焊接方法第8章压焊ppt课件

1、第第8 8章章 压力焊压力焊分散焊、摩擦焊分散焊、摩擦焊分散衔接技术分散衔接技术 新资料如陶瓷、金属间化合物、非晶态资料及单晶新资料如陶瓷、金属间化合物、非晶态资料及单晶合金等等可焊性差，用传统熔焊方法，很难实现可合金等等可焊性差，用传统熔焊方法，很难实现可靠的衔接。靠的衔接。 一些特殊的高性能构件的制造，要求把性能差别较一些特殊的高性能构件的制造，要求把性能差别较大的异种资料，如金属与陶瓷、铝与钢、钛与钢、大的异种资料，如金属与陶瓷、铝与钢、钛与钢、金属与玻璃等衔接在一同金属与玻璃等衔接在一同-传统熔焊方法难以实现。传统熔焊方法难以实现。 衔接所涉及的范围远远超出传统熔焊的概念衔接所涉及的范

2、围远远超出传统熔焊的概念-为顺为顺应这种要求应这种要求-作为固相衔接的方法之一分散衔接技作为固相衔接的方法之一分散衔接技术引起人们的注重术引起人们的注重-已广泛用于航天、航空、仪已广泛用于航天、航空、仪表及电子等国防部门，并逐渐扩展到机械、化工及表及电子等国防部门，并逐渐扩展到机械、化工及汽车制造等领域。汽车制造等领域。 过程过程( (压焊一种变形压焊一种变形) )： 压力点接触点部分压力点接触点部分塑性变形氧化膜破坏塑性变形氧化膜破坏构成微小衔接构成微小衔接 ；压力作用时间添加蠕变压力作用时间添加蠕变变形分散逐渐生长空变形分散逐渐生长空隙逐渐消逝，衔接界面添隙逐渐消逝，衔接界面添加；加；体积

3、分散空隙完全消逝体积分散空隙完全消逝界面原子结合，界面消界面原子结合，界面消逝逝 分散衔接原理分散衔接原理 工艺参数：工艺参数： 变形与分散是衔接的主要机制，在不同的阶段所变形与分散是衔接的主要机制，在不同的阶段所 占比重不同占比重不同 压力：促使衔接外表产生塑性变形、到达严密接触形压力：促使衔接外表产生塑性变形、到达严密接触形状，加速分散与界面孔洞的弥合及消逝。分散焊工件状，加速分散与界面孔洞的弥合及消逝。分散焊工件普通无宏观塑性变形普通无宏观塑性变形 2 2时间：决议原子分散、界面反响和蠕变的程度。衔时间：决议原子分散、界面反响和蠕变的程度。衔接时间不同，构成的界面产物和界面构造不同。分散

4、接时间不同，构成的界面产物和界面构造不同。分散衔接接头成分均匀化的程度越高，保温时间增长，接衔接接头成分均匀化的程度越高，保温时间增长，接头强度添加。由分散速度决议，普通为几十到几百分头强度添加。由分散速度决议，普通为几十到几百分钟。钟。 3 3温度：温度升高有利于衔接资料间进展原子分散，温度：温度升高有利于衔接资料间进展原子分散，一一 般为般为0.5 0.5 至至0.80.8倍熔点倍熔点KK环境气氛环境气氛 分散衔接普通在真空、非活性气体分散衔接普通在真空、非活性气体ArAr、N2N2或大气气氛环境下进展；或大气气氛环境下进展； 普通真空分散焊接头强度高于在非活性气普通真空分散焊接头强度高于

5、在非活性气体和空气中衔接的接头强度；体和空气中衔接的接头强度； 真空中的资料在温度升高时，气领会从零真空中的资料在温度升高时，气领会从零件和真空室内壁中析出件和真空室内壁中析出-计算和实验结果计算和实验结果阐明，常用真空度范围内阐明，常用真空度范围内1.331.331.331.3310-10-3Pa3Pa，就足以保证衔接外表到达一定的清，就足以保证衔接外表到达一定的清洁度洁度-从而确保实现可靠衔接。从而确保实现可靠衔接。 外表形状外表形状 外表形状对衔接过程和衔接质量影响很大，外表形状对衔接过程和衔接质量影响很大，焊前必需进展精加工、磨平甚至抛光。焊前必需进展精加工、磨平甚至抛光。 外表清理：

