊接和釬焊三大類。

1、熔化焊接

在金屬焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力而完成金屬焊接的方法稱為熔化焊接，簡稱熔焊。在熔焊時(shí)，通過熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連為一體。由于熔化焊是通過局部加熱使連接處達(dá)熔化狀態(tài)，然后冷卻結(jié)晶形成共同晶粒，因此它最有利于實(shí)現(xiàn)原子結(jié)合，是目前金屬焊接的最主要方法。

為了實(shí)現(xiàn)熔化焊接，必須有一個(gè)能量集中且溫度足夠高的熱源。按照熱源形式的不同，熔化焊接方法可再分為：電弧焊——以氣體導(dǎo)電時(shí)產(chǎn)生的電弧熱為熱源;電渣焊——以液態(tài)熔渣導(dǎo)電時(shí)產(chǎn)生的電阻熱為熱源;電子束焊——以高速運(yùn)動的電子束流為熱源;激光焊——以激光束為熱源;氣焊——以可燃?xì)怏w的燃燒火焰為熱源：鋁熱焊——以鋁熱劑的反應(yīng)熱為熱源;等等。

另外，為防止熔化金屬與空氣接觸而惡化焊縫的成分與性能，熔化焊接過程一般都必須采取有效隔離空氣的保護(hù)措施。按照真空、氣相和渣相等保護(hù)形式的不同，熔化焊接方法又可分為：埋弧焊——熔渣保護(hù);氣體保護(hù)焊——?dú)怏w保護(hù);焊條電弧焊——渣-氣聯(lián)合保護(hù);等等。

此外，根據(jù)電極形式的不同，熔化焊接方法還可分為熔化極焊接和非熔化極焊接。

2、壓力焊接

壓力焊接是利用加壓、摩擦、擴(kuò)散等物理作用克服連接表面的不平度，擠除氧化膜等污物，使其在固態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)連接。

為了更容易實(shí)現(xiàn)壓力焊接，一般在加壓的同時(shí)還伴隨加熱，但加熱溫度遠(yuǎn)低于母材的熔點(diǎn)，因此除加熱溫度較高的擴(kuò)散焊外，都無需保護(hù)措施。根據(jù)加熱的方式不同，壓力焊接可再分為電阻對焊、摩擦焊、高頻焊、擴(kuò)散焊、爆炸焊、超聲波焊等。另外需要指出的是，電阻點(diǎn)焊和縫焊也屬于壓力焊接，但在焊接接頭形成過程中伴隨出現(xiàn)有焊縫金屬熔化結(jié)晶現(xiàn)象。

各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在金屬焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法(如擴(kuò)散焊、高頻焊、冷壓焊等)都沒有熔化過程，因而沒有像熔焊那樣的有益合金元素?zé)龘p以及有害元素侵入焊縫的問題，從而簡化了金屬焊接過程，也改善了金屬焊接安全衛(wèi)生條件。與此同時(shí)，由于加熱溫度比熔焊低、加熱時(shí)間短，使得熱影響區(qū)小，有利于提高金屬焊接質(zhì)量。

3、釬焊

在金屬焊接過程中，采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法稱為釬焊。

釬焊時(shí)使用熔點(diǎn)低于450℃的釬料為軟釬焊，使用熔點(diǎn)高于450℃的釬料為硬釬焊。釬焊是一種固液相兼有的金屬焊接方法，為防止熔化的釬料與空氣接觸，必須采取保護(hù)措施。

釬焊可分為三個(gè)基本過程：

(1)釬劑的熔化及填縫過程，即預(yù)置的釬劑在加熱熔化后流入母材間隙，并與母材表面氧化物發(fā)生物理化學(xué)作用，以去除氧化膜，清潔母材表面，為釬料填縫創(chuàng)造條件。

(2)釬料的熔化及填滿釬縫的過程，即隨著加熱溫度的繼續(xù)升高，釬料開始熔化并潤濕、鋪展，同時(shí)排除釬劑殘?jiān)?/p>

(3)釬料與母材的相互作用過程，即在熔化的釬料作用下，小部分母材溶解于釬料，同時(shí)釬料擴(kuò)散進(jìn)入到母材當(dāng)中。在固液界面還會發(fā)生一些復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)釬料填滿間隙并保溫一定時(shí)間后，開始冷卻凝固形成釬焊接頭。

根據(jù)熱源或加熱方法的不同。釬焊呵分為火焰釬焊、感應(yīng)釬焊、爐中釬焊、浸漬釬焊、電阻釬焊等。

釬焊時(shí)由于加熱溫度比較低，故對工件材料的性能影響較小，焊件的應(yīng)力變形也較小。不過，釬焊接頭的強(qiáng)度一般比較低，耐熱性能較差。釬焊可以用于焊接碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鋁、銅等金屬材料，還可以連接異種金屬、金屬與非金屬、陶瓷與陶瓷。釬焊適于金屬焊接受載不大或常溫下工作的接頭，對于精密的、微型的以及復(fù)雜的多釬縫焊件尤其適用。