先先进焊接方法

特种焊方法：电子束焊、激光焊、机器人焊接等。压力焊：电阻焊、超声波焊、搅拌摩擦焊、扩散焊等。第1章 电子束焊基本原理：利用空间定向高速运动的电子束，在强电场的作用下，以极快的速度轰击焊件表面，将部分动能转化为热能，从而使焊件熔化，形成焊缝。即：产生电子（发射材料受热发射电子）形成电子束电子束会聚焊件优点：1.穿透能力强，焊缝深宽比大 2.能量密度高 3.焊缝纯度高，接头质量好4.再现性好，工艺适应性强5.可焊材料多缺点：1.设备复杂，投资大，价格昂贵2.焊前对接头加工、装配要求严格3.真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制 4.电子束易受杂散电磁场干扰，影响焊接质量5.焊接时产生的X射线对操作人员有一定影响分类：1、高真空电子束焊、低真空电子束焊、非真空电子束焊 2、高压电子束焊（固定式）、中压电子束焊（固定式和移动式）、低压电子束焊（移动式）应用：在航空、航天、原子能、核反应堆、汽车、压力容器。电子电力工业应用广泛，能焊接稀有金属、活泼金属、难熔金属和非金属陶瓷，可以焊接热处理强化或冷作硬化的材料，接头的力学性能不发生变化，可焊厚板也能焊薄板，易于实现厚度相差很大的街头的焊接。发展方向：1、大功率电子束焊接技术，焊接大厚板 2、大工作空间，焊接大型构件3、向自动化方向发展电子枪是发射、形成和会聚电子束的装置，分为強流枪和弱流枪两种。枪内分为静电透镜和电磁透镜两部分。设备组成：电子枪、高压电源、工作台及传动装置、真空室及抽空系统、电气控制系统。电子束焦点的测量方法：小孔法、细丝法、平板法、缝隙法、倾斜试板法：直接测量电子束的焦点，是比较准确的方法。采用下坡焊，焊后根据试板的倾斜角度、焊接速度v、烧化齿顶宽度，可以求得电子束的焦点位置及尺寸。工艺参数及其影响：1.工作距离：距离过大使电子束斑直径变大，降低了电子束功率密度；距离过小使金属蒸汽进入枪体造成放电现象。因此，在不影响电子枪稳定工作的情况下，应尽量采用短的工作距离。2. 加速电压：电压增大，熔深增大，熔宽减小，原因：电子功率密度增大，电字光学聚焦性能增加。3. 电子束电流：电流增大，熔宽增大，熔深增加的幅度较小。原因：电子束功率密度增大，但电子光学聚焦性能变坏。4. 焊接速度：速度增大，熔深熔宽均减小。5. 焦点位置：焦点变小，熔深增加，熔宽减小。厚板焊接时，焦点应位于工件表面以下；薄板焊接时，焦点应位于工件表面。活性区：在电子束焦点附近，一段功率密度相近的区域。深穿入成型：当束斑功率密度大时，融化金属大量蒸发，熔池在蒸汽压作用下，融化金属被挤出，熔池下凹形成空腔，电子束可以不断作用于焊缝深部，使焊缝截面像钉子。第2章 激光焊原理：利用高能量的激光束对材料进行局部加热，光辐射的能量能在极短的时间内将光能变成热能，将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。特点：与电子束焊相比，不产生x射线，不需要真空室，2w以内的价格较便宜，更适合在生产中推广应用。优点：1.功率密度高 2.能在室温或特殊焊接条件下进行焊接，焊接设备较简单3.可焊难熔材料和异种材料 4.可焊精密仪器5.焊接变形小，可进行微型焊接缺点：1.要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。 2.激光器及其相应系统的成本较高，一次性投资较大。设备：手动焊接机、全自动激光焊机、激光点焊机、光纤传输激光焊机。设备主要由激光器、光学系统、焊接机和控制系统组成。co2激光器和YAG激光器的比较。YAG：波长短为co2的1/10，有利于金属的吸收，可用光纤传输使导光系统大为简化工艺参数：1功率密度：以高于熔点低于沸点为佳。2反射率：反射率随表面温度升高而急剧降低。3穿入深度：传热型激光焊：主要取决于材料的导热系数；深穿入式激光焊：主要取决于激光器的功率密度。4离焦量：表示激光束焦点与工件表面的相对位置，焦点位于工件表面上称之为正离焦，位于工件表面下称之为负离焦。要求熔深大时采用负离焦，薄板焊接时，采用正离焦。5聚焦性：光斑大小工艺方法：片与片之间的焊接、丝与丝之间的焊接、金属丝与块状元件的焊接、不同金属的焊接。