6、外表清理： 分散衔接前的加工和存放过程分散衔接前的加工和存放过程中，被衔接外表不可防止地构成氧化物、覆中，被衔接外表不可防止地构成氧化物、覆盖着油脂和灰尘等盖着油脂和灰尘等-衔接前需经过脱脂、衔接前需经过脱脂、去除氧化物及气体处置等工艺过程。去除氧化物及气体处置等工艺过程。 外表处置方法：机加、化学侵蚀、超声波清外表处置方法：机加、化学侵蚀、超声波清洗洗中间层选择中间层选择 结晶化学性能差别较大的两种资料衔接时，极结晶化学性能差别较大的两种资料衔接时，极易在接触界面生成脆性金属间化合物。易在接触界面生成脆性金属间化合物。 措施：选择中间层，使中间层金属与两侧资措施：选择中间层，使中间层金属与两

7、侧资料都能较好的结合，生成固溶体，那么实现良料都能较好的结合，生成固溶体，那么实现良好的衔接。好的衔接。 两种资料的热膨胀系数差别大，在接头区域极两种资料的热膨胀系数差别大，在接头区域极易产生很大的内应力。易产生很大的内应力。 措施：用软的中间层甚至几个中间层过措施：用软的中间层甚至几个中间层过渡渡, ,缓和接头的内应力缓和接头的内应力中间层选择中间层选择 分散衔接时，中间层资料非常主要，除了可以分散衔接时，中间层资料非常主要，除了可以无限互溶的资料以外，异种资料、陶瓷、金属无限互溶的资料以外，异种资料、陶瓷、金属间化合物等资料多采用中间夹层的分散衔接。间化合物等资料多采用中间夹层的分散衔接。

8、 中间层可采用多种方式添加，如薄金属垫片、中间层可采用多种方式添加，如薄金属垫片、非晶态箔片、粉末对难以制成薄片的脆性资非晶态箔片、粉末对难以制成薄片的脆性资料和外表镀膜如蒸镀、料和外表镀膜如蒸镀、PVDPVD、电镀、离子、电镀、离子镀、化学镀、喷镀、离子注入等。镀、化学镀、喷镀、离子注入等。 中间层选择原那么中间层选择原那么 1 1容易塑性变形，熔点比母材低。容易塑性变形，熔点比母材低。 2 2物理化学性能与母材的差别比被衔接材物理化学性能与母材的差别比被衔接材 料之间的差别小。料之间的差别小。 3 3不与母材产生不良的冶金反响，如不产不与母材产生不良的冶金反响，如不产 生脆性相或不希望出现

9、的共晶相。生脆性相或不希望出现的共晶相。 4 4不引起接头的电化学腐蚀。不引起接头的电化学腐蚀。分散衔接的特点分散衔接的特点 1 1接合区域无凝固接合区域无凝固( (铸造铸造) )组织，不生成气孔、宏观组织，不生成气孔、宏观 裂纹等熔焊时的缺陷。裂纹等熔焊时的缺陷。 2 2同种资料接合时，可获得与母材性能一样的接同种资料接合时，可获得与母材性能一样的接 头，几乎不存在剩余应力。头，几乎不存在剩余应力。 3 3可以实现难焊资料的衔接。塑性差或熔点高的同可以实现难焊资料的衔接。塑性差或熔点高的同 种资料、相互不溶解或在熔焊时会产生脆性金种资料、相互不溶解或在熔焊时会产生脆性金属属 间化合物的异种资

