1、1,焊接方法与设备,江苏省无锡交通高等职业技术学校,第六章 钨极惰性气体保护焊,2,第七章 等离子弧焊接,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）。,3,第一节 等离子弧的形成及特性 -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弧柱被强烈压缩所形成的电弧。,4,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的形成,自由电弧,5,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的形成,拘束电弧 压缩电弧,6,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的形成,三种压缩作用： 机械压缩效应（前提） 热收缩效应（主要原因） 电磁收缩效应（必然存在）,电弧在三种压
2、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。,7,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的形成,等离子弧的影响因素 电流 喷嘴孔道形状及尺寸 离子气体的种类及流量（H2、N2、Ar）,8,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的特性,9,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的特性,TIG:10000-24000K104w/cm2 PAW:24000-50000K105w/cm2,10,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的特性,TIG: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 PAW:弧柱高速高温等离子体通过接触传
3、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,11,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的特性,挺度好、冲击力大,面积变化20%,12,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的特性,等离子弧的静特性,13,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的特性,等离子弧的稳定性较好,14,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的类型及应用,15,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的类型及应用,16,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的类型及应用,17,第一节 等离子弧的形成及特性 -双弧现象及防止,18,第一节 等离子弧的形成及特性 -双弧现象及防止,大电流（100-500A
4、） 高离子气流量 单面焊双面成形 控制焊件厚度,19,第一节 等离子弧的形成及特性 -双弧现象及防止,危害： 破坏稳定性、破坏接头质量 降低功率、影响穿透力 危害喷嘴,20,第一节 等离子弧的形成及特性 -双弧现象及防止,防止措施： 正确选择电流 气体成分及流量 喷嘴尺寸、形状 钨极内缩长度、对中 喷嘴冷却 距离焊件的距离 送气方式的改进 清理喷嘴,21,第二节 等离子弧焊 -等离子弧焊基本方法,22,第二节 等离子弧焊 -等离子弧焊基本方法,小电流（30-100A） 低离子气流量 混合型等离子弧 不形成小孔 无尾焰 薄焊件,23,第二节 等离子弧焊 -等离子弧焊基本方法,24,第二节 等离子
5、弧焊 -等离子弧焊基本方法,微束等离子弧焊接 30A的熔入型等离子弧焊接通常称为微束等离子弧焊接 小孔径喷嘴 1mm以下焊件变极性等离子弧焊 脉冲等离子弧焊,25,第二节 等离子弧焊 -等离子弧焊基本方法,26,第二节 等离子弧焊 -等离子弧焊设备,2018/11/8,26,27,第二节 等离子弧焊 -等离子弧焊设备,2018/11/8,27,28,第二节 等离子弧焊 -等离子弧焊设备,2018/11/8,杨建国,28,29,第三节 等离子弧堆焊与喷涂 -堆焊原理,2018/11/8,29,30,第三节 等离子弧堆焊与喷涂 -喷涂原理,2018/11/8,30,31,第三节 等离子弧堆焊与喷涂
6、 -粉末堆焊原理,2018/11/8,31,32,第四节 等离子弧切割 -切割原理,2018/11/8,32,33,第四节 等离子弧切割 -切割设备,2018/11/8,杨建国,33,34,第四节 等离子弧切割 -切割设备,35,第四节 等离子弧切割 -其他切割方法,36,第四节 等离子弧切割 -其他切割方法,37,第十章 其他焊接方法,电渣焊 螺栓焊 电子束焊 激光焊接 摩擦焊接 高频焊接,38,第一节 电渣焊,39,第一节 电渣焊 -原理及分类,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。,40,第一节 电渣焊 -原理及分类,41,第一节 电渣焊 -原理及分类,42,第一节 电渣
7、焊 -原理及分类,43,第二节 螺柱焊,44,第二节 螺柱焊 -定义及原理,将螺柱的一端与板件表面接触，通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定的压力完成焊接的方法称为螺柱焊。,螺栓,板,接触面,电弧,熔化区,力,力,45,第二节 螺柱焊 -特点及分类,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,46,第二节 螺柱焊 -特点及分类,电弧螺柱焊 电容储能螺柱焊 短周期螺柱焊,47,第二节 螺柱焊 -特点及分类,48,第二节 螺柱焊 -特点及分类,49,第二节 螺柱焊 -特点及分类,50,第二节 螺柱焊 -特点及分类,51,第二节 螺柱焊 -特点及分类,52,