应用：铝制车身的焊接、对塑料件进行激光束透射焊接、IC集成电路的封装。激光深熔焊特点：1.深宽比高，焊缝深而窄2.热输入小3.高致密度4.强固焊缝5.精确控制6.非接触优点：1.焊接速度快，焊接区变形小2.生产效率高3.焊缝综合性能高4.加工精度高5.容易实现自动化激光的产生条件：1.工作物质：粒子数反转分布（受激辐射占优势，使原子的分布状态倒转）2.谐振腔3.泵浦源激光切割技术：汽化切割（工件加热到沸点以上）、熔化切割（加热到熔点以上）、痒助熔化切割。第3章 超声波焊接原理：利用高频的弹性机械振动，使焊件接触面间产生高速的相对摩擦运动，把金属表面的氧化膜破坏，温度和塑形增加，使两金属面间达到原子间相互结合。焊件被夹持在上下声级之间，上声级输入超声波振动能量，下声级施加静压力P。分类：分为点焊、环焊、缝焊及线焊。特点：1.能够实现金属、异种金属、金属与非金属以及塑料之间的焊接。2.由于是一种固相焊接方法，因而不会对材料引起高温污染及损伤，尤其对半导体材料。3.实现高热导率及高电导率的材料的焊接。4.与电阻点焊相比，耗用功率小，焊件变形小，焊点强度及强度稳定性高。5.对工件表面清洁度要求不高。缺点：1.焊接需用功率随工件厚度及硬度的提高呈指数剧增，因而只限于丝、箔、片等薄件。2.只适用于搭接接头。应用：电子工业、航空、航天、电气及仪表工业、原子能工业等，焊接常规焊接方法难以焊接的材料，例如物理性能相差很大的异种金属。工艺参数：1. 振动频率：以焊件的厚度及焊件的物理性能为依据。薄板焊接时，应选择高的振动频率。大功率的超声波焊机一般选低振动频率。2. 振动幅度：取决于材料的厚度和性质，每一种材料对振幅而言都有其合适的范围。振幅过高或过低都会降低接头强度。在可能的前提下，应尽量提高振幅，以缩短焊接时间。3. 静压力：静压力过小时不能形成焊点，过大时降低焊点强度。取决于材料厚度与性质，尽可能选用高的静压力，以缩短焊接时间。4. 焊接时间：时间过短来不及形成焊点，过长则降低接头强度。一般焊接时间小于1.5s,最大不超过3s.组成：超声波发生器（输出超声频率的正弦电压）、超声波换能器（是超声波焊接的机械振荡源，把超声波发生器的电磁振荡能量转换为相同频率的机械振动，分为磁致伸缩换能器和压电换能器）、超声波焊机上下声极、聚能器（聚能器的谐振频率等于换能器输出的振动频率）、超声波电源。SPWM（单极性正弦波恒幅脉宽调制方法）信号的形成：其基本原理是控制逆变器开关元件的导通和关断时间比来控制交流电压的大小和频率。Uo与Uf始终保持同极性的关系，即正弦波处于正半周时，载频信号在正值范围内变化，产生正的调制脉冲列。SPWM产生的调制波是一系列等幅、等距而不等宽的脉冲列。脉宽基本上成正弦分布。经倒相后正半周输出正脉冲列，负半周输出负脉冲列。单片机控制时，将正弦函数的周期、采样周期内的时间间隔与脉宽的值一并送入定时器，利用定时中断接口电路送出相应的高低电平，实时产生SPWM脉冲。换能器1.磁致伸缩换能器：有些铁磁材料置于磁场中会在材料的长度方向产生宏观的伸缩现象.2.压电换能器：某些非金属晶体在一定晶面上受力作用时，会出现压电效应第4章 等离子弧焊原理：等离子弧是利用等离子弧枪，将阴极和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度及高能量密度的电弧，等离子弧焊接是利用等离子弧作焊接热源的焊接方法。等离子弧借助三种压缩效应而形成：1.机械压缩效应2.热压缩效应3.磁压缩效应.分类：非转移型等离子弧、转移型等离子弧、混合型等离子弧。等离子弧特性：静态特性、热源特性、挺度。双弧现象：在使用转移型等离子弧进行焊接或切割过程中，正常的等离子弧应稳定地在钨极与焊件之间燃烧，但由于某些原因往往还会在钨极和喷嘴及喷嘴和工件之间产生与主弧并列的电弧，这种现象就称为等离子弧的双弧现象。双弧带来的危害主要表现在下列几个方面：1）破坏等离子弧的稳定性。2）双弧同时存在，减小了主弧电流，降低了主弧的电功率。3）喷嘴受到强烈加热，容易烧坏喷嘴。形成双弧的原因一般认为，在等离子弧焊接或切割时，等离子弧弧柱与喷嘴孔壁之间存在着由离子气所形成的冷气膜。