现代焊接及切割方法

1、 湖南理工学院机械学院湖南理工学院机械学院11 11级汽车服务班级汽车服务班 李会李会19541954年法国年法国J.A.StohrJ.A.Stohr博士成功焊接了核反应堆燃料博士成功焊接了核反应堆燃料包壳，标志电子束焊接金属获得成功；包壳，标志电子束焊接金属获得成功； 1 1、电子束焊接发展简史、电子束焊接发展简史电子束焊接技术起源于德国，电子束焊接技术起源于德国，19481948年前西德物理学家年前西德物理学家K.H. SteigerwaldK.H. Steigerwald首次提出用电子束焊接的设想；首次提出用电子束焊接的设想；电子束的发现迄今已有电子束的发现迄今已有100100多年的历史

2、；多年的历史；19571957年年1111月，在法国巴黎召开的国际原子能燃料元月，在法国巴黎召开的国际原子能燃料元件技术大会上公布了该技术，电子束焊接被确认为件技术大会上公布了该技术，电子束焊接被确认为一种新的焊接方法；一种新的焊接方法；19581958年开始，美国、英国、日本及前苏联开始进行年开始，美国、英国、日本及前苏联开始进行 电子束焊接方面的研究；电子束焊接方面的研究；上世纪上世纪6060年代后，我国开始从事电子束焊接研究；年代后，我国开始从事电子束焊接研究；2 2、电子束焊接的基本特征、电子束焊接的基本特征 电子束焊接的过电子束焊接的过程程 电子束焊接是一电子束焊接是一种高能量密度的

3、熔种高能量密度的熔化焊方法。它是利化焊方法。它是利用空间定向高速运用空间定向高速运动的电子束，撞击动的电子束，撞击工件后将部分动能工件后将部分动能转化为热能，从而转化为热能，从而使被焊工件熔化，使被焊工件熔化，形成焊缝。形成焊缝。三级电子枪结构示意图三级电子枪结构示意图1 1阴极；阴极；2 2偏压电极；偏压电极；3 3阳极；阳极；4 4聚焦线圈；聚焦线圈；5 5偏转线圈；偏转线圈；6 6工件；工件；7 7电子束；电子束；U Ub b加速电压；加速电压；U UB B偏压；偏压；电子束焊接特点电子束焊接特点(1)(1)电子束焊接的优点电子束焊接的优点(2)(2)电子束焊接的不足电子束焊接的不足a加

4、热功率密度大。焊接用电子束电流为几十到几百焊接用电子束电流为几十到几百毫安，最大可达毫安，最大可达l000mAl000mA以上；加速电压为几十到几以上；加速电压为几十到几百千伏；故电子束功率从几十千瓦到百千伏；故电子束功率从几十千瓦到100kw100kw以上，而以上，而电子束焦点直径小于电子束焦点直径小于1mm1mm。故电子束焦点处的功率密。故电子束焦点处的功率密度可达度可达103105Kw/cm2103105Kw/cm2，比普通电弧功率密度高，比普通电弧功率密度高10010001001000倍。倍。b焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊的深宽比很难超通常电弧焊的深宽比很难超过过2 2，电子束焊

5、的深度比在，电子束焊的深度比在5050以上。电子束焊比电弧以上。电子束焊比电弧焊可节约大量填充金属和电能，可实现高深宽比的焊可节约大量填充金属和电能，可实现高深宽比的焊接，深宽比达焊接，深宽比达6060：1 1，可依次焊透，可依次焊透0.1300mm0.1300mm厚度厚度的不锈钢板。的不锈钢板。 优点c.c. 焊接速度快，焊接速度快，焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集中、熔化和凝固过程快热影响区小，焊接变形小。对精加中、熔化和凝固过程快热影响区小，焊接变形小。对精加工的工件可用作最后的连接工序，焊后工件仍能保持足够的工的工件可用作最后的连接工序，焊后工件

6、仍能保持足够的精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改善，高温作用时精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改善，高温作用时间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。d d焊缝纯度高。焊缝纯度高。真空电子束焊的真空度一般为真空电子束焊的真空度一般为5 510-4Pa10-4Pa，适合焊接钛及钛合金等活性材料。适合焊接钛及钛合金等活性材料。e. e. 焊接工艺参数调节范围广，适应性强。焊接工艺参数调节范围广，适应性强。电子束焊接的工电子束焊接的工艺参数可独立地在很宽的范围内调节，控制灵活，适应性强，艺参数可独立地在很宽的范围内调节，控制灵活，适应性强，再现性好，而且电子束

7、焊焊接参数易于实现机械化、自动化再现性好，而且电子束焊焊接参数易于实现机械化、自动化控制，提高了产品质量的稳定性。控制，提高了产品质量的稳定性。f. f. 可焊材料多。可焊材料多。不仅能焊金属和异种金属材料的接头不仅能焊金属和异种金属材料的接头, ,也可也可焊接非金属材料焊接非金属材料, ,如陶瓷、石英玻璃等。如陶瓷、石英玻璃等。 需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和形状受到真空室的限制（非真空环境的电子束焊，是重要形状受到真空室的限制（非真空环境的电子束焊，是重要的研究方向）；的研究方向）； 由于真空室的存在，抽真空成为影响循环

8、时间的主要障碍由于真空室的存在，抽真空成为影响循环时间的主要障碍（目前用于齿轮焊接的单台电子束设备循环时间很难做到（目前用于齿轮焊接的单台电子束设备循环时间很难做到60s60s以内）；以内）； 有磁偏移：由于电子带电，会受磁场偏转影响，故要求电有磁偏移：由于电子带电，会受磁场偏转影响，故要求电子束焊工件焊前去磁处理；子束焊工件焊前去磁处理； X X射线问题：射线问题：X X射线在高压下特别强，需对操作人员实施保射线在高压下特别强，需对操作人员实施保护；护； 对工件装配质量要求严格，同时工件表面清洁的要求也较对工件装配质量要求严格，同时工件表面清洁的要求也较高。高。 缺点缺点1.激光焊接的原理及

