其他焊接方法特点、分类和工艺

1、其他焊接方法特点、分类和工艺2第7章 其他焊接方法 学习目标 掌握电阻焊、钎焊的原理、分类、特点及应用。 了解电阻点焊的设备及焊接工艺。 掌握典型钎料的作用、分类、型号。 能够制定钎焊的焊接工艺。 了解激光焊、电子束焊以及摩擦焊、螺柱焊的原理、 特点及应用。3第7章 其他焊接方法主要内容 7.1 电阻焊 7.2 钎焊 7.3 高能束流焊接 7.4 摩擦焊 7.5 螺柱焊第7章 其他焊接方法 近年来，焊接技术得到了突飞猛进的发展，焊接方法种类很多，除了生产中常用的焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧、等离子弧焊接与切割外，还有一些适合于特殊焊接结构的焊接方法，如电阻焊、钎焊、激光焊、电子束焊以及摩擦

2、焊和螺柱焊等。 这些方法与技术对保证产品质量，以及在一些特殊领域起到了十分重要的作用。 57.1 电阻焊 电阻焊是应用最广泛的一种压焊方法，电阻焊已在航空、汽车、车辆、建筑、量具、刃具及无限电器件等工业中得到了广泛的应用。 电阻焊有三大显著特点： 一、焊接的热源是电阻热，故称电阻焊； 二、焊接时工件必须接触，因而也称接触焊； 三、焊接时需施加压力，故属于压焊；7.1.1 电阻焊的原理、特点及应用 电阻焊是将工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法，英文简称为RW。 7.1 电阻焊 电阻焊时，产生的电阻热通常由三部分组成，即工件之间的接触电阻、电极

3、与工件间的接触电阻和工件本身电阻，以点焊为例。 7.1.1 电阻焊的原理、特点及应用1、基本原理7.1 电阻焊 （a）点焊 （b）缝焊 （c）凸焊 （d）电阻对焊 （e）闪光对焊 按工艺特点可直接将电阻焊分为点焊、凸焊、缝焊、电阻对焊和闪光对焊五类。 7.1.1 电阻焊的原理、特点及应用 2、分类7.1 电阻焊优点：（1）焊接生产率高 内部热源，损失少，热效率较高。（2）焊接质量好 冶金过程简单，不易受空气侵害，化 学成分均匀，热影响区小，变形小，易于控制。（3）焊接成本较低 不用填充材料，一般不用保护气， 利用电能。（4）劳动条件较好 不会产生有害气体，也没强光辐射 ，过程简单，易于实现机械

4、化和自动化，降低工人 劳动强度。 7.1.1 电阻焊的原理、特点及应用 2、特点7.1 电阻焊 缺点 （1）对参数波动敏感 过程很快，因某种因素发生波 动，对焊接质量的稳定性有影响，往往来不及调整。 （2）焊后难于无损检测重要的承力结构中使用要慎重。 （3）结构受较多限制点焊、缝焊一般只适用于薄板和搭 接接头，厚度太大则受到限制，搭接接头又浪费材料 ，降低承载能力。对薄板类零件焊接则比较困难。 （4）设备功率大、复杂 需要大功率的供电系统，精度高 、刚度较大的机械系统，因此成本高。7.1.1 电阻焊的原理、特点及应用 2、特点7.1 电阻焊 电阻点焊、缝焊和凸焊由于焊接电流大（几千至几万安培）

5、，通电时间短(几周波至几秒)，生产率高，适用于大批量生产，主要用于焊接厚度在3mm以下的薄板接构。对焊主要用于对接直径在20mm以下的棒材或线材，不适合大断面对接和薄壁管子对接。 电阻焊工件接头形式和厚度受到一定限制，但是适用于电阻焊的结构和零件仍然非常广泛。如飞机机身、高速铁路钢轨、汽车车身、自行车钢圈、锅炉钢管接头、轮船的锚链、洗衣机和电冰箱的壳体等。电阻焊所能焊接的材料种类也很多，例如碳素钢、低合金钢、铝铜等非金属及其合金。7.1.1 电阻焊的原理、特点及应用 3. 应用7.1 电阻焊7.1.2 点焊（spot welding） 焊接时，将工件放入两电极之间，电极施加压力压紧工件后，电源

6、通过电极向工件通电加热，在工件内部形成熔核。断电后熔核在电极压力作用下凝固结晶，形成点焊接头。 7.1 电阻焊7.1.3 凸焊（projection welding） 凸焊是在一工件的接合面上预先加工出一个或多个凸起点，使其与另一工件表面相接触、加压，并通电加热，凸起点压溃后，使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。7.1 电阻焊7.1.4 缝焊（seam welding） 缝焊即连续点焊。缝焊就是将工件装配成搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压工件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法 。7.1 电阻焊7.1.5 对焊（butt welding） 对焊是一种高效率、易实现过程

