1、其他焊接方法,IWE-3/1.11,等离子弧焊接 (WP，l 5) 1、等离子弧焊的原理 等离子弧是由等离子体组成，是充分电离了的气体，其中正、负电荷数相等，就其整体而言是中性的。 是利用等离子枪将阴极和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度、高能量密度及高焰流速度的电弧。 (最高温度可达1 8000-24000K)(图1)。,1.工件 2.焊接材料 3.保护气 4.离子气 5.钨极 6.导电嘴 7.离子气嘴 8.保护气嘴 9.等离子弧 图l 等离子弧焊原理示意图,离子气： 等离子枪的喷嘴孔径和孔道长度是压缩喷嘴的两个主要尺寸，喷嘴内通的气体称； 机械压缩：电离了的离子气从喷嘴流出时受到孔径限
2、制，使弧柱面积变小，这种压缩称为； 热收缩: 水冷喷嘴内冷气膜使弧柱有效截面进一步收缩，这种收缩为； 磁收缩：弧柱电流自身磁场对弧柱的压缩应用为。,a）非转移型等离子弧（等离子束） 电弧建立在电极与喷嘴之间，离子气强迫等离子弧从喷嘴孔径喷出，也称等离子焰。主要用于非金属材料焊接与切割。 b)转移型等离子弧(等离子弧) 电弧建立在电极与工件之间，二般先引燃非转移弧，然后再将电弧转移至电极与工件之间。主要用于金属材料焊接与切割。 。 c)联合型等离子弧(等离子束等离子弧)两种电弧同时存在，主要用于30Ad微束等离子弧焊。 d)双弧现象 是电弧产生在电极与喷嘴、喷嘴与工件之间，是一种非正常状态(离子
3、气过小、电流过大时造成)。,1钨极 2喷嘴 3转移弧 4非转移弧 5工件 6弧焰7离予气 图2 等离子弧类型,等离子弧有两种基本焊接方式： 一种是小孔型 等离子弧焊，利用小孔效应实现焊接，也称穿透性焊接，如图3。 另一种是熔透型等离子弧焊，当离子气流量较小时，不产生小孔效应，与氩弧焊类似。,图3 小孔等离子弧焊示意图,3、等离子弧焊设备及电源特性 等离子弧焊接设备主要包括焊接电源、控制系统、焊枪、气路系统和水路系统。(图4)。,图4 等离焊设备构造简图,等离子弧焊接的电源采用陡降或垂直的特性曲线(等离子弧的特性曲线为U型，工作再平直段上)。 一般认为垂降特性电源输出电流恒定，对等离子焊接有利(
4、图5),图5 白由电弧和压缩电弧特性曲线(简图),1、等离子弧焊接特点及应用,等离子弧焊接特点 1)与TIG焊比，等离子弧挺度大、热量集中、熔深比大，工件可不开坡口单面焊双面成型，焊接热影响区小，焊接变形小，生产率高； 2) 可用来焊接难熔、易氧化、热敏感性强的材料，如钼、钨、铍、铬、钽、镍、钛等合金，也能焊一般钢材或有色金 3）相对其它焊接方法，等离子焊的设备投资较大，对操作要求高，难以手工操作，焊接参数精度高。,等离子弧焊接的应用 直流等离子焊可以焊碳钢、不锈钢、耐热钢，镍及其合金，钛及其合金等。交流等离子焊可焊铝，镁及其合金，铸青铜，铝青铜等。 1)不锈钢、镍、铜、钛等材料的微弧等离子焊
5、接参数(表1、2) （P3/5） 2)不锈钢、镍、钛等材料的等离子焊接参数(表3、4、5) （P3/5）,3)等离子焊接与TIG焊区别,图6 等离子焊接与TIG焊典型区别,4)其它等离子焊方法 a)微弧等离子焊 以焊接电流大小分类，当焊接电流小于(30,-60)A左右时，被称为微弧等离子焊，多采用焊薄小工件。 b)等离子-MIG焊接(图7),c)等离子堆焊(图8),d)等离子热丝堆焊(图9),IWE-3/1。12,1、电子束焊接 1.1方法原理 图1 为电子束焊接设备结构原理简图； 用电子束焊接时，被高压加速的高速电子冲击工件表面(通常高压为60l50KV)，这样的电子运动的动能转变成热能。电
