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1、江苏省无锡交通高等职业技术学校第六章 钨极惰性气体维护焊第七章 等离子弧焊接n定义：借助水冷喷嘴对电弧的拘谨作用，获得高能量密度的等离子弧进展焊接的方法PAW。第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的构成等离子弧的构成等离子弧定等离子弧定义义：经过经过外部拘外部拘谨谨使自在使自在电电弧的弧的弧柱被弧柱被剧剧烈烈紧缩紧缩所构成的所构成的电电弧。弧。第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的构成等离子弧的构成自在电弧第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的等离子弧的构成构成拘谨电弧 紧缩电弧第一节第一节 等离子弧的构成及特
2、性等离子弧的构成及特性-等离子弧的构成等离子弧的构成三种三种紧缩紧缩作用：作用：机械机械紧缩紧缩效效应应前提前提热热收收缩缩效效应应主要主要缘缘由由电电磁收磁收缩缩效效应应必然存在必然存在电弧在三种紧缩效应的作用下，直径变小、温度升高、气体的离子化程度提高、能量密度增大。最后构成稳定的紧缩电弧。第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的构成等离子弧的构成等离子弧的影响要素等离子弧的影响要素电电流流喷喷嘴孔道外形及尺寸嘴孔道外形及尺寸离子气体的种离子气体的种类类及流量及流量H2H2、N2N2、ArAr第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的特性等
3、离子弧的特性第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性TIG:10000-24000KTIG:10000-24000K 104w/cm2 104w/cm2PAW:24000-50000KPAW:24000-50000K 105w/cm2 105w/cm2第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性TIG:TIG:斑点斑点热热量是量是焊焊接的主接的主导导能量能量 弧柱的弧柱的传导辐传导辐射射对对于于焊焊接是次要能接是次要能量量PAW:PAW:弧柱高速高温等离子体弧柱高速高温等离子体经过经过接触接触传传导导与与辐辐射
4、能射能够够成成为焊为焊接的主要能量接的主要能量 斑点斑点热热量降量降为为次要能量次要能量第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性挺度好、冲挺度好、冲击击力大力大面积变化20%第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性等离子弧的静特性第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性等离子弧的稳定性较好第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的类型及运用等离子弧的类型及运用第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的类型及运用等离子
5、弧的类型及运用第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-等离子弧的类型及运用等离子弧的类型及运用第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-双弧景象及防止双弧景象及防止第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-双弧景象及防止双弧景象及防止大大电电流流100-500A100-500A高离子气流量高离子气流量单单面面焊焊双面成形双面成形控制控制焊焊件厚度件厚度第一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-双弧景象及防止双弧景象及防止危害：危害：破坏破坏稳稳定性、破坏接定性、破坏接头质头质量量降低功率、影响穿透力降低功率、影响穿透力危害危害喷喷嘴嘴第
6、一节第一节 等离子弧的构成及特性等离子弧的构成及特性-双弧景象及防止双弧景象及防止防止措施：防止措施：正确正确选择电选择电流流气体成分及流量气体成分及流量喷喷嘴尺寸、外形嘴尺寸、外形钨钨极内极内缩长缩长度、度、对对中中喷喷嘴冷却嘴冷却间间隔隔焊焊件的件的间间隔隔送气方式的改良送气方式的改良清理清理喷喷嘴嘴第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊根本方等离子弧焊根本方法法第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊根本方等离子弧焊根本方法法小小电电流流30-100A30-100A低离子气流量低离子气流量混合型等离子弧混合型等离子弧不构成小孔不构成小孔无尾焰无尾焰薄薄焊焊件件第二节第二节
