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mp焊接方法与设备 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。有生命必有希望第七章 等离子弧焊接n定义：借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得高能量密度的等离子弧进行焊接的方法（PAW）。2第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的形成等离子弧的形成 等离子弧定义：通过外部拘束使自由电弧的等离子弧定义：通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩所形成的电弧。弧柱被强烈压缩所形成的电弧。3第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的形成等离子弧的形成自由电弧4第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的形成等离子弧的形成拘束电弧 压缩电弧5第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的形成等离子弧的形成 三种压缩作用：三种压缩作用：机械压缩效应（前提）机械压缩效应（前提）热收缩效应（主要原因）热收缩效应（主要原因）电磁收缩效应（必然存在）电磁收缩效应（必然存在）电弧在三种压缩效应的作用下，直径变小、温度升高、气体的离子化程度提高、能量密度增大。最后形成稳定的压缩电弧。6第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的形成等离子弧的形成 等离子弧的影响因素等离子弧的影响因素 电流电流 喷嘴孔道形状及尺寸喷嘴孔道形状及尺寸 离子气体的种类及流量（离子气体的种类及流量（H H2 2、N N2 2、ArAr）7第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性8第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性 TIG:10000-24000KTIG:10000-24000K 10 104 4w/cmw/cm2 2 PAW:24000-50000KPAW:24000-50000K 10105 5w/cmw/cm2 29第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性 TIG:TIG:斑点热量是焊接的主导能量斑点热量是焊接的主导能量 弧柱的传导辐射对于焊接是次要能量弧柱的传导辐射对于焊接是次要能量 PAW:PAW:弧柱高速高温等离子体通过接触传弧柱高速高温等离子体通过接触传导与辐射可能成为焊接的主要能量导与辐射可能成为焊接的主要能量 斑点热量降为次要能量斑点热量降为次要能量10第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性 挺度好、冲击力大挺度好、冲击力大面积变化20%11第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性等离子弧的静特性12第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的特性等离子弧的特性等离子弧的稳定性较好13第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的类型及应用等离子弧的类型及应用14第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的类型及应用等离子弧的类型及应用15第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-等离子弧的类型及应用等离子弧的类型及应用16第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-双弧现象及防止双弧现象及防止17第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-双弧现象及防止双弧现象及防止 大电流（大电流（100-500A100-500A）高离子气流量高离子气流量 单面焊双面成形单面焊双面成形 控制焊件厚度控制焊件厚度18第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-双弧现象及防止双弧现象及防止 危害：危害：破坏稳定性、破坏接头质量破坏稳定性、破坏接头质量 降低功率、影响穿透力降低功率、影响穿透力 危害喷嘴危害喷嘴19第一节第一节 等离子弧的形成及特性等离子弧的形成及特性-双弧现象及防止双弧现象及防止 防止措施：防止措施：正确选择电流正确选择电流 气体成分及流量气体成分及流量 喷嘴尺寸、形状喷嘴尺寸、形状 钨极内缩长度、对中钨极内缩长度、对中 喷嘴冷却喷嘴冷却 距离焊件的距离距离焊件的距离 送气方式的改进送气方式的改进 清理喷嘴清理喷嘴20第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊基本方法等离子弧焊基本方法21第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊基本方法等离子弧焊基本方法 小电流（小电流（30-100A30-100A）低离子气流量低离子气流量 混合型等离子弧混合型等离子弧 不形成小孔不形成小孔 无尾焰无尾焰 薄焊件薄焊件22第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊基本方法等离子弧焊基本方法23第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊基本方法等离子弧焊基本方法 微束等离子弧焊接微束等离子弧焊接 30A30A的熔入型等离子弧焊接通常称为微束等的熔入型等离子弧焊接通常称为微束等离子弧焊接离子弧焊接 小孔径喷嘴小孔径喷嘴 1mm1mm以下焊件以下焊件 变极性等离子弧焊变极性等离子弧焊 脉冲等离子弧焊脉冲等离子弧焊24第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊基本方法等离子弧焊基本方法25第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊设备等离子弧焊设备2022/11/12022/11/1262626第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊设备等离子弧焊设备2022/11/12022/11/1272727第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊-等离子弧焊设备等离子弧焊设备2022/11/12022/11/1杨建国杨建国282828第三节第三节 等离子弧堆焊与喷涂等离子弧堆焊与喷涂-堆焊原理堆焊原理2022/11/12022/11/1292929第三节第三节 等离子弧堆焊与喷涂等离子弧堆焊与喷涂-喷涂原理喷涂原理2022/11/12022/11/1303030第三节第三节 等离子弧堆焊与喷涂等离子弧堆焊与喷涂-粉末堆焊原理粉末堆焊原理2022/11/12022/11/1313131第四节第四节 等离子弧切割等离子弧切割 -切割原理切割原理2022/11/12022/11/1323232第四节第四节 等离子弧切割等离子弧切割 -切割设备切割设备2022/11/12022/11/1杨建国杨建国333333第四节第四节 等离子弧切割等离子弧切割 -切割设备切割设备34第四节第四节 等离子弧切割等离子弧切割 -其他切割方法其他切割方法35第四节第四节 等离子弧切割等离子弧切割 -其他切割方法其他切割方法36第十章 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37第一节第一节 电渣焊电渣焊38第一节第一节 电渣焊电渣焊-原理原理及分类及分类定义：利用电流通过液态熔渣产生的电阻热进行焊接的方法。