其他焊接方法

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1、其他焊接方法,IWE-3/1.11,等离子弧焊接 (WP，l 5) 1、等离子弧焊的原理 等离子弧是由等离子体组成，是充分电离了的气体，其中正、负电荷数相等，就其整体而言是中性的。 是利用等离子枪将阴极和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度、高能量密度及高焰流速度的电弧。 (最高温度可达1 8000-24000K)(图1)。,1.工件 2.焊接材料 3.保护气 4.离子气 5.钨极 6.导电嘴 7.离子气嘴 8.保护气嘴 9.等离子弧 图l 等离子弧焊原理示意图,离子气： 等离子枪的喷嘴孔径和孔道长度是压缩喷嘴的两个主要尺寸，喷嘴内通的气体称； 机械压缩：电离了的离子气从喷嘴流出时受到孔径限

2、制，使弧柱面积变小，这种压缩称为； 热收缩: 水冷喷嘴内冷气膜使弧柱有效截面进一步收缩，这种收缩为； 磁收缩：弧柱电流自身磁场对弧柱的压缩应用为。,a）非转移型等离子弧（等离子束） 电弧建立在电极与喷嘴之间，离子气强迫等离子弧从喷嘴孔径喷出，也称等离子焰。主要用于非金属材料焊接与切割。 b)转移型等离子弧(等离子弧) 电弧建立在电极与工件之间，二般先引燃非转移弧，然后再将电弧转移至电极与工件之间。主要用于金属材料焊接与切割。 。 c)联合型等离子弧(等离子束等离子弧) 两种电弧同时存在，主要用于30Ad微束等离子弧焊。 d)双弧现象 是电弧产生在电极与喷嘴、喷嘴与工件之间，是一种非正常状态(离

3、子气过小、电流过大时造成)。,1钨极 2喷嘴 3转移弧 4非转移弧 5工件 6弧焰7离予气 图2 等离子弧类型,等离子弧有两种基本焊接方式： 一种是小孔型 等离子弧焊，利用小孔效应实现焊接，也称穿透性焊接，如图3。 另一种是熔透型等离子弧焊，当离子气流量较小时，不产生小孔效应，与氩弧焊类似。,图3 小孔等离子弧焊示意图,3、等离子弧焊设备及电源特性 等离子弧焊接设备主要包括焊接电源、控制系统、焊枪、气路系统和水路系统。(图4)。,图4 等离焊设备构造简图,等离子弧焊接的电源采用陡降或垂直的特性曲线(等离子弧的特性曲线为U型，工作再平直段上)。 一般认为垂降特性电源输出电流恒定，对等离子焊接有利

4、(图5),图5 白由电弧和压缩电弧特性曲线(简图),1、等离子弧焊接特点及应用,等离子弧焊接特点 1)与TIG焊比，等离子弧挺度大、热量集中、熔深比大，工件可不开坡口单面焊双面成型，焊接热影响区小，焊接变形小，生产率高； 2) 可用来焊接难熔、易氧化、热敏感性强的材料，如钼、钨、铍、铬、钽、镍、钛等合金，也能焊一般钢材或有色金 3）相对其它焊接方法，等离子焊的设备投资较大，对操作要求高，难以手工操作，焊接参数精度高。,等离子弧焊接的应用 直流等离子焊可以焊碳钢、不锈钢、耐热钢，镍及其合金，钛及其合金等。交流等离子焊可焊铝，镁及其合金，铸青铜，铝青铜等。 1)不锈钢、镍、铜、钛等材料的微弧等离子

5、焊接参数(表1、2) （P3/5） 2)不锈钢、镍、钛等材料的等离子焊接参数(表3、4、5) （P3/5）,3)等离子焊接与TIG焊区别,图6 等离子焊接与TIG焊典型区别,4)其它等离子焊方法 a)微弧等离子焊 以焊接电流大小分类，当焊接电流小于(30,-60)A左右时，被称为微弧等离子焊，多采用焊薄小工件。 b)等离子-MIG焊接(图7),c)等离子堆焊(图8),d)等离子热丝堆焊(图9),IWE-3/1。12,1、电子束焊接 1.1方法原理 图1 为电子束焊接设备结构原理简图； 用电子束焊接时，被高压加速的高速电子冲击工件表面(通常高压为60l50KV)，这样的电子运动的动能转变成热能。