7、等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊根本方等离子弧焊根本方法法第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊根本方等离子弧焊根本方法法微束等离子弧微束等离子弧焊焊接接30A30A的熔入型等离子弧的熔入型等离子弧焊焊接通常称接通常称为为微束等微束等离子弧离子弧焊焊接接小孔径小孔径喷喷嘴嘴1mm1mm以下以下焊焊件件变变极性等离子弧极性等离子弧焊焊脉冲等离子弧脉冲等离子弧焊焊第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊根本方等离子弧焊根本方法法第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊设备等离子弧焊设备2024/7/192024/7/192626第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊设备
8、等离子弧焊设备2024/7/192024/7/192727第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊设备等离子弧焊设备2024/7/192024/7/19杨杨建国建国2828第三节第三节 等离子弧堆焊与喷涂等离子弧堆焊与喷涂-堆焊原理堆焊原理2024/7/192024/7/192929第三节第三节 等离子弧堆焊与喷涂等离子弧堆焊与喷涂-喷涂原理喷涂原理2024/7/192024/7/193030第三节第三节 等离子弧堆焊与喷涂等离子弧堆焊与喷涂-粉末堆焊原理粉末堆焊原理2024/7/192024/7/193131第四节第四节 等离子弧切割等离子弧切割 -切割原理切割原理2024/7/192
9、024/7/193232第四节第四节 等离子弧切割等离子弧切割 -切割设备切割设备2024/7/192024/7/19杨杨建国建国3333第四节第四节 等离子弧切割等离子弧切割 -切割设备切割设备第四节第四节 等离子弧切割等离子弧切割 -其他切割方法其他切割方法第四节第四节 等离子弧切割等离子弧切割 -其他切割方法其他切割方法第十章 其他焊接方法n电渣焊n螺栓焊n电子束焊n激光焊接n摩擦焊接n高频焊接第一节第一节 电渣焊电渣焊第一节第一节 电渣焊电渣焊-原理及分类原理及分类定义：利用电流经过液态熔渣产生的电阻热进展焊接的方法。第一节第一节 电渣焊电渣焊-原理及分类原理及分类第一节第一节 电渣焊
10、电渣焊-原理及分类原理及分类第一节第一节 电渣焊电渣焊-原理及分类原理及分类第二节第二节 螺柱焊螺柱焊第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-定义及原理定义及原理将螺柱的一端与板件外表接触，通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定的压力完成焊接的方法称为螺柱焊。螺栓板接触面电弧熔化区力力第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及分类特点及分类焊接时间短1s熔深浅节省资料设备简单全位置焊接冷却速度快，影响接头延性第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及分类特点及分类电弧螺柱焊电容储能螺柱焊短周期螺柱焊第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及分类特点及分类第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及分类特点及分类第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特
