先进连接技术

绪论快速凝固连续铸轧、连续挤压、连续铸挤金属等温成形、半固态成形粉末冶金新技术先进连接技术材料加工新技术与新工艺本节主要内容：概述激光焊接加工电子束焊接搅拌摩擦焊六、先进连接技术1、概述电弧焊气焊电渣焊电阻点焊电子束焊激光焊连接技术熔化焊固相焊钎焊气体保护焊熔渣保护焊CO2气体保护技术熔化极氩弧焊等离子弧焊钨极氩弧焊非熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊手工电弧焊埋弧焊扩散焊摩擦焊超声波焊高频焊爆炸焊电阻对焊闪光对焊接触高频焊感应高频焊瞬时液相扩散焊固相扩散焊真空钎焊钎剂钎焊气体保护焊气相钎焊浸沾钎焊火焰钎焊炉中钎焊感应钎焊高能束钎焊电阻钎焊电弧钎焊盐浴浸沾钎焊液态钎料浸沾钎焊波峰焊常用材料连接方法及其分类熔化焊：熔化焊是指通过母材和填充材料的熔合实现连接的方法。固相焊：固相焊是指通过连接材料在固态条件下的物质迁移或塑性变形实现连接的方法钎焊：钎焊是指利用低熔点液态合金(钎料)对母材的润湿和毛细添缝而实现连接的方法。2、激光焊接方法激光的产生：物质受激励后，产生的波长、频率、方向完全相同的光束。(lightamplificationstimulatedemissionofradiation)激光的特点：具有单色性好、方向性好、能量密度高的特点，激光经透射或反射镜聚焦后，可获得直径小于0.01mm、功率密度高达103W/cm2的能束，可以作为焊接、切割、钻孔及表面处理的热源。激光加工系统组成图激光器储能电容光学系统工作台控制系统激光器产生激光束，通过聚焦系统聚焦在焊件上，光能转化为热能，使金属熔化形成焊接接头。链接为激光加工过程短片激光焊的主要优点：激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输，适用于微型零部件及其它焊接方法难以达到的部位焊接，还能通过透明材料进行焊接；能力密度高，可实现高速焊接，热影响区和焊接变形都很小，特别适用于热敏感材料的焊接；激光不受电磁场的影响，不产生X射线，无需真空保护，可以用于大型结构的焊接；可直接焊接绝缘导体，而不必预先剥掉绝缘层，也能焊接物理性能差别较大的异种材料激光焊的主要缺点：设备昂贵，能量转化率低(5%~20%)，对焊接件接口加工、组装、定位要求均很高，目前主要用于电子工业和仪表工业中的微型器件的焊接，以及硅钢片、镀锌钢板等的焊接。3、电子束焊接电子束焊系统电子枪真空系统工作仓高压电源控制系统电子束焊系统：

核心是电子枪，它是完成电子的产生、电子束的形成和会聚的装置，主要由灯丝、阴极、阳极、聚焦线圈等组成。灯丝通电升温并加热阴极，当阴极达到2400K左右时发射电子，在阴极和阳极之间的高压电场作用下，电子被加速(约为0.2光速)，穿过阳极孔射出，然后经聚焦线圈，会聚成直径为0.8~3.2mm的电子束射向焊件，并在焊件表面将动能转为热能，使焊件连接处迅速熔化，经冷却结晶后形成焊缝。根据焊件工作室(焊件放置处)的真空度不同，电子束焊的分类如下：高真空电子束焊：工作室与电子枪同在一室，真空度为10-2~10-1Pa，适用于难熔、活性、高纯金属及小零件的精密焊接；低真空电子束焊：工作室与电子枪被分为两个真空室，工作室的真空度为10-1~15Pa，适用于较大型的结构件，和对氧、氮不太敏感的难熔金属；非真空电子束焊：需另加惰性气体保护罩或喷嘴，焊件与电子束流出口的距离应控制在10mm左右，以减少电子束与气体分子碰撞造成的散射。非真空电子束焊适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、难熔金属及铜、铝合金等的焊件，焊件尺寸不受限制。真空电子束焊的优点：电子束能量密度大，最高可达5×108W/cm2，约为普通电弧的5000~10000倍，热量集中，热效率高，热影响区小，焊缝窄而深，焊接变形极小；在真空环境下焊接，金属不与气相作用，接头强度高；电子束焦点半径可调节范围大，控制灵活，适应性强，可焊接0.05mm的薄件，也可焊接200~700mm的厚板真空电子束焊的应用：特别适合焊接一些难熔金属、活性或高纯度金属以及热敏感性强的金属。但设备复杂，成本高，焊件尺寸受真空室限制，装配精度要求高，且易激发X射线，焊接辅助时间长，生产率低，这些弱点都限制了电子束焊的广泛应用。4、搅拌摩擦焊定义：搅拌摩擦焊(frictionstirwelding，简称FSW)是由英国剑桥焊接研究所TWI开发的一种材料链接新技术。搅拌摩擦焊是由摩擦焊派生、发展起来的，本质上属于固相连接范畴。下图为搅拌摩擦焊接示意图。摩擦焊示意图轴肩(shoulder)搅拌头(pin)焊缝(weld)过程及原理：搅拌摩擦是利用一种非耗损的搅拌头在待焊界面搅拌摩擦而实现连接的。高速旋转的搅拌头和封肩与金属的摩擦生热使金属处于塑性状态，在搅拌头的作用下被封肩封闭的塑性金属一方面上下循环流动，另一方面随着搅拌头向前移动，不断向搅拌头后方流动填充搅拌头一处的空间而形成致密的焊缝。搅拌摩擦焊焊缝的组织特征：搅拌摩擦焊接头的焊缝组织可分为4个区域：A区为母材区，无热影响也无变形；B区为热影响区，没有受到变形的影响，但受到了从焊接区传导过来的热量的影响；C区为变形热影响区，该区既受到了塑性变形的影响，又受到了焊接温度的影响；D区为焊核，是两块焊件的共有部分。搅拌摩擦焊焊缝分区示意图搅拌摩擦焊的特点：温度低，所以变形小(即使是长焊缝也是如此)；接头机械性能好(包括疲劳、拉伸、弯曲)，不产生类似熔焊接头的铸造组织缺陷，并且其组织由于塑性流动而细化；与其它焊接方法相比，焊接变形小，调整、返修频率低，某航空发动机FSW的缺陷发生率低，传统熔焊时每焊接8.4m，产生一个缺陷，而FSW时在焊接长度为76.2m时，才仅出现一个缺陷。由此可以使成本降低60%；焊前及焊后处理简单，焊接过程中的摩擦和搅拌可以有效去除焊件表面氧化膜及附着杂质。而且焊接过