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1、焊接方法与设备-其他焊接方法 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第十第十章章 其他焊接方法其他焊接方法n电渣焊n螺栓焊n电子束焊n激光焊接n摩擦焊接n高频焊接2022/11/132022/11/132 2杨建国杨建国第一节 电渣焊2022/11/132022/11/133 3杨建国杨建国第一节 电渣焊-原理及分类n n定义：利用电流通定义：利用电流通过液态熔渣产生的过液态熔渣产生的电阻热进行焊接的电阻热进行焊接的方法。方法。2022/11/132022
2、/11/134 4杨建国杨建国第一节 电渣焊-原理及分类2022/11/132022/11/135 5杨建国杨建国第一节 电渣焊-原理及分类2022/11/132022/11/136 6杨建国杨建国第一节 电渣焊-原理及分类2022/11/132022/11/137 7杨建国杨建国第二节 螺柱焊2022/11/132022/11/138 8杨建国杨建国第二节 螺柱焊-定义及原理n n将螺将螺柱柱柱柱的一端与板件表面接触，通电引弧，的一端与板件表面接触，通电引弧，待接触面熔化后，给螺待接触面熔化后，给螺柱柱柱柱一定的压力完成焊一定的压力完成焊接的方法称为螺接的方法称为螺柱柱柱柱焊。焊。螺栓板接触
3、面电弧熔化区力力2022/11/132022/11/139 9杨建国杨建国第二节 螺柱焊-特点及分类n n焊接时间短（焊接时间短（1s1s）n n熔深浅熔深浅n n节省材料节省材料n n设备简单设备简单n n全位置焊接全位置焊接n n冷却速度快，影响接头延性冷却速度快，影响接头延性2022/11/132022/11/131010杨建国杨建国第二节 螺柱焊-特点及分类n n电弧螺电弧螺柱柱柱柱焊焊n n电容储能螺电容储能螺柱柱柱柱焊焊n n短周期螺短周期螺柱柱柱柱焊焊2022/11/132022/11/131111杨建国杨建国第二节 螺柱焊-特点及分类2022/11/132022/11/1312
4、12杨建国杨建国第二节 螺柱焊-特点及分类2022/11/132022/11/131313杨建国杨建国第二节 螺柱焊-特点及分类2022/11/132022/11/131414杨建国杨建国第二节 螺柱焊-特点及分类2022/11/132022/11/131515杨建国杨建国第二节 螺柱焊-特点及分类2022/11/132022/11/131616杨建国杨建国第三节 高能束焊接2022/11/132022/11/131717杨建国杨建国第三节 高能束焊接-电子束焊2022/11/132022/11/131818杨建国杨建国第三节 高能束焊接-电子束焊n n电子束电子束 极高的功率密度（加速电压：
5、极高的功率密度（加速电压：30-150kV,30-150kV,焦点直径焦点直径小）小）精确、快速的可控性精确、快速的可控性2022/11/132022/11/131919杨建国杨建国第三节 高能束焊接-电子束焊n n焊接方法的优点：焊接方法的优点：深宽比大深宽比大 速度快、热影响区小、变形小速度快、热影响区小、变形小 焊缝质量高（真空作用）焊缝质量高（真空作用）适应性强（材料，板厚）适应性强（材料，板厚）可达性好可达性好 可控性好可控性好2022/11/132022/11/132020杨建国杨建国第三节 高能束焊接-电子束焊n n焊接方法的缺点焊接方法的缺点 设备贵设备贵 装配严格装配严格 真
6、空室限制真空室限制 电磁干扰电磁干扰 射线射线2022/11/132022/11/132121杨建国杨建国第三节 高能束焊接-激光焊2022/11/132022/11/132222杨建国杨建国一、激光焊接原理一、激光焊接原理 热导焊接 深熔焊接 热导焊焊缝 深熔焊焊缝 激光焊接原理及应用激光焊接原理及应用2022/11/132022/11/132323杨建国杨建国二、激光深熔焊的几何特征、熔池流动、小孔对光吸收二、激光深熔焊的几何特征、熔池流动、小孔对光吸收 激光深熔焊几何特征1 激光束 2 焊接熔池 3 小孔 4 焊缝宽度 5 熔池深度激光深熔焊腔内液体金属的流动1 激光束 2 小孔后部流动