11、点及分类特点及分类第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及分类特点及分类第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及分类特点及分类第三节第三节 高能束焊接高能束焊接第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-电子束焊电子束焊第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-电子束焊电子束焊电子束极高的功率密度加速电压：30-150kV,焦点直径小准确、快速的可控性第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-电子束焊电子束焊焊接方法的优点：深宽比大速度快、热影响区小、变形小焊缝质量高真空作用顺应性强资料，板厚可达性好可控性好第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-电子束焊电子束焊焊接方法的缺陷设备贵装配严厉真空室限制电磁干扰射线第三节第三节 高
12、能束焊接高能束焊接-激光焊激光焊一、激光焊接原理一、激光焊接原理 热导焊接热导焊接 深熔焊接深熔焊接 热导焊焊缝热导焊焊缝 深熔焊焊缝深熔焊焊缝 激光焊接原理及运用激光焊接原理及运用二、激光深熔焊的几何特征、熔池流动、小孔对光吸收二、激光深熔焊的几何特征、熔池流动、小孔对光吸收 激光深熔焊几何特征1 激光束 2 焊接熔池 3 小孔 4 焊缝宽度 5 熔池深度激光深熔焊腔内液体金属的流动1 激光束 2 小孔后部流动区 3 小孔内流动区 小孔内激光的吸收过程1 激光束 2 等离子体3 熔池后部熔化区4 焊件运动方向 激光束根本特性激光束根本特性 单色性好、方向性好、亮度高、相关性好。色性好、方向性
13、好、亮度高、相关性好。1、单色性色性 激光中激光中单色性最好的是气体激光器色性最好的是气体激光器产生的生的激光。激光。 He-Ne激光器激光器产生的生的632.8nm谱线，线宽只需只需10-9nm。 普通光源中普通光源中单色性最好的用来作色性最好的用来作为长度基准器的度基准器的氪灯灯(Kr86)，其，其谱线宽度度为4.710-3nm。 激光的激光的单色性比普通光要高出色性比普通光要高出106107倍以上倍以上 . 自然光由波自然光由波场范范围较宽的光构成，激的光构成，激光的光的谱线展展宽极小，具有很好的极小，具有很好的单色性。色性。 单色性决色性决议物物质对激光能量的吸收和激光能量的吸收和精精
14、细聚焦的能聚焦的能够性；性；CO2：10.6m CO： 5.4m YAG：1.06m 准分子：准分子：0.24m；激光自然光波长能量2、方向性好、亮度高、方向性好、亮度高 从光源发出的激光平行传播的程度成为从光源发出的激光平行传播的程度成为方向性。方向性。 激光器输出的光束发散角度很小，可以小于或等于激光器输出的光束发散角度很小，可以小于或等于10-310-5弧度。弧度。 激光经过直径为激光经过直径为D的孔径时，由于衍射会产生一定发散：的孔径时，由于衍射会产生一定发散：激光的方向性带来两个结果：激光的方向性带来两个结果： 光源外表的亮度高；被照射地方光的照度大。光源外表的亮度高；被照射地方光的
15、照度大。 一个具有一个具有10mW功率的功率的He-Ne激光器可产生比太阳高几千激光器可产生比太阳高几千倍的亮度，可在屏幕上构成面积很小但照度很大的光斑。倍的亮度，可在屏幕上构成面积很小但照度很大的光斑。3、相关性好、相关性好 以适当方法将一致光源发出的光分成两以适当方法将一致光源发出的光分成两束，再束，再 使两束光重使两束光重 合便产生明暗相间的条合便产生明暗相间的条纹，这就是纹，这就是 光的干涉。光的干涉。 自然光由无数的原子与分子发射，产生波长各不一自然光由无数的原子与分子发射，产生波长各不一样的杂乱光，合成后不能构成整齐有序的大振幅光波。样的杂乱光，合成后不能构成整齐有序的大振幅光波。
16、 激光的相位在时间上是坚持不变的，合成后能构激光的相位在时间上是坚持不变的，合成后能构成相位整齐、规那么有序的大振幅光波。成相位整齐、规那么有序的大振幅光波。 第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-激光焊激光焊优点能量集中、热影响区小、应力变形小深宽比大顺应性强可达性好、易传输不受电磁干扰不用真空室、无射线远间隔焊接系统原理激光焊接的主要问题：激光焊接的主要问题：设备贵设备贵反射问题反射问题组装定位组装定位合合金金元元素素的的挥挥发发 焊焊接接过过程程中中一一些些高高挥挥发发性性的的合合金金元元素素(如如硫硫和和磷磷)从从熔熔池池中中挥挥发发出出来来，会会导导致致气气孔孔的的产产生生，而而且且有
17、有很很能能够够产生咬边。产生咬边。冷冷却却速速度度非非常常快快 资资料料的的含含碳碳量量成成为为一一个个非非常常重重要要的的影影响响参参数数，对资料的脆化、微裂纹及疲劳强度都会有影响。对资料的脆化、微裂纹及疲劳强度都会有影响。第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-激光焊激光焊原理自在辐射受激吸收受激辐射条件粒子集居数反转粒子数反转第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-激光焊激光焊激光的构成过程激光的构成过程 任务物质任务物质 鼓励、受激辐射鼓励、受激辐射 自激振荡自激振荡增益增益 外界能量注入泵浦外界能量注入泵浦 光学谐振腔光学谐振腔 第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-激光焊激光焊CO2激光的产