7、自动化的焊接方法。它是把两工件相对放置，利用电阻热为热源，然后加压将两工件沿整个端面同时焊接起来的电阻焊方法。其主要特点是效率高、易于实现自动焊。通常按加压和通电方式的不同将对焊分为电阻对焊、闪光对焊。 对焊主要用于型材的接长(钢轨等)、闭合零件的拼口(轮圈等)、异种金属对焊(刀具等)、部件的组焊(后桥壳体等)。由于生产率高、质量可靠、易于实现自动化，因而获得了日益广泛的应用。7.1 电阻焊1、电阻对焊（resistance butt welding）7.1.5 对焊（butt welding） 电阻对焊是将工件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热将工件端面加热到塑性状态，然后迅速施加

8、预锻力完成焊接的方法 。7.1 电阻焊2、闪光对焊（flash butt welding）7.1.5 对焊（butt welding） 闪光对焊是将工件装配对正后，接通电源，并使工件端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预热温度时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。7.1 电阻焊2、闪光对焊（flash butt welding）7.1.5 对焊（butt welding）7.2 钎焊（braze welding） 钎焊作为一种金属连接方法，已有几千年历史。随着科学技术的进步，钎焊技术才有了较大的发展。目前钎焊已成为现代焊接技术

9、的三大重要组成部分之一，并在各工业部门中起着越来越重要的作用，特别是在机电、电子、仪表及航空工业已成为一种不可取代的工艺方法。 钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。7.2.1 钎焊原理、种类、特点7.2 钎焊（braze welding） 钎焊与熔焊之间既有相同点，但也存在本质区别。钎焊时虽有钎料熔化而母材保持固态，钎料的熔点低于母材熔点，熔化的钎料依靠润湿和毛细作用吸人并保持在母材间隙内，依靠液态钎料与固态母材间的相互扩散形成金属结合。 钎焊关键是如何获得一个优

10、质接头。这样的接头只有在液态钎料充分地流入并致密地填满全部钎缝间隙，又能与钎焊金属很好地相互作用的前提下才可能获得。1. 钎焊原理7.2.1 钎焊原理、种类、特点7.2 钎焊（braze welding） 2. 种类 随着钎焊技术的发展，钎焊方法的种类越来越多。钎焊可按以下多种方法进行分类：（1）按钎焊温度分：低温钎焊（450以下）、中温钎焊（450950）及高温钎焊（950以上）。将450以下的钎焊称为软钎焊，450以上的钎焊称为硬钎焊。（2）按加热方法分：烙铁钎焊、火焰钎焊、炉中钎焊、电阻钎焊、感应钎焊以及浸渍钎焊等。近年来，已采用了新的加热技术，如石英加热钎焊、红外线加热钎焊以及陶瓷膜钎

11、焊等。7.2.1 钎焊原理、种类、特点7.2 钎焊（braze welding） 3. 特点: 同熔焊方法比1.加热温度低于金属熔点，钎料熔化，焊件并不熔化，焊件 金属的组织和性能变化很小。钎焊后，应力和变形很小。2.某些钎焊方法，如自行车车架的焊接。还可以焊接其他方 法无法焊接的结构形状复杂的工件。3.不但可以焊接同种金属，异种金属或合金以及金属与非金 属的连接，例如原子能反应堆中的金属与石墨的钎焊。4.钎焊接头强度比较低、耐热能力比较差。 5.以搭接接头为主，使结构重量增加。7.2.1 钎焊原理、种类、特点7.2 钎焊（braze welding）7.2.2 钎料与钎剂 钎料是钎焊时用作形

12、成钎缝的填充金属。钎焊接头的质量与性能在很大程度上取决于钎料。 钎剂是钎焊时使用的溶剂，它的主要作用是去除母材和液态钎料表面上的氧化物，保护母材和钎料在加热过程中不致进一步氧化，改善钎料对母材表面的润湿能力。7.2 钎焊（braze welding）7.2.3 钎焊方法及钎焊工艺 火焰钎焊 浸渍钎焊7.2 钎焊（braze welding）7.2.3 钎焊方法及钎焊工艺 感应钎焊 炉中钎焊7.3 高能束流焊接 高能束焊通常指功率密度达到105 Wcm2以上的焊接方法，其束流由电子、光子、离子或二种以上的粒子组合而成。它能大大改善材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。是当今