7、区 3 小孔内流动区 小孔内激光的吸收过程1 激光束 2 等离子体3 熔池后部熔化区4 焊件运动方向 2022/11/132022/11/132424杨建国杨建国激光束基本特性激光束基本特性 单色性好、方向性好、亮度高、相干性好。单色性好、方向性好、亮度高、相干性好。1、单色性、单色性 激光中单色性最好的是气体激光器产生的激光。激光中单色性最好的是气体激光器产生的激光。He-NeHe-Ne激光器产生的激光器产生的632.8nm632.8nm谱线，线宽只有谱线，线宽只有1010-9-9nmnm。普通光源中单色性最好的用来作为长度基准器的氪灯普通光源中单色性最好的用来作为长度基准器的氪灯(Kr(K
8、r8686)，其谱线宽度为其谱线宽度为4.74.71010-3-3nmnm。激光的单色性比一般光要高出激光的单色性比一般光要高出10106 610107 7倍以上倍以上 .自然光由波场范围较宽的光构成，激自然光由波场范围较宽的光构成，激光的谱线展宽极小，具有很好的单色性。光的谱线展宽极小，具有很好的单色性。单色性决定物质对激光能量的吸收和单色性决定物质对激光能量的吸收和精细聚焦的可能性；精细聚焦的可能性；CO2：10.6m CO：5.4m YAG：1.06m 准分子：准分子：0.24m；激光自然光波长能量2022/11/132022/11/132525杨建国杨建国2、方向性好、亮度高、方向性好
9、、亮度高 从光源发出的激光平行传播的程度成为方向性。从光源发出的激光平行传播的程度成为方向性。激光器输出的光束发散角度很小，可以小于或等于激光器输出的光束发散角度很小，可以小于或等于10-310-5弧度。弧度。激光通过直径为激光通过直径为D的孔径时，由于衍射会产生一定发散：的孔径时，由于衍射会产生一定发散：激光的方向性带来两个结果：激光的方向性带来两个结果：光源表面的亮度高；被照射地方光的照度大。光源表面的亮度高；被照射地方光的照度大。一个具有一个具有10mW功率的功率的He-Ne激光器可产生比太阳高几千倍的亮度，激光器可产生比太阳高几千倍的亮度，可在屏幕上形成面积很小但照度很大的光斑。可在屏
10、幕上形成面积很小但照度很大的光斑。2022/11/132022/11/132626杨建国杨建国3、相干性好相干性好 以适当方法将统一光源发出的光分成两束，再以适当方法将统一光源发出的光分成两束，再 使两束光重使两束光重 合便产生明暗相间的条纹，这就是合便产生明暗相间的条纹，这就是 光的干涉。光的干涉。自然光由无数的原子与分子发射，产生波长各不相同的杂乱自然光由无数的原子与分子发射，产生波长各不相同的杂乱光，合成后不能形成整齐有序的大振幅光波。光，合成后不能形成整齐有序的大振幅光波。激光的相位在时间上是保持不变的，合成后能形成相位整齐、激光的相位在时间上是保持不变的，合成后能形成相位整齐、规则有
11、序的大振幅光波。规则有序的大振幅光波。2022/11/132022/11/132727杨建国杨建国第三节 高能束焊接-激光焊n n优点优点 能量集中、热影响区小、应力变形小能量集中、热影响区小、应力变形小 深宽比大深宽比大 适应性强适应性强 可达性好、易传输可达性好、易传输 不受电磁干扰不受电磁干扰 不用真空室、无射线不用真空室、无射线2022/11/132022/11/132828杨建国杨建国远距离焊接系统原理2022/11/132022/11/132929杨建国杨建国激光焊接的主要问题：激光焊接的主要问题：设备贵设备贵反射问题反射问题组装定位组装定位合合金金元元素素的的挥挥发发 焊焊接接过