这层冷气膜由于铜喷嘴的冷却作用，具有比较低的温度和电离度，对弧柱向喷嘴的传热和导电都具有较强的阻滞作用。当冷气膜的阻滞作用被击穿时，绝热和绝缘作用消失，产生了双弧象。防止双弧的措施双弧的形成主要是由于喷嘴结构设计不合理或工艺参数选择不当造成，因此防止双弧的措施有：（1）正确选择电流（2）选择合适的离子气成分和流量（3）喷嘴结构设计应合理（4）喷嘴的冷却效果（5）喷嘴端面至焊件表面距离不能过小 等离子弧焊接：使用惰性气体作为工作气和保护气，利用等离子弧作为热源加热并熔化母材金属，使之形成焊接接头的熔焊方法。分类：穿孔型等离子弧焊接、熔透型等离子弧焊接优点：1.能量集中、焊缝深宽比大，截面积小，焊接速度快2.电弧挺直性好3.电弧稳定性好4.没有焊缝夹钨问题。缺点：1.由于需要两股气流，因而使过程控制和焊枪的构造复杂2.由于电弧直径小要求焊枪喷嘴轴线更准确地对中焊缝。应用：直流正接等离子弧焊接可以用于焊接碳钢、合金钢、耐热钢、不锈钢、铜及铜合金、钛及钛合金、镍及镍合金等材料。交流等离子弧焊接主要用于铝及铝合金、镁及镁合金、铝青铜、铍青铜等材料的焊接。不锈钢管纵缝等离子焊接、等离子弧堆焊、等离子弧焊接设备包括焊接电源、控制系统、焊枪、气路系统、水路系统。焊接电源：等离子弧的静特性曲线呈略上升状，故焊接电源应具有下降或垂降的外特性。工艺参数：1.穿孔型焊接：离子气流量、焊接电流、焊接速度、喷嘴高度、保护气流量。2.熔透型焊接：焊接参数与穿孔型等离子弧焊基本相同，焊件熔化和焊缝成形过程与TIG焊相似。第5章 搅拌摩擦焊原理：将焊件固定在工作台上，高速旋转的搅拌头将搅拌针插入焊件的接缝处，搅拌焊针高速旋转与其周围母材摩擦产生的热量和搅拌头的肩部与焊件表面摩擦产生的热量共同作用，使接缝处材料温度升高而软化，同时,搅拌头边旋转边沿着接缝与焊件作相对运动，搅拌焊头的前面的材料发生强烈的塑性变形焊缝组织分为四个区：母材区、热影响区、变形热影响区、焊核。特点：1.焊接接头质量高2.可进行平板的对接与搭接，可焊接直焊缝、角焊缝及环焊缝3.易于实现机械化、自动化，质量比较稳定4.焊接成本低、效率高5.焊接变形小，焊件尺寸精度较高6.绿色焊接，焊接过程中无弧光、无烟尘、无飞溅、噪音低。缺点1.只适用于较小范围、一定厚度的合金2.搅拌头的磨损相对较高3.目前焊接速度不高4.需要特定的家具，设备的灵活性差。应用：主要用于有色金属的焊接，应用于船舶制造工业、航空航天工业、轨道交通及陆路交通工业、汽车工业中的搅拌摩擦点焊等等。焊接参数：焊接速度、搅拌焊头转速、焊接压力、搅拌头倾角、搅拌头插入速度和保持时间。热输入是影响焊接质量的直接、关键因素。第6章 扩散焊原理:在真空或保护气氛中，使平整光滑的焊接表面在温度和压力的同时作用下，发生微观塑性流变，接触面之间的原子相互扩散，使焊接区的成分、组织均匀化，达到牢固的冶金连接的一种压焊焊接方法。特点：1.基体不过热、不熔化2.接头中无铸态组织，不改变材料的物理化学特性3.能焊非金属和异种金属材料4.可焊复杂结构件及厚薄相差大的焊件5.只有界面微观变形，残余应力小，焊后不需加工、整形和清理，是精密件理想的焊接方法。6.自动化程度高，劳动条件好7.表面制备要求高，焊接和辅助时间长。分类：真空和非真空两大类。扩散机制：间隙机制（间隙固溶体中间隙原子的扩散）、空位机制（金属和置换固溶体中原子的扩散）、换位机制。扩散焊过程：1.变形接触阶段：表面在温度和压力下变形，氧化膜破碎，大部分紧密破碎；2.扩散界面推移：界面能量增加，原子迁移速度很快，形成金属键连接；3.界面和孔洞消失：扩散层深度增加，界面和孔洞消失，形成新的界面。应用：可以连接具有不同硬度、强度、相互润湿的各种材料，熔焊难以取得良好焊接效果的材料。工艺参数：1. 温度：在一定温度范围内，温度越高，扩散过程越快，所获接头强度也高。但加热温度受被焊工件和夹具的高温强度、低熔共晶、相变、再结晶等冶金特性限制，一般扩散焊温度在0.60.8Tm之间。2. 压力：在其他参数一定的情况下，采用较高压力能产生较好的接头。对出现液相的扩散焊，可选用较低的压力。在固态扩散焊后期可将压力减小。3. 扩散时间：对不要求成分、组织均匀化的接头，可大大缩短时间，仅需十几分钟即可，但缩短扩散时间，需同时提高温度和压力。4. 焊件表面状态：焊前需严格清理焊件表面。