13、世界高科技与制造技术相结合的产物，是制造工艺发展的前沿领域和重要方向中不可缺少的特种焊接技术。我们只介绍激光焊和电子束焊这两种方法。 7.3.1 激光焊（laser beam welding） 激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击工件所产生的热量进行焊接的方法。该焊接技术已广泛应用在航空、航天、造船、石化、机械和电子等行业。7.3 高能束流焊接1、工作原理 激光具有亮度高以及方向性、单色性、相干性好四大特点。激光上述的特性可以使激光能量在空间和时间上高度集中，因而是进行焊接和切割的理想热源。7.3.1 激光焊（laser beam welding） 利用激光器受激产生激光束，通过聚焦系统将其聚集

14、成半径微小的光斑，当调焦到被焊工件的接缝时，光能转换为热能，从而使金属熔化形成焊接接头 。7.3 高能束流焊接2、分类根据激光的输出方式，激光焊接可分为连续激光焊和脉冲激光焊。连续激光焊可以使用大功率的钇铝石榴石激光器，但用得最多的还是CO2激光器。根据实际作用在工件上的功率密度，激光焊接还可分为热传导焊接(功率密度105W/cm2)和深熔焊接(功率密度105W/cm2)。7.3.1 激光焊（laser beam welding） 7.3 高能束流焊接 3、特点（1）功率密度高，加热集中，温度高、热影响区窄，应 力和变形极小。（2）深宽比大，目前已达12:1，焊接速度高。（3）适宜于难熔金属、

15、热敏感性强的金属以及热物理性 能相差悬殊、尺寸和体积悬殊工件的焊接，甚至可 以焊接陶瓷、有机玻璃等非金属材料。（4）能透射、反射，有的还可以用光纤传输。7.3.1 激光焊（laser beam welding） 7.3 高能束流焊接（5）激光束不受电磁干扰，无磁偏吹现象，适宜于焊接 磁性材料。（6）与电子束焊接相比，不需要真空室，不产生X射线， 观察及对中方便。（7）一台激光器可以完成多种工作，既可焊接，还可以 打孔、切割、合金化和热处理等。7.3.1 激光焊（laser beam welding） 注意：板厚超过19mm 时不适用于实际生产应用；处于激光束下的接头必须精确定位、装配；激光器的

16、光电转换率一般小于10；焊缝冷却速度快，易产生气孔和脆性；铝和铜由于传热率和反射率高，不适于激光焊。7.3 高能束流焊接7.3.2 电子束焊（electronic beam welding）1、原理 电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的工件所产生的热能进行焊接的方法。 7.3 高能束流焊接2、特点 优点:(1) 焊缝深宽比大。 (2) 焊接速度快，热影响区小、焊接变形小 。 (3) 焊缝质量高 。(4) 适应性强。(5) 焊接可达性好。(6) 通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的自动焊接，也可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷，提高接头质量。7.3.2 电子束焊（elect

17、ronic beam welding）7.3 高能束流焊接缺点：(1) 设备比较复杂，价格昂贵。 (2) 焊前对接头加工、装配要求严格，必须保证接头位 置准确、间隙小而均匀。(3) 真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常受到真 空室的限制。 (4) 电子束易受杂散电磁场干扰，影响焊接质量。(5) 电子束焊接时会产生X射线，需要严加防护以确保 操作人员的健康和安全。7.3.2 电子束焊（electronic beam welding）7.3 高能束流焊接3、分类及应用电子束焊的分类方法很多，通常多按照加速电压和工件所处环境的真空度来分类。按电子束加速电压的高低可分为高压电子束焊接(120kV以上

18、)、中压电子束焊接(60kV100kV)和低压电子束焊接(40kV以下)三类。按被焊工件所处环境的真空度可分为三种：高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。7.3.2 电子束焊（electronic beam welding）7.3 高能束流焊接3、分类及应用 目前，非真空电子束焊接已开始在工业中应用，如薄板高速焊接，特别是不等厚接头的焊接。当前世界上建立的最大的非真空焊接工作站的容积达到300m3，电子枪在工作室内运动，工业电视和焊缝跟踪系统的帮助下进行焊接。7.3.2 电子束焊（electronic beam welding） 近10年来工业生产中对高精度、高质量连接技术需求的不断

19、扩大，电子束焊接在航空、航天、核、能源工业、电子、兵器、汽车制造、机械等许多工业领域已经获得了广泛应用。如能源工业，压缩机转子、鼓筒轴、叶轮组件等；7.3 高能束流焊接3、分类及应用 在核能工业中，反应堆壳体、送料控制系统部件等；在飞机制造业中，发动机机座、转子部件、起落架等；在化工和金属结构制造业中，高压容器壳体等；在汽车制造业中，齿轮组合体、后桥、传动箱体等；在仪器制造业中，各种膜片、继电器外壳。 另外，电子束焊还是一种适合于在太空进行的焊接方法，早在1984年，人类已在太空环境中利用一种手工电子束焊枪进行了焊接试验。电子束焊将成为太空环境中焊接人造天体的一种重要的焊接方法。 7.3.2