10、料包括金属与陶瓷，分间化合物的异种资料包括金属与陶瓷，分散散 衔接是可靠的衔接方法之一。衔接是可靠的衔接方法之一。 4 4精度高，变形小，精细接合。精度高，变形小，精细接合。 5 5可以进展大面积板及圆柱的衔接。可以进展大面积板及圆柱的衔接。 6 6采用中间层可减少剩余应力。采用中间层可减少剩余应力。分散衔接的缺陷分散衔接的缺陷 1 1无法进展延续式批量消费。无法进展延续式批量消费。 2 2时间长，本钱高。时间长，本钱高。 3 3接合外表要求严厉。接合外表要求严厉。 4 4设备一次性投资较大，且衔接工件的尺设备一次性投资较大，且衔接工件的尺寸遭到设备的限制。寸遭到设备的限制。摩擦焊摩擦焊 利用

11、焊件相对摩擦运利用焊件相对摩擦运动产生的热量，使衔动产生的热量，使衔接端部到达热塑性形接端部到达热塑性形状状-然后迅速顶锻，然后迅速顶锻，破碎界面氧化膜破碎界面氧化膜-并经过界面元素分散并经过界面元素分散及再结晶冶金反响实及再结晶冶金反响实现可靠衔接的一种压现可靠衔接的一种压力焊方法。力焊方法。 可焊接大多数同种或异种金属。高温时，塑性良好可焊接大多数同种或异种金属。高温时，塑性良好的同种金属以及可以互溶、分散的异种金属，都具的同种金属以及可以互溶、分散的异种金属，都具有良好的焊接性。有良好的焊接性。 高温强度高、塑性低、导热性好的资料不容易焊接，高温强度高、塑性低、导热性好的资料不容易焊接，

12、如不锈钢如不锈钢- -铜、硬质合金铜、硬质合金- -钢等。钢等。 活性金属如钛、锆等活性金属如钛、锆等 、外表氧化膜不易破碎或、外表氧化膜不易破碎或有镀膜、渗层及摩擦系数小如铸铁、黄铜等的有镀膜、渗层及摩擦系数小如铸铁、黄铜等的金属很难焊接。金属很难焊接。 优点优点 属固相焊，焊接接头质量高，废品属固相焊，焊接接头质量高，废品率是闪光焊的率是闪光焊的1%1%，接头组织致密；，接头组织致密； 工件变形量焊接余量小，焊前工件变形量焊接余量小，焊前不需特殊外表处置，不需填充资料不需特殊外表处置，不需填充资料和维护气体；和维护气体； 适宜于大多数同种或异种金属的焊适宜于大多数同种或异种金属的焊接；接；

13、 操作简单、易于实现机械化、自动操作简单、易于实现机械化、自动化；化； 高效、节能、环保无火花、弧光、高效、节能、环保无火花、弧光、有害气体。有害气体。 缺陷缺陷 焊件的构造外形与焊接位置受限；焊件的构造外形与焊接位置受限； 对焊件的加工与夹持要求较高；对焊件的加工与夹持要求较高； 接头有飞边，焊后需进展机械加工接头有飞边，焊后需进展机械加工去除；去除； 设备一次性投资费用高。设备一次性投资费用高。摩擦焊分类摩擦焊分类 延续驱动摩擦焊延续驱动摩擦焊 惯性摩擦焊惯性摩擦焊 相位摩擦焊相位摩擦焊 径向摩擦焊径向摩擦焊 线性摩擦焊线性摩擦焊 搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊 通常所说的摩擦焊主要是指通常所说的摩

14、擦焊主要是指延续驱动摩擦焊、相位控制延续驱动摩擦焊、相位控制摩擦焊、惯性摩擦焊和轨道摩擦焊、惯性摩擦焊和轨道摩擦焊，统称传统摩擦焊，摩擦焊，统称传统摩擦焊，共同特点是靠两个待焊件之共同特点是靠两个待焊件之间的相对摩擦运动产生热能。间的相对摩擦运动产生热能。 而搅拌摩擦焊是靠搅拌头和而搅拌摩擦焊是靠搅拌头和待焊件之间的相对摩擦运动待焊件之间的相对摩擦运动产生热量而实现焊接。产生热量而实现焊接。搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊 英国焊接研讨所英国焊接研讨所19911991年推出：焊接时高速旋转的搅拌年推出：焊接时高速旋转的搅拌头上的特形搅拌针插入工件的接缝处，与工件摩擦生头上的特形搅拌针插入工件的接缝处，与工

