现代焊接技术

1、现代焊接方法分类的依据：母材是否熔化：液相连接：母材熔化；固相连接：母材不熔化。（钎焊：固-液相接）固相连接：压力焊：塑性变形（主因）。压力大，焊接时间短；扩散连接：界面扩散（主因）。压力小，高温，焊接时间长。激光焊特性：1、单色性（高能量）；2、方向性（高能量密度）；3、相干性（高能量密度）。激光焊的两种类型：传热焊（薄板）：pp10A6w/cm2液态熔池：半球形，液态金属环流。焊缝成形：H/B不大， 焊接变形大；P匙孔焊（厚板）：pp10A6w/cm2,液态熔池：匙孔状；液态金属不规则波动。焊缝成形：H/B 大，焊缝变形小。激光焊匙孔焊（深熔焊）原理1、高能量密度激光照射工件，母材熔化并汽

2、化，形成金属蒸汽。2、金属蒸汽的反作用力使液态熔池凹陷。3、由于光壁聚焦效应，激光深入熔池内部，形成匙孔。4、当金属蒸汽的反作用力使液态金属表面张力和重力平衡时，匙孔稳定。5、当工件移动时，液态金属凝固形成焊缝。激光焊中的等离子体形成原因：金属蒸汽和保护气体：吸收激光，产生电离，形成等离子体。危害：1、在熔池上方吸收激光，对熔池形成屏蔽；2、对激光形成散射，形成图顶状焊缝。防止措施：1、对于熔池上方通惰性气体；2、对熔池上方通低温气体；3、采用高频脉冲激光焊；4、采用短波长激光。激光器组成：工作介质，激励源，光子谐振腔。激光的产生原理：1、受激辐射：高能级粒子受到光子作用，向低能级跃迁，并发射

3、出于入社光子相同的光子 的过程。2、工作物质：激光活性物质：合适的能级及适当的激励。3、粒子的反转：平衡态时，高能级粒子数少于低能级粒子数；反转态时，高能级粒子书多余低能级粒子数。原理：在外界激励作用下，工作物质产生粒子数反转，高能级粒子发生受激辐射，在光学谐振腔的作用下，产生大量的固态受激辐射光子，耦合形成激光。光学谐振腔的作用：1、提供正反转，保证产生大量固态受激辐射光子；2、耦合输出激光;3、保证激光单色性和方向性。激光器的分类：气体激光器和固体激光器透射式（固体激光器）和反射式（co2气体激光器）Cu和Si为什么能做反光材料？Cu：对co2激光反射率高；破坏阀值高；不易抛光，成本高；S

4、i：对co2激光反射率低（镀银）；破坏阀值低（激光功率小）；热稳定性好，热变形小， 易抛光。熔池的行为特征：熔池含高流动波动1、熔深周期性变化；2、形成层状结构f大，层间距小，性能好；3、焊根部形成细晶；4、易形成气孔。为什么激光焊不容易形成热裂纹？热裂纹敏感度不高：1、凝固速度快，S、P不易偏析；2、激光净化效应，降低焊缝S、p含量；3、形成相变压应力。离焦量F：X件上表面与激光焦表面的距离。正离焦量（F0）；负离焦量（F0）薄板：正离焦量厚板：负离焦量电子束焊原理：1、给阴极通电流，阴极被加热产生电子；2、在阴极和阳极之间加强电场，使电子加速，具有高能量（加速电压）；3、电子经静透镜和磁透

5、镜两次聚焦，具有高能量密度；4、光电子束轰击工件，材料熔化并蒸发，金属蒸气的反作用力使液态熔池凹陷；5、当金属蒸汽的反作用力、液态金属的重力表面张力平衡时，形成稳定匙孔。6、液态金属凝固形成焊缝。电子束焊的特点高能量密度，焊缝密度比大2.热变形，焊缝强度高3.可控性好，控制响应快材料的运用广5.工件尺寸，形状受真空的限制6发生x射线，严加防护7电子束受磁力干扰8对对中调整要求高电子枪（核心）作用：阴极产生加速阴阳极间强电场聚焦电子束（静透镜：栅极；磁透镜） 磁偏转线圈一一1、电子束偏转2、电子枪偏转3、工件偏转避免措施金属蒸汽进入电子枪：1、电子散射，能量降低；2、高压击穿（最怕发生）。真空系

6、统：低真空（101pa ）：机械泵高真空（10A-110A-3pa）:机械泵+扩散泵 分子泵接头设计焊缝可达性好：1、有足够宽度允许电子束通过；2、工件处于电子束工作距离之内；3、电 子束工作距离内无干扰磁场。电子束焊工艺参数：1、加速电压Ua； 2、束流Ib； 3、焊接速度V； 4、聚焦电流If；5、工作距离d聚焦。电子束焊的特有缺陷1、熔深不均匀：改变方法：1、变焦点焊；2、增大匙孔；3、电子束扫描；4、散焦适度2、 焊缝偏离 干扰磁场一一退磁把它放到交变磁场中；温度加热到居里点以上等离子弧形成原理1、将钨极内缩在压缩喷嘴内，迫使电弧只能由压缩喷嘴中释放出来；2、在钨极与压缩喷嘴间通李子奇