20、电子束焊（electronic beam welding）7.4 摩擦焊（friction welding） 摩擦焊是在压力作用下，通过待焊界面的摩擦使界面及其附近温度升高，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，伴随着材料产生塑性变形与流动，通过界面上的扩散及再结晶而实现连接的固态焊接方法。摩擦焊具有优质、高效、低耗能的突出优点，目前已在各种工具、工程机械以至在宇航、船舶、高速列车、汽车等制造领域获得了广阔的应用前景。7.4 摩擦焊（friction welding）7.4.1 原理 在压力作用下，待焊界面通过相对运动进行摩擦，机械能转变为热能。对于给定的材料，在足够的摩擦压力和足够

21、的相对运动速度条件下，被焊材料的温度不断上升。随着摩擦过程的进行，工件产生一定的塑性变形量，在适当时刻停止工件间的相对运动，同时施加较大的顶锻力并维持一定的时间，即可实现材料间的固相连接。7.4 摩擦焊（friction welding）7.4.2 摩擦焊的分类 通常根据工件相对摩擦运动的轨迹, 将摩擦焊分为旋转式和轨道式两大类。 旋转式摩擦焊主要用于焊接接头部分具有圆形截面的工件，根据焊接过程中将机械能输入工件的方式，旋转式摩擦焊又分为连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊。轨道式摩擦焊用于焊接非圆形截面的工件。7.4 摩擦焊（friction welding）7.4.3 特点与应用优点：（1）接头质量

22、高；（2）适合异种材料的连接；（3）效率高、质量稳定； 此外，摩擦焊还具有节能省电；环境清洁，劳动条件好；设备操作简单，易实现机械化、自动化等优点。缺点与局限性：（l）摩擦焊接头毛刺难以 清除。（2）摩擦焊接头无损检测 可靠性差。（3）对非圆截面焊接较困 难。（4）设备复杂，焊机的一 次性设备投资较大。7.4 摩擦焊（friction welding）7.4.3 特点与应用 专业性较强，具体形式已由原来的几种发展到现在的十几种。起初主要用于杆、轴、管类零件的接长焊接，在这些领域中的应用具有其它焊接方法无可比拟的优越性。 摩擦焊所焊材料已由传统的金属材料（包括不同种类金属材料的组合）拓宽到粉末合

23、金、复合材料、功能材料、难熔材料以及陶瓷金属等新型材料和异种材料领域。除了通常以连接为目的的焊接外，还用于零件的堆焊。 目前，摩擦焊已在各种工具、轴瓦、石油钻杆、电机与电力设备、工程机械、交通运输工具以至于航空、航天设备制造等方面获得了越来越广泛的应用。7.4 摩擦焊（friction welding）7.4.4 常用摩擦焊方法 工业生产中较典型的摩擦焊接法有连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、相位摩擦焊、径向摩擦焊、轨道摩擦焊和搅拌摩擦焊等。7.4 摩擦焊（friction welding）7.4.4 常用摩擦焊方法 工业生产中较典型的摩擦焊接法有连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、相位摩擦焊、径向摩擦焊、

24、轨道摩擦焊和搅拌摩擦焊等。7.5 螺柱焊（stud welding） 螺柱焊是将螺柱一端与板件（或管件）表面接触，通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力完成焊接的方法。它兼具熔焊和压焊的特征，是一种加压熔焊。目前，螺柱焊已从单一的造船行业已扩展到汽车、机车、锅炉压力容器、电站、钢结构、建筑桥梁等诸多行业。 螺柱焊的接头是T字形接头，螺柱或类似螺柱的紧固件垂直于工件的待焊表面。待焊表面主要是平的，也可以是斜面或曲面的。可在平焊、立焊或仰焊位置焊接。可以通过电阻焊、摩擦焊、爆炸焊等多种焊接方法实现螺柱焊接。实际生产中应用较多的是电弧法螺柱焊(Stud arc welding)。7.5 螺柱焊（stud welding）7.5.1 螺柱焊的分类 电弧法螺柱焊根据所用焊接电源和接头形成过程的差别通常可分为电弧螺柱焊（也称作标准螺柱焊）、电容储能螺柱焊（也称作电容放电螺柱焊）以及短周期螺柱焊（也称作短时间螺柱焊）三种基本形式。7.5 螺柱焊（stud welding）图