12、过程程中中一一些些高高挥挥发发性性的的合合金金元元素素(如如硫硫和和磷磷)从从熔熔池池中中挥挥发发出出来来，会会导导致致气气孔孔的的产产生生，而而且且有有很很可可能产生咬边。能产生咬边。冷冷却却速速度度非非常常快快 材材料料的的含含碳碳量量成成为为一一个个非非常常重重要要的的影影响响参参数，对材料的脆化、微裂纹及疲劳强度都会有影响。数，对材料的脆化、微裂纹及疲劳强度都会有影响。2022/11/132022/11/133030杨建国杨建国第三节 高能束焊接-激光焊n n原理原理 自由辐射自由辐射 受激吸收受激吸收 受激辐射受激辐射n n条件条件 粒子集居数反转（粒子数反转）粒子集居数反转（粒子数
13、反转）2022/11/132022/11/133131杨建国杨建国第三节 高能束焊接-激光焊激光的形成过程激光的形成过程 工作物质工作物质 激励、受激辐射激励、受激辐射 自激振荡增益自激振荡增益 外界能量注入（泵浦）外界能量注入（泵浦）光学谐振腔光学谐振腔 2022/11/132022/11/133232杨建国杨建国第三节 高能束焊接-激光焊2022/11/132022/11/133333杨建国杨建国CO2激光的产生激光的产生1.激光束激光束2.切向排风机切向排风机3.气流方向气流方向4.热交换器热交换器5.后镜后镜6.折叠镜折叠镜7.高频电极高频电极8.输出镜输出镜9.输出窗口输出窗口 CO
14、2激光器系统 一般气流的流动速度较慢一般气流的流动速度较慢,将热量从放电腔中带走。将热量从放电腔中带走。2022/11/132022/11/133434杨建国杨建国YAG激光的产生激光的产生根据工作物质分类：根据工作物质分类：红宝石：激活离子红宝石：激活离子Cr3+，波长：，波长：694.3nm，三能级；，三能级；Nd:YAG：激活离子：激活离子：Nd，波长：，波长：1.06 m，四能级；，四能级；钕玻璃：钕玻璃：激活离子：激活离子：Nd，波长，波长:1.06 m，四能级，四能级 脉冲宽度：脉冲宽度：100500ns，频率：几百，频率：几百62kHz。2022/11/132022/11/133
15、535杨建国杨建国YAG激光的产生激光的产生灯泵浦灯泵浦Nd:YAG激光器激光器 大功率激光器中，典型的大功率激光器中，典型的Nd:YAG棒一般是长棒一般是长150mm，直径，直径710mm。泵浦过程中激光棒发热，限制了每个棒的最大输出功率。单棒泵浦过程中激光棒发热，限制了每个棒的最大输出功率。单棒Nd:YAG激光器的功率范围约为激光器的功率范围约为50800W。2022/11/132022/11/133636杨建国杨建国灯泵浦灯泵浦Nd:YAG体激光器体激光器 将几个将几个Nd:YAG棒串联起来可获得高棒串联起来可获得高功率的激光束，每个独立的棒可通过透功率的激光束，每个独立的棒可通过透镜引
16、导并规则的排列起来。镜引导并规则的排列起来。目前的目前的Nd:YAG激光器系统多达激光器系统多达8个腔。个腔。输出输出4kW功率。功率。1kW的脉冲Nd:YAG激光器YAG激光的产生激光的产生2022/11/132022/11/133737杨建国杨建国激光激光TIGTIG复合复合electrodearclaser beam旁轴激光与TIG复合 双束激光与TIG同轴复合 多电极TIG与激光同轴复合laser beam 1lensarclaser beam 22022/11/132022/11/133838杨建国杨建国激光激光MIGMIG复合复合利用填丝提高熔深、改善焊缝成型和接头性能。利用填丝提
17、高熔深、改善焊缝成型和接头性能。对间隙、错边、对中的适应性更好，可焊接厚板。对间隙、错边、对中的适应性更好，可焊接厚板。适合焊接铝合金、镁合金、铜合金材料适合焊接铝合金、镁合金、铜合金材料2022/11/132022/11/133939杨建国杨建国激光等离子弧复合激光等离子弧复合加热区更窄，对外界敏感更小，引燃性好。加热区更窄，对外界敏感更小，引燃性好。密度更大，弧长更长。密度更大，弧长更长。可旁轴复合，也可同轴复合。可旁轴复合，也可同轴复合。适合薄板对接、高速焊、镀锌板、铝合金焊接。适合薄板对接、高速焊、镀锌板、铝合金焊接。环状电极同轴复合Laser beamPlasma torchPlas