7、，对钨极高频激发产生电子；3、电子与离子气分子碰撞，形成带电粒子，带电粒子与电子、离子气分子形成反复碰撞；4、离子气分子产生“雪崩”式电离，形成等离子弧。等离子弧是压缩电弧。三个压缩作用：1、机械压缩：前提条件；2、热压缩：本质因素；3、电磁压缩：附加作用。不同：能量密度：10A6w/cm2 ；电弧形态：柱状；热量来源：弧柱区的等离子体；电弧静特性：电弧电压高。等离子弧的类型：非转移弧（Pp较低）；转移弧（Pp高）1、先正极接压缩喷嘴，非转移弧；2、将正极转移到工件上，非转移弧熄 灭，转移弧形成；联合弧：先正极接压缩喷嘴，非转移弧；2、将正极转到工件上，联合弧形成。等离子弧焊电源接法：直流正接

8、（W极一一阴极负极 熔深大，好）；直流反接（W极接正极，工件接负极不好）破坏氧化膜，钨极烧损严重，熔深小。等离子弧焊类型1、小孔/穿孔焊2、熔融焊（无匙孔）3微束焊压缩喷嘴直径小一、弧焊电源1、外特性：垂直外特性；2、空载电压：先Ar起弧，在Ar+He/0空载电压：瞄九的依； 焊枪：对焊枪的要求：1、钨极与压缩喷嘴间应绝缘；2、离子气和保护气应分别通入焊接枪并独立控制；3、可对 压缩喷嘴和钨极分别水冷；4、钨极与压缩喷嘴应严格同轴。2、压缩喷嘴的结构参数：1、孔道直径dn； 2、孔道长度L0； 3、压缩角a。微电子束焊工艺参数之间的相互作用：1、焊接电流：I太大，烧穿，h/b较小；I大，小孔效

9、应大，h和h/b大。2、焊接速度：v大。热输入小，h小；h要求一定时，v要小，热输入要小，否则易产生双 弧烧损。3、离子气：流量LI 一定时，热输入大，L|大；Q 一定时，L|大，I小；L| 一定时，I大，Q大4、保护气：Lb太小没保护效果差；Lb太大，易形成紊流。LI/Lb应保持适当。5、喷嘴到工间距离d（5mm）： d太大，电弧熔透减小；d太小，易产生飞剑并附着，形成 双弧。双弧现象：1、双弧：转移弧（钨极一工件间）；串联弧（钨极一喷嘴一工件间）。2、形成机理：压缩喷嘴孔道周围的冷气膜中戴少量带点粒子，经压缩喷嘴传递小电流，称 为“喷嘴电流”。当冷气膜被击穿时，带电粒子数剧增，使喷嘴电流急

10、剧增大，形成双弧。3、影响冷气膜击穿的因素：1、钨极与压缩喷嘴同轴度差；2、压缩喷嘴冷却差；3、压缩 喷嘴孔径比太大；4、压缩喷嘴上有飞剑氧化物。4、后果：1、破坏热压缩效应，电弧稳定性变差；2、导致压缩喷嘴损坏，焊接过程中断。5、防治措施：1、保证钨极与压缩喷嘴严格相同；2、加强压缩喷嘴的冷却；3、减小压缩 喷嘴孔径比；4、增大工件与喷嘴距离，并及时清理喷嘴；5、降低转换电流。等离子弧焊工艺稳定性：工艺稳定性较差改进措施：1、采用较小的压缩效应；2、采用分体式焊枪，减少双弧；3、改善设备性能和 过程控制方法；4、对焊接过程进行闭环控制；5、采用脉冲等离子弧焊。等离子弧焊的优点：脉冲等离子弧焊

11、：1、热输入易控制；2、HAZ和焊接变形小；3、电弧及焊接过程稳定性较好；4、易形成细晶组织，降低缺陷的敏感性；5、适用于全位置焊。微束等离子弧焊（I15A联合弧）：1、小孔径压缩喷嘴；2、电弧：联合弧非转移弧维弧；3、高空载电压 转移弧主弧/焊接；4、对LI和Lb精确控制。强流等离子弧焊I15A或30A以上：穿孔焊：打底焊转移弧二采用电弧熔融焊：盖面联合弧。-/搅拌摩擦焊：固相焊、压力焊基本原理：1、将工件对中压装，防止焊接过程中工件移动；2、将搅拌针压力焊道，直到轴肩与工件 表面接触；3、搅拌针停留一段时间使金属具有足够热烈性产生塑性流动；4、当搅拌头移 动时，塑性流动金属填充搅拌针留下的孔洞，形成连续的焊缝。搅拌摩擦过程1、搅拌头压入阶段2、搅拌停留阶段（预热阶段）：产生足够热量；形成充分的热塑性流动；3、搅拌头移动焊接阶段4、搅拌头停留保温阶段：热塑性流动金属充分填充孔洞，保证焊缝成形。5、搅拌头撤回阶段。搅拌摩擦焊产热：1、搅拌针与工件摩擦产热（最主要来源）；2、轴肩与工件表面产热；3、金属塑性流动产 热；4、塑性金属的流动。塑性金属的流动：旋转与焊接方向是否一致前