8、第三节 高能束焊接,53,第三节 高能束焊接 -电子束焊,54,第三节 高能束焊接 -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,55,第三节 高能束焊接 -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,56,第三节 高能束焊接 -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,57,第三节 高能束焊接 -激光焊,58,一、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,59,二、激光深熔焊的几何特征、
9、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,60,激光束基本特性,单色性好、方向性好、亮度高、相干性好。 1、单色性 激光中单色性最好的是气体激光器产生的激光。He-Ne激光器产生的632.8nm谱线，线宽只有10-9nm。普通光源中单色性最好的用来作为长度基准器的氪灯(Kr86)，其谱线宽度为4.710-3nm。激光的单色性比一般光要高出106107倍以上 .,自然
10、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。单色性决定物质对激光能量的吸收和精细聚焦的可能性； CO2：10.6m CO： 5.4m YAG：1.06m 准分子：0.24m；,61,2、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。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。激光通过直径为D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：光源表面的亮度高；被照射地方光的照度大。一个具有10mW功率的He-Ne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。,62,3、相干性好 以适当方法将统一光源发
11、出的光分成两束，再使两束光重 合便产生明暗相间的条纹，这就是光的干涉。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、规则有序的大振幅光波。,63,第三节 高能束焊接 -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,64,远距离焊接系统原理,65,激光焊接的主要问题：设备贵 反射问题 组装定位 合金元素的挥发 焊接过程中一些高挥发性的合金元素(如硫和磷)从熔池中挥发出来，会导致气孔的产生，而且有很可能产生咬边。 冷却速度非常
12、快 材料的含碳量成为一个非常重要的影响参数，对材料的脆化、微裂纹及疲劳强度都会有影响。,66,第三节 高能束焊接 -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）,67,第三节 高能束焊接 -激光焊,激光的形成过程 工作物质 激励、受激辐射 自激振荡增益 外界能量注入（泵浦） 光学谐振腔,68,第三节 高能束焊接 -激光焊,69,CO2激光的产生,1. 激光束 2. 切向排风机 3. 气流方向 4. 热交换器 5. 后镜 6. 折叠镜 7. 高频电极 8. 输出镜 9. 输出窗口,CO2激光器系统,一般气流的流动速度较慢,将热量从放电腔中带走。,70,YAG激光
13、的产生,根据工作物质分类：红宝石：激活离子Cr3+，波长：694.3nm，三能级；Nd:YAG：激活离子：Nd，波长：1.06m，四能级；钕玻璃： 激活离子：Nd，波长:1.06m，四能级脉冲宽度：100500ns，频率：几百62kHz。,71,YAG激光的产生,灯泵浦Nd:YAG激光器,大功率激光器中，典型的Nd:YAG棒一般是长150mm，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Nd:YAG激光器的功率范围约为50800W。,72,灯泵浦Nd:YAG体激光器,将几个Nd:YAG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镜引导并规则的排列起来。目前的N
14、d:YAG激光器系统多达8个腔。输出4kW功率。,1kW的脉冲Nd:YAG激光器,YAG激光的产生,73,激光TIG复合,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,74,激光MIG复合,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。 适合焊接铝合金、镁合金、铜合金材料,75,激光等离子弧复合,加热区更窄，对外界敏感更小，引燃性好。 密度更大，弧长更长。 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。,环状电极同轴复合,空心电极同轴复合,76,激光双电弧复合,能量输入比普通激光MIG复合减少，熔深
15、增大。 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。 尤其适合焊接厚板。,激光双MIG复合,77,第四节 摩擦焊,78,第四节 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,79,第四节 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,80,第四节 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,81,第四节 摩擦焊,82,第四节 摩擦焊,83,第四节 摩擦焊,84,第四节 摩擦焊,85,第五节 高频焊,86,第五节 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。,87,第五节 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）,88,第五节 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,89,第五节 高频焊,90,第五节 高频焊,91,第五节 高频焊,92,第五节 高频焊,93,第五节 高频焊,94,第五节 高频焊,95,第五节 高频焊,