5. 母材的物理、化学性能6. 保护气氛第7章 弧焊机器人完整的焊接机器人系统一般由如下几部分组成：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统(专用焊接电源、焊枪或焊钳等)、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等。焊接机器人系统：直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标型、关节型。机器人的通用指标：1.自由度数（反映机器人灵活性的重要指标）2.负载（指机器人末端能承受的额定载荷）3.工作空间（机器人未装任何末端操作器的最大可达空间）4.最大速度5.点到点重复精度6.轨迹重复精度7.用户内存容量8.插补功能9.语言转换功能10.自诊断功能11.自保护及安全保障功能机器人专用技术指标：1.可以适用的焊接或切割方法2.摆动功能3.焊接P点示教功能4.焊接工艺故障自检和自处理功能5.引弧和收弧功能。第8章 焊缝追踪技术常用的焊缝跟踪传感器：1.机械式传感器2.电磁传感器3.视觉传感器4.电弧传感器。跟踪系统由：焊接电源、送丝机、智能焊接小车、电弧传感器、电流传感器、跟踪执行机构和其他控制单元组成。第9章 电阻焊电阻焊：将被焊工件夹紧于两极之间，通过电流，利用焊件通电时产生的电阻热作热源，将焊件加热到熔化或者塑形状态，且在外力作用下完成焊接过程。因此电阻热（焊接电流）与机械力（电极压力）的恰当配合是获得优质电阻焊接头的必要条件。物理本质：利用电阻热及大量塑形变形的能量，形成结合面的共同晶粒分类：点焊，凸焊，缝焊 ，对焊 。电阻焊的主要优缺点：优点1)热量集中、加热时间短、焊接变形小、热影响区小。2) 熔核形成时，始终被塑性变形包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单，一般不密要填充材料及熔剂，保护气体，焊接生产率高，成本低。3)能适应多类同种及异种金属的焊接，包括镀层钢板的焊接。4)工艺过程简单，易于实现机械化及自动化，上岗前不需要对焊工进行长期培训。5)劳动环境较好，污染小，无噪声和有害气体。缺点1)设备复杂，需配备较高技术等级的维修人员。造价较高，一次投资费用大。2)设备功率大，对电网造成不平衡负载严重，必须接入容量较大的电网。3)目前尚缺少简便、实用的无损检测手段。焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性实验来检测，因此阻碍了电阻焊在质量要求特别高的场合(如航空、航天工业等)的进一步推广应用。边缘效应在电阻点焊过程中当电流流过焊件时，电流导电范围不只限于以电极为底的圆柱体内，其导电范围将从板的中部向边缘扩展。原因：焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横截面积。绕流现象由于焊接区温度不均匀，促使电流线从中间向四周扩散，电流线绕过温度较高区域的现象 双弧现象及危害双弧现象：在使用转移型等离子弧进行焊接或切割过程中，正常的等离子弧应稳定地在钨极与焊件之间燃烧，但由于某些原因往往还会在钨极和喷嘴及喷嘴和工件之间产生与主弧并列的电弧，这种现象就称为等离子弧的双弧现象。双弧带来的危害主要表现在下列几个方面：1）破坏等离子弧的稳定性。2）双弧同时存在，减小了主弧电流，降低了主弧的电功率。3）喷嘴受到强烈加热，容易烧坏喷嘴。2、形成双弧的原因一般认为，在等离子弧焊接或切割时，等离子弧弧柱与喷嘴孔壁之间存在着由离子气所形成的冷气膜。这层冷气膜由于铜喷嘴的冷却作用，具有比较低的温度和电离度，对弧柱向喷嘴的传热和导电都具有较强的阻滞作用。当冷气膜的阻滞作用被击穿时，绝热和绝缘作用消失，产生了双弧象。3、防止双弧的措施双弧的形成主要是由于喷嘴结构设计不合理或工艺参数选择不当造成，因此防止双弧的措施有：（1）正确选择电流（2）选择合适的离子气成分和流量（3）喷嘴结构设计应合理（4）喷嘴的冷却效果（5）喷嘴端面至焊件表面距离不能过小 点焊参数主要有焊接电流、焊接(通电)时间、焊接压力和电极工作截面几何形状与尺寸。I焊接电流