6、子从赤热的阴极发射出来，加速射向环型阳极并通过调整极，聚焦极和偏转极射向工作表面。,1.2参数S电子束功率 P=IsUBIs：电子束电流强度 UB：阴阳极之间加速电压 电子束燃烧点(0.1mm至1 mm)的直径； 功率密度可达108Wcm2，当电子束燃烧时的直径为0.10.2mm时功率密度将106 Wcm2 电予束发生器内真空度约为10-8巴，在工作仓内可达10.7巴 在电子束与工件的结合处有X光线，必须采用铅玻璃或铅板屏蔽 焊缝为不开坡口的I型焊缝，通常不需要加填充材料 电子束的无惯性偏转将使熔化及结晶过程受到影响,2、应用 2.1电子束的材料加工方法电子束的应用范围见表1,2.2 EB焊接
7、的熔焊过程及接头型式,3. 电子束焊接的缺陷和问题 表3给出了EB焊的典缺陷以及预防措 表3 EB-焊时的缺陷,4、结束语 应对EB-焊的优点和缺点均有足够的了解，例如优点具有变形小，特种材料焊接的可能性，异种材料的焊接等，缺点首要的是它须要在真空环境中进行加工，为此存在以下几个问题： 1）必要的设备(真空泵等) 2）焊接接头的韧性较差(部件需要予热，必要的填充材料) 3）较大部件需要较大真空室(高的投资费用，加工周期较长等) 对上述问题应综合考虑，此外还有检验设备(X光探伤仪)及人员等因素来决定是否采用EB焊接。,5、激光焊,图8给出根据相应激光功率来选择激光种类；对于材料加工现今只有C02
8、激光器(气体激光器)和Nd-YAG激光器(固体激光器)在应用。在显微技术方面，有时也采用准分子激光器， 因为准分子波长短，能量高故能直接深入材料分子内部进行加工，其加工基理是基于光化学作用，是在非放热效应下进行，因此，材料变形极小。 图9和图10给出C02和Nd-YAG激光器的应用状况,6、激光技术基本原理和加工,为了能够利用光来进行材料加工，必须存在一个高的能量密度，它的范围率在1 06Wcm2，当达到这样一个能量密度时，光具有以下特点： 具有一定波长(单色) 集焦(相位同步振荡) 光束是平行的 激光的特性，理论上的激光可将相应高能量密度光束集焦在某一点上，,C02激光器应用较广，它的光束质
9、量高，适用于多种材料的加工是切割和焊接理想的光源，且切割质量及可加工的材料厚度远高于YAG激光器，在相同加工材料、焊接厚度下，C02激光器的切割质量优于YAG且运行费用低， 对于2mm较厚板焊接时，C02焊接质量要好，运行成本低。 激光加工的主要应用范围有：切割、焊接和表而处理。,7、激光切割 表4给出激光切割在金属材料和塑料加工的应用范围和当今的技术状况 低合金钢切割可达12mm，高合金钢可达8mm。 激光切割所使用的几种切割气体如下：激光点燃切割气体：02，激光熔点切割气体：，N2、Ar，激光精密切割气体：N2、Ar。 优点：切割口断面具有很高的质量，在进行复杂切割形状的切割时，切割后无须
10、再进行修整亦无变形(见图1 5),8、激光焊接 当今激光焊接的应用更多的是单一用途，在工业上还没有得到更广泛地应用很多地描述是它的发展前景如何。表6给出的各种材料焊接的技术状况。 激光的能量密度可分为：1）热传导焊接2）深度焊接 焊接时是通过蒸汽沟形式进行的，此时激光束可以深入材料内部，激光焊缝宽度约lmm左右，深度焊接时其深度在58mm，可见其变形很小。,9、激光表面处理 当今采用激光进行表面处理，在工业上还不是很广泛，表面处理基本上有以下几下方面：1)重熔2)硬度变化3)堆焊4)合金化图21给出上述4种方法的有关数据,IWE-3/1.13,1、摩擦焊(US 42) 1.1摩擦焊原理 摩擦焊