39第一节第一节 电渣焊电渣焊-原理原理及分类及分类40第一节第一节 电渣焊电渣焊-原理及原理及分类分类41第一节第一节 电渣焊电渣焊-原理及原理及分类分类42第二节第二节 螺柱焊螺柱焊43第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-定义及原理定义及原理将螺柱柱的一端与板件表面接触，通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱柱一定的压力完成焊接的方法称为螺柱柱焊。螺栓板接触面电弧熔化区力力44第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点特点及分类及分类焊接时间短（1s）熔深浅节省材料设备简单全位置焊接冷却速度快，影响接头延性45第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及特点及分类分类电弧螺柱柱焊电容储能螺柱柱焊短周期螺柱柱焊46第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及特点及分类分类47第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及特点及分类分类48第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及特点及分类分类49第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及特点及分类分类50第二节第二节 螺柱焊螺柱焊-特点及特点及分类分类51第三节第三节 高能束焊接高能束焊接52第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-电子束焊电子束焊53第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-电子束焊电子束焊电子束极高的功率密度（加速电压：30-150kV,焦点直径小）精确、快速的可控性54第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-电子束焊电子束焊焊接方法的优点：深宽比大速度快、热影响区小、变形小焊缝质量高（真空作用）适应性强（材料，板厚）可达性好可控性好55第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-电子束焊电子束焊焊接方法的缺点设备贵装配严格真空室限制电磁干扰射线56第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-激光焊激光焊57一、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58二、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 59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(Kr8686)，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602、方向性好、亮度高、方向性好、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。可在屏幕上形成面积很小但照度很大的光斑。613、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、规则有序的大振幅光波。规则有序的大振幅光波。62第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-激光焊激光焊优点能量集中、热影响区小、应力变形小深宽比大适应性强可达性好、易传输不受电磁干扰不用真空室、无射线63远距离焊接系统原理64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。65第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-激光焊激光焊原理自由辐射受激吸收受激辐射条件粒子集居数反转（粒子数反转）66第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-激光焊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 67第三节第三节 高能束焊接高能束焊接-激光焊激光焊68CO2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 CO2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。69YAG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。70YAG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。71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72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 273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74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 torchPlasma arcWorkpieceLaser beamPlasma torchPlasma arcWorkpiece空心电极同轴复合75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76第四节第四节 摩擦焊摩擦焊77第四节第四节 摩擦焊摩擦焊定义：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，通过界面的扩散及再结晶而实现焊接的固态焊接方法78第四节第四节 摩擦焊摩擦焊原理机械能转化为热能塑性变形顶锻保持扩散再结晶79第四节第四节 摩擦焊摩擦焊优点质量好异种金属焊接效率高、质量稳定节电、干净、设备操作简单缺点设备贵非圆构件、薄件80第四节第四节 摩擦焊摩擦焊81第四节第四节 摩擦焊摩擦焊82第四节第四节 摩擦焊摩擦焊83第四节第四节 摩擦焊摩擦焊84第五节第五节 高频焊高频焊85第五节第五节 高频焊高频焊定义：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。86第五节第五节 高频焊高频焊集肤效应（控制电流密度）（现象、频率、电阻率、磁导率）邻近效应（控制位置、路径）87第五节第五节 高频焊高频焊高频焊特点速度高、无跳焊现象热影响区小清理要求低高频对设备人体危害振荡器件寿命短88第五节第五节 高频焊高频焊89第五节第五节 高频焊高频焊90第五节第五节 高频焊高频焊91第五节第五节 高频焊高频焊92第五节第五节 高频焊高频焊93第五节第五节 高频焊高频焊94第五节第五节 高频焊高频焊95
