焊接方法与设备-其他焊接方法.pptx

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1、2023/3/192023/3/191 1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高频焊接第1页/共60页2023/3/192023/3/192 2第一节 电渣焊第2页/共60页2023/3/192023/3/193 3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。第3页/共60页2023/3/192023/3/194 4第一节 电渣焊-原理及分类第4页/共60页2023/3/192023/3/195 5第一节 电渣焊-原理及分类第5页/共60页2023/

2、3/192023/3/196 6第一节 电渣焊-原理及分类第6页/共60页2023/3/192023/3/197 7第二节 螺柱焊第7页/共60页2023/3/192023/3/198 8第二节 螺柱焊-定义及原理n n将螺将螺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焊。焊。螺栓板接触面电弧熔化区力力第8页/共60页2023/3/192023/3/199 9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

3、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，影响接头延性第9页/共60页2023/3/192023/3/191010第二节 螺柱焊-特点及分类n n电弧螺电弧螺柱柱焊焊n n电容储能螺电容储能螺柱柱焊焊n n短周期螺短周期螺柱柱焊焊第10页/共60页2023/3/192023/3/191111第二节 螺柱焊-特点及分类第11页/共60页2023/3/192023/3/191212第二节 螺柱焊-特点及分类第12页/共60页2023/3/192023/3/191313第二节 螺柱焊-特点及分类第13页/共60页2023/3/192023/3/191

4、414第二节 螺柱焊-特点及分类第14页/共60页2023/3/192023/3/191515第二节 螺柱焊-特点及分类第15页/共60页2023/3/192023/3/191616第三节 高能束焊接第16页/共60页2023/3/192023/3/191717第三节 高能束焊接-电子束焊第17页/共60页2023/3/192023/3/191818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：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、快速的可控性第18页/共60页2023/3/192023/3/1

5、91919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 可控性好可控性好第19页/共60页2023/3/192023/3/192020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 真空室限制真空室限制 电磁干扰电磁干扰 射线射线第20页/共60页2023/3/192023/3/192121第三节 高能束焊接-激光焊第21页/共60页2023/3/19

6、2023/3/192222一、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第22页/共60页2023/3/192023/3/192323二、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 第23页/共60页2023/3/192023/3/192424

7、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4.7104.710-3-3nmnm。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

8、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第24页/共60页2023/3/192023/3/1925252、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

9、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。第25页/共60页2023/3/192023/3/1926263、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

10、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。第26页/共60页2023/3/192023/3/192727第三节 高能束焊接-激光焊n n优点优点 能量集中、热影响

11、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、无射线第27页/共60页2023/3/192023/3/192828远距离焊接系统原理第28页/共60页2023/3/192023/3/192929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

12、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。第29页/共60页2023/3/192023/3/193030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（粒子数反转）第30页/共60页2023/3/192023/3/193131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

13、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 第31页/共60页2023/3/192023/3/193232第三节 高能束焊接-激光焊第32页/共60页2023/3/192023/3/193333CO2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。第33页/共60页2023/3/1920

14、23/3/193434YAG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。第34页/共60页2023/3/192023/3/193535YAG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

15、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。第35页/共60页2023/3/192023/3/193636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。

16、1kW的脉冲Nd:YAG激光器YAG激光的产生激光的产生第36页/共60页2023/3/192023/3/193737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 2第37页/共60页2023/3/192023/3/193838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

17、金、镁合金、铜合金材料适合焊接铝合金、镁合金、铜合金材料第38页/共60页2023/3/192023/3/193939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空心电极同轴复合第

18、39页/共60页2023/3/192023/3/194040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复合复合第40页/共60页2023/3/192023/3/194141第四节 摩擦焊第41页/共60页2023/3/192023/3/194242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

19、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第42页/共60页2023/3/192023/3/194343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第43页/共60页2023/3/192023/3/194444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

20、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、薄件第44页/共60页2023/3/192023/3/194545第四节 摩擦焊第45页/共60页2023/3/192023/3/194646第四节 摩擦焊第46页/共60页2023/3/192023/3/194747第四节 摩擦焊第47页/共60页2023/3/192023/3/194848第四节 摩擦焊第48页/共60页2023/3/192023/3/194949第五节 高频焊第49页/共60页2023/3/192023/3/195050第五节 高频焊n n定

21、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。第50页/共60页2023/3/192023/3/195151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）邻近效应（控制位置、路径）第51页/共60页2023/3/192023/3/195252第五节 高频焊n n

22、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第52页/共60页2023/3/192023/3/195353第五节 高频焊第53页/共60页2023/3/192023/3/195454第五节 高频焊第54页/共60页2023/3/192023/3/195555第五节 高频焊第55页/共60页2023/3/192023/3/195656第五节 高频焊第56页/共60页2023/3/192023/3/195757第五节 高频焊第57页/共60页2023/3/192023/3/195858第五节 高频焊第58页/共60页2023/3/192023/3/195959第五节 高频焊第59页/共60页2023/3/192023/3/19杨建国杨建国6060感谢您的观看。感谢您的观看。第60页/共60页