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1、4.4 现代焊接技术,1. 等离子弧焊接,69,等离子弧是一种较高能量密度的电弧热源，是一种受到约束的非自由电弧，也称压缩电弧，有着显著有别于普通电弧的电弧形态与能量特征。,等离子弧是借助以下三大压缩效应而产生的。 (1) 机械压缩效应； (2) 热压缩效应； (3) 磁压缩效应 经上述三大压缩作用，温度、能量密度、等离子体流速得以显著增大的电弧称为等离子弧。,等离子弧的形成,69,等离子弧具有高温、高能量密度和高穿透能力等特性，赋予了该热源在材料焊接和切割领域具有某种特殊的优势。 等离子弧的温度高达30 000 ，高于所有金属及其氧化物的熔点，可以熔化各种金属材料包括高熔点材料。用传统的氧-
2、乙炔切割方法难以切割的材料，如铸铁、有色合金等，均可用等离子弧切割。,特点,1）对焊件加热集中，熔透能力强，一次可焊透厚度大，生产率高。热影响区窄，其焊接变形也小。 2）等离子弧的形态近似圆柱形，挺度好，容易得到均匀的焊缝成形。 3）等离子弧的稳定性好，使用小的焊接电流也能保证等离子弧的稳定，故可焊超薄件。 但 等离子弧焊设备（包括喷嘴）比较复杂，对焊接工艺参数的控制要求较高。,广泛用于工业生产，特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接，如钛合金的导弹壳体，飞机上的一些薄壁容器等。 钨极气体保护电弧焊可焊接的绝大多数金属，均可采用等离子弧焊
3、接。与之相比，对于1mm以下的极薄的金属的焊接，用等离子弧焊可较易进行。,2.真空电子束焊接,63,属于高能密度焊接方法，它是利用空间定向高速运动的电子束撞击工件后将部分动能转化为热能，从而熔化被焊工件，形成焊缝的。,真空电子束焊接,63,特点,(1) 焊接时的能量密度大、加热集中、热效率高。能量密度比等离子弧高出1001000倍 (2) 可以焊出宽度小、深度大的焊缝。易形成无角变形平行焊缝，单道达300mm (3) 熔池周围气氛纯度高，适于活泼金属。 (4) 焊接规范参数调节范围广，适应性强。0.1100mm 但： 焊接准备时间（主要是抽真空时间）较长，工件尺寸受真空室大小限制。 在空气中产
4、生X射线。对工件清理要求高。设备昂贵。,应用,63,可焊金属范围很广，可以焊一般焊接方法难以施焊的复杂形状，被誉为多功能焊接方法。主要用于要求高质量的产品的焊接。还能解决异种金属、易氧化金属及难熔金属的焊接。 以前主要用于航空航天、核工业等部门焊接活性材料及难熔材料。现在也以应用在汽车制造、工具制造等工业部门。但不适于大批量产品。,3.激光焊接,激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件接缝所产生的热量进行焊接的方法。,特点,65,(1) 热量输入很小，焊缝深宽比大，热影响区小。106107W/cm2 (2) 焊缝强度高，焊接速度快，焊缝窄且通常表面状态好，免去了焊后清理等工作。 (3) 光束易于
5、控制，焊接定位精确，易于实现自动化。 (4) 焊接一致性和稳定性好，一般不加填充金属和焊剂，并能实现部分异种材料焊接。 (5)可焊接难以接近的部位 激光焊优点是不需要在真空中进行，缺点则是穿透力不如电子束焊强。激光焊时能进行精确的能量控制，因而可以实现精密微型器件的焊接。它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。,激光焊接方法和应用,68,目前，激光焊接在汽车工业的应用最为普遍。其主要用于： 1) 车身钢板焊接 2）齿轮及传动部件焊接,4.搅拌摩擦焊,搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是英国焊接研究所(The Welding Institu
6、te)于1991年发明的专利焊接技术。 搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状（如带螺纹圆柱体）的搅拌针(welding pin)伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。,特点,(1)焊接接头热影响区显微组织变化小残余应力比较低，焊接工件不易变形； (2)能一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接； (3)操作过程方便实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，功效高，对作业环境要求低： (4)无需添加焊丝，焊铝合金时不需焊前除氧化膜，不需要保
7、护气体，成本低； (5)可焊热裂纹敏感的材料，适合异种材料焊接； (6)焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。 搅拌摩擦焊也存在一定的缺点：焊接工件必须刚性固定，反面应有底板；焊接结束搅拌探头提出工件时，焊缝端头形成一个键孔，并且难以对焊缝进行修补：工具设计、过程参数和机械性能数据只在有限的合金范围内可得：在某种情况下，如特殊领域中要考虑腐蚀性能、残余应力和变形时，性能需进一步提高才可实际应用；对板材进行单道连接时，焊速不是很高：搅拌头的磨损消耗太快等。,应用,搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法。它的出现使铝合金等有色金属的连接技术发生重大变革。用搅拌摩擦焊方法焊接铝合金
8、取得了很好的效果。 现如今正进行锌、铜、钛、低碳钢、复合材料等的搅拌摩擦焊接。搅拌摩擦焊在航空航天工业领域有着良好的应用前景。,5. 扩散焊,69,扩散焊是在一定温度和压力下将种待焊物质的焊接表面相互接触，通过微观塑性变形或通过焊接面产生微量液相而扩大待焊表面的物理接触，使之距离离达(15)x10-8cm以内(这样原子间的引力起作用，才可能形成金属键)，再经较长时间的原子相互间的不断扩散，相互渗透，来实现冶金结合的一种焊接方法,特点,(1) 特别适用于焊接用一般方法难以焊接，或虽可以焊接，但性能和结构在焊接过程中容易遭受严重破坏的材料。 (2) 可焊接不同类型的材料，包括异种金属、金属与陶瓷等
9、冶金完全不相溶的材料。 (3) 可焊接结构复杂以及厚薄相差较大的工件。,应用,适合于焊接异种金属材料、石墨和陶瓷等非金属材料、弥散强化的高温合金、金属基复合材料和多孔性烧结材料等。扩散焊已广泛用于反应堆燃料元件、蜂窝结构板、静电加速管、各种叶片、叶轮、冲模、过滤管和电子元件等的制造。,6.爆炸焊,爆炸焊是以化学反应热为能源的另一种固相焊接方法。但它是利用炸药爆炸所产生的能量来实现金属连接的。在爆炸波作用下，两件金属在不到一秒的时间内即可被加速撞击形成金属的结合。,应用,在各种焊接方法中，爆炸焊可以焊接的异种金属的组合的范围最广。可以用爆炸焊将冶金上不相容的两种金属焊成为各种过渡接头。爆炸焊多用于表面积相当大的平板包覆，是制造复合板的高效方法。,