6、电子从赤热的阴极发射出来，加速射向环型阳极并通过调整极，聚焦极和偏转极射向工作表面。,1.2参数 S电子束功率 P=IsUB Is：电子束电流强度 UB：阴阳极之间加速电压 电子束燃烧点(0.1mm至1 mm)的直径； 功率密度可达108Wcm2，当电子束燃烧时的直径为0.10.2mm时功率密度将106 Wcm2 电予束发生器内真空度约为10-8巴，在工作仓内可达10.7巴 在电子束与工件的结合处有X光线，必须采用铅玻璃或铅板屏蔽 焊缝为不开坡口的I型焊缝，通常不需要加填充材料 电子束的无惯性偏转将使熔化及结晶过程受到影响,2、应用 2.1电子束的材料加工方法 电子束的应用范围见表1,2.2

7、EB焊接的熔焊过程及接头型式,3. 电子束焊接的缺陷和问题 表3给出了EB焊的典缺陷以及预防措 表3 EB-焊时的缺陷,4、结束语 应对EB-焊的优点和缺点均有足够的了解，例如优点具有变形小，特种材料焊接的可能性，异种材料的焊接等，缺点首要的是它须要在真空环境中进行加工，为此存在以下几个问题： 1）必要的设备(真空泵等) 2）焊接接头的韧性较差(部件需要予热，必要的填充材料) 3）较大部件需要较大真空室(高的投资费用，加工周期较长等) 对上述问题应综合考虑，此外还有检验设备(X光探伤仪)及人员等因素来决定是否采用EB焊接。,5、激光焊,图8给出根据相应激光功率来选择激光种类； 对于材料加工现今

8、只有C02激光器(气体激光器)和Nd-YAG激光器(固体激光器)在应用。在显微技术方面，有时也采用准分子激光器， 因为准分子波长短，能量高故能直接深入材料分子内部进行加工，其加工基理是基于光化学作用，是在非放热效应下进行，因此，材料变形极小。 图9和图10给出C02和Nd-YAG激光器的应用状况,6、激光技术基本原理和加工,为了能够利用光来进行材料加工，必须存在一个高的能量密度，它的范围率在1 06Wcm2，当达到这样一个能量密度时， 光具有以下特点： 具有一定波长(单色) 集焦(相位同步振荡) 光束是平行的 激光的特性，理论上的激光可将相应高能量密度光束集焦在某一点上，,C02激光器应用较广

9、，它的光束质量高，适用于多种材料的加工是切割和焊接理想的光源，且切割质量及可加工的材料厚度远高于YAG激光器，在相同加工材料、焊接厚度下，C02激光器的切割质量优于YAG且运行费用低， 对于2mm较厚板焊接时，C02焊接质量要好，运行成本低。 激光加工的主要应用范围有：切割、焊接和表而处理。,7、激光切割 表4给出激光切割在金属材料和塑料加工的应用范围和当今的技术状况 低合金钢切割可达12mm，高合金钢可达8mm。 激光切割所使用的几种切割气体如下： 激光点燃切割气体：02， 激光熔点切割气体：，N2、Ar， 激光精密切割气体：N2、Ar。 优点：切割口断面具有很高的质量，在进行复杂切割形状的

10、切割时，切割后无须再进行修整亦无变形(见图1 5),8、激光焊接 当今激光焊接的应用更多的是单一用途，在工业上还没有得到更广泛地应用很多地描述是它的发展前景如何。表6给出的各种材料焊接的技术状况。 激光的能量密度可分为： 1）热传导焊接 2）深度焊接 焊接时是通过蒸汽沟形式进行的，此时激光束可以深入材料内部，激光焊缝宽度约lmm左右，深度焊接时其深度在58mm，可见其变形很小。,9、激光表面处理 当今采用激光进行表面处理，在工业上还不是很广泛，表面处理基本上有以下几下方面： 1)重熔 2)硬度变化 3)堆焊 4)合金化 图21给出上述4种方法的有关数据,IWE-3/1.13,1、摩擦焊(US

11、42) 1.1摩擦焊原理 摩擦焊是利用焊体表面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性达态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。 (如图1)，两焊接部件至少有一个是旋转体。,1.2摩擦焊特点 1)接头质量高(属固态焊接，溶合区金属为锻造组织，无熔化焊的焊接缺陷) 2)可焊异种材质 3)焊接时问短，生产效率高 4)尺寸精度高、可重复性好，易实现机械化 5)无需填充材料 6)环境清洁 7)在一定程度上要求焊件为旋转体 8)设备复杂、投资大 9)周边有凸起部分,1.3摩擦焊分类 摩擦焊是根据焊件相对运动和工艺特点分类的， 分为： 1) 连续驱动摩擦焊；2) 惯性摩擦焊； 3) 搅拌摩擦焊； 4) 相位