18、ma arcWorkpieceLaser beamPlasma torchPlasma arcWorkpiece空心电极同轴复合2022/11/132022/11/134040杨建国杨建国激光双电弧复合激光双电弧复合能量输入比普通激光能量输入比普通激光MIGMIG复合减少，熔深增大。复合减少，熔深增大。焊接速度更高，焊接过程更稳定。焊接速度更高，焊接过程更稳定。相互之间位置的排布非常重要。相互之间位置的排布非常重要。尤其适合焊接厚板。尤其适合焊接厚板。激光双激光双MIGMIG复合复合2022/11/132022/11/134141杨建国杨建国第四节 摩擦焊2022/11/132022/11/1
19、34242杨建国杨建国第四节 摩擦焊n n定义：在压力作用下，通过待焊界面的摩擦定义：在压力作用下，通过待焊界面的摩擦界面及其附近温度升高，材料的变形抗力降界面及其附近温度升高，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面氧化膜破碎，伴随着材低、塑性提高、界面氧化膜破碎，伴随着材料产生塑性变形和流动，通过界面的扩散及料产生塑性变形和流动，通过界面的扩散及再结晶而实现焊接的固态焊接方法再结晶而实现焊接的固态焊接方法2022/11/132022/11/134343杨建国杨建国第四节 摩擦焊n n原理原理 机械能转化为热能机械能转化为热能 塑性变形塑性变形 顶锻保持顶锻保持 扩散再结晶扩散再结晶2022/11
20、/132022/11/134444杨建国杨建国第四节 摩擦焊n n优点优点 质量好质量好 异种金属焊接异种金属焊接 效率高、质量稳定效率高、质量稳定 节电、干净、设备操作简单节电、干净、设备操作简单n n缺点缺点 设备贵设备贵 非圆构件、薄件非圆构件、薄件2022/11/132022/11/134545杨建国杨建国第四节 摩擦焊2022/11/132022/11/134646杨建国杨建国第四节 摩擦焊2022/11/132022/11/134747杨建国杨建国第四节 摩擦焊2022/11/132022/11/134848杨建国杨建国第四节 摩擦焊2022/11/132022/11/134949
21、杨建国杨建国第五节 高频焊2022/11/132022/11/135050杨建国杨建国第五节 高频焊n n定义：利用流经焊件连接面的高频电流所产定义：利用流经焊件连接面的高频电流所产生的电阻热作为热源，使该表面达到熔化或生的电阻热作为热源，使该表面达到熔化或者塑性状态，同时施加或者不施加顶锻力，者塑性状态，同时施加或者不施加顶锻力，使金属结合的一种方法。使金属结合的一种方法。2022/11/132022/11/135151杨建国杨建国第五节 高频焊n n集肤效应（控制电流密度）集肤效应（控制电流密度）（现象、频率、电阻率、磁导率）（现象、频率、电阻率、磁导率）n n邻近效应（控制位置、路径）邻
22、近效应（控制位置、路径）2022/11/132022/11/135252杨建国杨建国第五节 高频焊n n高频焊特点高频焊特点 速度高、无跳焊现象速度高、无跳焊现象 热影响区小热影响区小 清理要求低清理要求低 高频对设备人体危害高频对设备人体危害 振荡器件寿命短振荡器件寿命短2022/11/132022/11/135353杨建国杨建国第五节 高频焊2022/11/132022/11/135454杨建国杨建国第五节 高频焊2022/11/132022/11/135555杨建国杨建国第五节 高频焊2022/11/132022/11/135656杨建国杨建国第五节 高频焊2022/11/132022/11/135757杨建国杨建国第五节 高频焊2022/11/132022/11/135858杨建国杨建国第五节 高频焊2022/11/132022/11/135959杨建国杨建国第五节 高频焊2022/11/132022/11/136060杨建国杨建国