15、件摩擦生热，使被焊金属呈热塑性形状热，使被焊金属呈热塑性形状 , ,搅拌金属构成一个空搅拌金属构成一个空腔并随搅拌头前移，被挤出的热塑性金属填入先前构腔并随搅拌头前移，被挤出的热塑性金属填入先前构成的空腔，冷却后即构成致密的焊缝。成的空腔，冷却后即构成致密的焊缝。 搅拌头扎入阶段搅拌头扎入阶段 是将具有一定转速的搅是将具有一定转速的搅拌头缓慢扎入接合面内，在扎入过程终拌头缓慢扎入接合面内，在扎入过程终了时热循环温度到达最高。随着搅拌头了时热循环温度到达最高。随着搅拌头沿焊缝方向行走，热循环温度迅速下降。沿焊缝方向行走，热循环温度迅速下降。 搅拌摩擦焊接过程搅拌摩擦焊接过程分为三个阶段：分为三个

16、阶段： 搅拌头扎入阶段搅拌头扎入阶段 搅拌头沿焊缝方搅拌头沿焊缝方向行走阶段向行走阶段 搅拌头提起阶段搅拌头提起阶段 搅拌头沿焊缝方向行走阶段搅拌头沿焊缝方向行走阶段 搅拌头必需向搅拌头必需向前方金属施加挤压作用，搅拌针的旋转促使前方金属施加挤压作用，搅拌针的旋转促使资料流动到搅拌头后方的空腔内，因此搅拌资料流动到搅拌头后方的空腔内，因此搅拌头与焊件间的摩擦作用较强，摩擦热输入和头与焊件间的摩擦作用较强，摩擦热输入和热循环温度较高。热循环温度较高。 搅拌头提起阶段搅拌头提起阶段 搅拌头与焊件界面间的摩搅拌头与焊件界面间的摩擦热输入不断降低，因此热循环最高温度降擦热输入不断降低，因此热循环最高温

17、度降低。搅拌头分开焊件后，低。搅拌头分开焊件后， 在焊缝的终端构在焊缝的终端构成一个匙孔。成一个匙孔。热影响热影响区区热机影响区热机影响区焊焊 核核 区区 搅拌摩擦焊接参数主要搅拌摩擦焊接参数主要包括搅拌头转速包括搅拌头转速n n、焊接、焊接速度速度v v 、搅拌头仰角和轴、搅拌头仰角和轴肩压力铝镁合金的搅拌肩压力铝镁合金的搅拌摩擦焊接头的检测结果。摩擦焊接头的检测结果。 搅拌头仰角表示搅拌头向后倾斜的程度，向后倾斜的目搅拌头仰角表示搅拌头向后倾斜的程度，向后倾斜的目的是对焊缝施加压力，改动接头致密性和软化资料填充。的是对焊缝施加压力，改动接头致密性和软化资料填充。 轴肩压力除了影响搅拌摩擦产热以外，还对搅拌后轴肩压力除了影响搅拌摩擦产热以外，还对搅拌后的塑性金属施加压紧力，防止高温塑性金属的塑性金属施加压紧力，防止高温塑性金属“上浮，上浮，控制焊缝成形和孔洞。控制焊缝成形和孔洞。 目前搅拌摩擦焊主要用于熔焊性能不好、强度级别目前搅拌摩擦焊主要用于熔焊性能不好、强度级别不高的铝、镁、铜、钛等有色金属及其合金的焊接。不高的铝、镁、铜、钛等有色金属及其合金的焊接。 (1) (1) 焊接速度不高：板材单道焊接速度低于电弧焊。焊接速度不高：板材单道焊接速度低于电弧焊。(2) (2) 焊件的夹持要求较高：不同的构造