9、应用激光焊接的原理及应用 激光焊接的原理：用激光来加热，并能穿激光焊接的原理：用激光来加热，并能穿透透明介质，焊到透明介质容器里的一种透透明介质，焊到透明介质容器里的一种高能量的焊接方法。高能量的焊接方法。 激光焊接的应用：运用到医学中（比如患激光焊接的应用：运用到医学中（比如患者视网膜脱落，就可用激光透过眼球焊到者视网膜脱落，就可用激光透过眼球焊到眼球后面，将视脱落的网膜和眼球焊到一眼球后面，将视脱落的网膜和眼球焊到一起）；机器人激光切割；机器人激光焊接；起）；机器人激光切割；机器人激光焊接；机器人激光雕刻；集成电路片雕刻。机器人激光雕刻；集成电路片雕刻。 2.激光焊接的优点及适用条件激光焊

10、接的优点及适用条件 激光焊接具有焊接速度快、能量密度高、灵激光焊接具有焊接速度快、能量密度高、灵活性大，可精确控制，穿透能力强，焊缝的活性大，可精确控制，穿透能力强，焊缝的深度比大，热输入量低，焊接变形小，可在深度比大，热输入量低，焊接变形小，可在大气中焊接等优点，不需要真空环境或气体大气中焊接等优点，不需要真空环境或气体保护。属非接触焊接，整个焊接过程速度很保护。属非接触焊接，整个焊接过程速度很快，焊接热影响区和焊接变形小，特别适合快，焊接热影响区和焊接变形小，特别适合于精密结构件和热敏感器件的焊接。可以借于精密结构件和热敏感器件的焊接。可以借助偏转棱或通过光导纤维引导到难以接近的助偏转棱或

11、通过光导纤维引导到难以接近的部位进行焊接；也可以通过透明料底壁进行部位进行焊接；也可以通过透明料底壁进行焊接；可以对绝缘导体直接焊接，而不必清焊接；可以对绝缘导体直接焊接，而不必清除绝缘层。实现异种金属的焊接，还可用于除绝缘层。实现异种金属的焊接，还可用于非金属材料的焊非金属材料的焊接。接。 3.激光焊接相关图片激光焊接相关图片 激光焊接原理示意图激光焊接原理示意图激光焊接机激光焊接机激光焊接产品激光焊接产品激光切割激光切割 该技术采用激光束照射到钢板表该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光源一般用二氧化碳并蒸发。激光源一般用二氧化碳激

12、光束，工作功率为激光束，工作功率为5002500瓦。该功率的水平比许多家用电瓦。该功率的水平比许多家用电暖气所需要的功率还低，但是，暖气所需要的功率还低，但是，通过透镜和反射镜，激光束聚集通过透镜和反射镜，激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热，使不锈能够进行迅速局部加热，使不锈钢蒸发。此外，由于能量非常集钢蒸发。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。利用激光可以非常或没有变形。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所准确地切割复杂形状的

13、坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处切割的坯料不必再作进一步的处理。理。 激光切割的特点激光切割的特点 1.切割质量好：激光束聚集性好，光斑切割质量好：激光束聚集性好，光斑小，切缝细，可以进行精密切割。小，切缝细，可以进行精密切割。 2.激光切割速度快、效率高激光切割速度快、效率高: 切割低碳切割低碳钢、钛板这类材料，切割速度可达每分钢、钛板这类材料，切割速度可达每分钟数米至数十米。激光光斑小，切缝细，钟数米至数十米。激光光斑小，切缝细，可节省材料。可节省材料。 3.激光切割设备费用高，一次性投资大。激光切割设备费用高，一次性投资大。 扩散焊又称扩散连接，是把两个或两个以上的固相材料扩散焊又称

14、扩散连接，是把两个或两个以上的固相材料（或包括中间层材料）紧压在一起，置于真空或保护气氛（或包括中间层材料）紧压在一起，置于真空或保护气氛中加热至母材熔点一下温度，对其施加压力使连接界面微中加热至母材熔点一下温度，对其施加压力使连接界面微观塑性变形达到紧密接触，再经保温、原子相互扩散而形观塑性变形达到紧密接触，再经保温、原子相互扩散而形成牢固的冶金结合的一种连接方法。成牢固的冶金结合的一种连接方法。 通常根据焊接过程中是否出现液相将扩散焊分为固态扩散通常根据焊接过程中是否出现液相将扩散焊分为固态扩散焊和瞬间液相扩散焊。焊和瞬间液相扩散焊。 扩散焊是适用于航空、航天等高技术领域和新材扩散焊是适用

15、于航空、航天等高技术领域和新材料的连接需要而迅速发展起来的一种精密连接方料的连接需要而迅速发展起来的一种精密连接方法。如陶瓷、金属间化合物、非晶和单晶合金材法。如陶瓷、金属间化合物、非晶和单晶合金材料等一些特殊材料，用传统的熔焊方法难以实现料等一些特殊材料，用传统的熔焊方法难以实现可靠连接；一些高性能构件往往需要与性能差异可靠连接；一些高性能构件往往需要与性能差异较大的异种材料连接，例如金属与陶瓷、铝与钢、较大的异种材料连接，例如金属与陶瓷、铝与钢、钛与钢、金属与玻璃等的连接。钛与钢、金属与玻璃等的连接。 电阻辐射加热真空扩散连接设备结构电阻辐射加热真空扩散连接设备结构原理示意图原理示意图 1下压头 2上压头 3加热器 4真空炉体