12、摩擦焊； 5) 径向摩擦焊； 6) 线性摩擦焊； 7) 轨迹摩擦焊； 8) 嵌入摩擦焊。,1)连续摩擦焊(如图2) 主要参数包括：转数、摩擦力、摩擦时间、顶锻力、顶锻时间、制动时间等。,l一转动 2一制动 3a一转动卡具 3b一转动卡具 4a一旋转工件 4b一非旋转工件 5 工件焊 图2 连续摩擦焊示意图,2)惯性摩擦焊(如图3),l一转动 2一惯性体 3a一转动卡具 3b一非转动卡具 4a一旋转工件 4b一非旋转工件 5一工件缸 图3惯性摩擦焊示意图,图4 连续和惯性摩擦焊参数曲线,3)搅拌摩擦焊(如图5) 搅拌摩擦焊主要由搅拌头完成，搅拌头由特型指棒、夹持器和圆柱体组成。 焊接开始时，搅拌

13、头高速旋转，特型指棒迅速钻入被焊材料的接缝处，特型指棒与接触的金属摩擦生热形成热塑性层，轴肩与被焊表面摩擦产生辅助热，搅拌头与工件相对运动时，在搅拌头前面不断形成的热塑性金属转移到搅拌头后面，填满后面的空腔。焊接区金属经历被挤压、摩擦生热、塑性变形、转移、扩散、再结晶过程。,搅拌摩擦焊可以焊对接、搭接、直缝、曲线等形式。 搅拌摩擦焊适合塑性好的材料，常用于铝及铝合金的焊接。,4）其它常见摩擦焊(图6),摩擦焊可焊截面及接头形式（如图7）,1.5摩擦焊应用 旋转摩擦焊主要用于旋转体工件问的焊接及不同材料问的焊接。 可焊材料如下： （P4/10）,2、旋弧焊(MBP),2.1旋弧焊工艺原理和过程

14、旋弧焊属于电弧压力焊范畴，原理和过程如图9、1 0所示,2.2旋弧焊参数 旋弧焊重要的参数是： 1)焊接电流(如图1 2) 2)磁性线圈电流(如图l 2) 3)焊接时间(焊接的开始时问是指焊件移开时刻，结束时间是指顶锻开始时刻) 4)顶锻力(顶锻力取决于焊件的截面积) 5)保护气体流量(保护气体使电弧稳定，且提高引弧和焊接过程的可重复性),2.3 旋弧焊的焊接适应性 旋弧焊三个主要要求： 1)焊件的截面形状必须是管状，这样电弧能沿着接口表面旋转。 2)焊件截面必须为封闭状，这样电弧才能沿着接口表面旋转。 3)焊接件必须导电并可熔化。,2.4 生产中，以下材料可焊接到一起， 见表2。 表2 旋弧

15、焊可焊接的材料组合,2.5旋弧焊方法的特点及应用 优点 1)优先用于薄管状截面工件； 2)热裂纹倾向小； 3)适合于含碳量高和易切削钢的焊接； 4)易实现自动化； 5)焊接时间短并且在生产企业中生产周期短； 6)无需焊接材料；,缺点 1)不适合于实截面的焊接。 2)淬火钢和调质钢的热影响区硬度和强度降低 3)接头表面不允许有涂层。 应用： 止此技术可用于管状截面壁厚为0.75mm，直径为5300mm工件，以及适当的焊缝长度的非旋转状工件的焊接。 应用举例： PKW后轴，主轴，过滤器罩，散热器中的水联接套管，摩托车支撑轴，用于PKW控制的齿条。,3、螺柱焊,3.1原理及过程 将金属螺柱或类似的其

16、他金属紧固件(栓、钉等)焊到工件上去的方法叫做螺柱焊。 主要有电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊，以电弧螺柱焊较常用(图1 4)。,图14 电弧螺柱焊原理示意图,电弧螺柱焊过程： 与焊条电弧焊的焊条引弧原理相同，都是短路提升引弧，不同的是螺柱被夹持在焊枪的夹头上，与工件短路定位，焊枪的提升机构使螺柱上升引弧，形成熔池，当提升机构释放时，给螺柱一个压力使螺柱浸入容池，冷却形成焊缝。过程如图1 5所示。,分类： 1）稳定电弧螺柱焊； （如前所述） 2）电容放电螺柱焊； 3）短周期螺柱焊。 电容放电螺柱焊：是储能电容快速放电产生的电弧作为热源，它的特点是焊接时间短、不需保护、需用专用螺柱(如图l 6)； 短周期螺柱焊：使用的电流是经过波形调制的，特点是不需保护、螺柱不用特殊加工、更容易实现自动化。,3.2电弧螺柱焊设备 1)焊接电源 要求电源外特性为直流下降特性，具有良好动特性，较大额定焊接电流，较高空载电压，较小负载持续率。 2)控