18、生激光的产生1. 激光束激光束2. 切向排风机切向排风机3. 气流方向气流方向4. 热交换器热交换器5. 后镜后镜6. 折叠镜折叠镜7. 高频电极高频电极8. 输出镜输出镜9. 输出窗口输出窗口 CO2激光器系统 普通气流的流动速度较慢普通气流的流动速度较慢, ,将热量从放电腔中带走。将热量从放电腔中带走。YAG激光的产生激光的产生根据任务物质分类：根据任务物质分类： 红宝石：激活离子红宝石：激活离子Cr3+，波长：，波长：694.3nm，三能级；，三能级； Nd:YAG：激活离子：激活离子：Nd，波长：，波长：1.06 m，四能级；，四能级； 钕玻璃：钕玻璃： 激活离子：激活离子：Nd，波长
19、，波长:1.06 m，四能级，四能级 脉冲宽度：脉冲宽度：100500ns，频率：几百，频率：几百62kHz。 YAG激光的产生激光的产生灯泵浦灯泵浦Nd:YAG激光器激光器 大功率激光器中，典型的大功率激光器中，典型的Nd:YAGNd:YAG棒普通是长棒普通是长150mm150mm，直径，直径710mm710mm。泵。泵浦过程中激光棒发热，限制了每个棒的最大输出功率。单棒浦过程中激光棒发热，限制了每个棒的最大输出功率。单棒Nd:YAGNd:YAG激光激光器的功率范围约为器的功率范围约为50800W50800W。 灯泵浦灯泵浦Nd:YAG体激光器体激光器 将几个将几个Nd:YAGNd:YAG棒
20、串联起来可获得高功棒串联起来可获得高功率的激光束，每个独立的棒可经过透镜率的激光束，每个独立的棒可经过透镜引导并规那么的陈列起来。引导并规那么的陈列起来。 目前的目前的Nd:YAGNd:YAG激光器系统多达激光器系统多达8 8个腔。个腔。输出输出4kW4kW功率。功率。 1kW的脉冲Nd:YAG激光器YAG激光的产生激光的产生激光激光TIGTIG复合复合electrodearclaser beam旁轴激光与TIG复合 双束激光与TIG同轴复合 多电极TIG与激光同轴复合laser beam 1lensarclaser beam 2激光激光MIGMIG复合复合利用填丝提高熔深、改善焊缝成型和接头
21、性能。利用填丝提高熔深、改善焊缝成型和接头性能。对间隙、错边、对中的顺应性更好，可焊接厚板。对间隙、错边、对中的顺应性更好，可焊接厚板。适宜焊接铝合金、镁合金、铜合金资料适宜焊接铝合金、镁合金、铜合金资料激光等离子弧复合激光等离子弧复合加热区更窄，对外界敏感更小，引燃性好。加热区更窄，对外界敏感更小，引燃性好。密度更大，弧长更长。密度更大，弧长更长。可旁轴复合，也可同轴复合。可旁轴复合，也可同轴复合。适宜薄板对接、高速焊、镀锌板、铝合金焊接。适宜薄板对接、高速焊、镀锌板、铝合金焊接。环状电极同轴复合Laser beamPlasma torchPlasma arcWorkpieceLaser b
22、eamPlasma torchPlasma arcWorkpiece空心电极同轴复合激光双电弧复合激光双电弧复合能量输入比普通激光能量输入比普通激光MIGMIG复合减少，熔深增大。复合减少，熔深增大。焊接速度更高，焊接过程更稳定。焊接速度更高，焊接过程更稳定。相互之间位置的排布非常重要。相互之间位置的排布非常重要。尤其适宜焊接厚板。尤其适宜焊接厚板。激光双激光双MIGMIG复合复合第四节第四节 摩擦焊摩擦焊第四节第四节 摩擦焊摩擦焊定义：在压力作用下，经过待焊界面的摩擦界面及其附近温度升高，资料的变形抗力降低、塑性提高、界面氧化膜破碎，伴随着资料产生塑性变形和流动，经过界面的分散及再结晶而实现
23、焊接的固态焊接方法第四节第四节 摩擦焊摩擦焊原理机械能转化为热能塑性变形顶锻坚持分散再结晶第四节第四节 摩擦焊摩擦焊优点质量好异种金属焊接效率高、质量稳定节电、干净、设备操作简单缺陷设备贵非圆构件、薄件第四节第四节 摩擦焊摩擦焊第四节第四节 摩擦焊摩擦焊第四节第四节 摩擦焊摩擦焊第四节第四节 摩擦焊摩擦焊第五节第五节 高频焊高频焊第五节第五节 高频焊高频焊定义：利用流经焊件衔接面的高频电流所产生的电阻热作为热源，使该外表到达熔化或者塑性形状，同时施加或者不施加顶锻力，使金属结合的一种方法。第五节第五节 高频焊高频焊集肤效应控制电流密度景象、频率、电阻率、磁导率临近效应控制位置、途径第五节第五节 高频焊高频焊高频焊特点速度高、无跳焊景象热影响区小清理要求低高频对设备人体危害振荡器件寿命短第五节第五节 高频焊高频焊第五节第五节 高频焊高频焊第五节第五节 高频焊高频焊第五节第五节 高频焊高频焊第五节第五节 高频焊高频焊第五节第五节 高频焊高频焊第五节第五节 高频焊高频焊