11、是利用焊体表面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性达态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。 (如图1)，两焊接部件至少有一个是旋转体。,1.2摩擦焊特点 1)接头质量高(属固态焊接，溶合区金属为锻造组织，无熔化焊的焊接缺陷) 2)可焊异种材质 3)焊接时问短，生产效率高 4)尺寸精度高、可重复性好，易实现机械化 5)无需填充材料 6)环境清洁 7)在一定程度上要求焊件为旋转体 8)设备复杂、投资大 9)周边有凸起部分,1.3摩擦焊分类 摩擦焊是根据焊件相对运动和工艺特点分类的， 分为：1) 连续驱动摩擦焊；2) 惯性摩擦焊；3) 搅拌摩擦焊； 4) 相位摩擦焊；5) 径向摩擦焊； 6) 线
12、性摩擦焊；7) 轨迹摩擦焊； 8) 嵌入摩擦焊。,1)连续摩擦焊(如图2) 主要参数包括：转数、摩擦力、摩擦时间、顶锻力、顶锻时间、制动时间等。,l一转动 2一制动 3a一转动卡具 3b一转动卡具 4a一旋转工件 4b一非旋转工件 5 工件焊 图2 连续摩擦焊示意图,2)惯性摩擦焊(如图3),l一转动 2一惯性体 3a一转动卡具 3b一非转动卡具 4a一旋转工件 4b一非旋转工件 5一工件缸 图3惯性摩擦焊示意图,图4 连续和惯性摩擦焊参数曲线,3)搅拌摩擦焊(如图5) 搅拌摩擦焊主要由搅拌头完成，搅拌头由特型指棒、夹持器和圆柱体组成。 焊接开始时，搅拌头高速旋转，特型指棒迅速钻入被焊材料的接
13、缝处，特型指棒与接触的金属摩擦生热形成热塑性层，轴肩与被焊表面摩擦产生辅助热，搅拌头与工件相对运动时，在搅拌头前面不断形成的热塑性金属转移到搅拌头后面，填满后面的空腔。焊接区金属经历被挤压、摩擦生热、塑性变形、转移、扩散、再结晶过程。,搅拌摩擦焊可以焊对接、搭接、直缝、曲线等形式。 搅拌摩擦焊适合塑性好的材料，常用于铝及铝合金的焊接。,4）其它常见摩擦焊(图6),摩擦焊可焊截面及接头形式（如图7）,1.5摩擦焊应用 旋转摩擦焊主要用于旋转体工件问的焊接及不同材料问的焊接。 可焊材料如下：（P4/10）,2、旋弧焊(MBP),2.1旋弧焊工艺原理和过程 旋弧焊属于电弧压力焊范畴，原理和过程如图9
14、、1 0所示,2.2旋弧焊参数 旋弧焊重要的参数是： 1)焊接电流(如图1 2) 2)磁性线圈电流(如图l 2) 3)焊接时间(焊接的开始时问是指焊件移开时刻，结束时间是指顶锻开始时刻) 4)顶锻力(顶锻力取决于焊件的截面积) 5)保护气体流量(保护气体使电弧稳定，且提高引弧和焊接过程的可重复性),2.3 旋弧焊的焊接适应性旋弧焊三个主要要求： 1)焊件的截面形状必须是管状，这样电弧能沿着接口表面旋转。 2)焊件截面必须为封闭状，这样电弧才能沿着接口表面旋转。 3)焊接件必须导电并可熔化。,2.4 生产中，以下材料可焊接到一起， 见表2。表2 旋弧焊可焊接的材料组合,2.5旋弧焊方法的特点及应
15、用 优点 1)优先用于薄管状截面工件； 2)热裂纹倾向小；3)适合于含碳量高和易切削钢的焊接；4)易实现自动化； 5)焊接时间短并且在生产企业中生产周期短；6)无需焊接材料；,缺点 1)不适合于实截面的焊接。 2)淬火钢和调质钢的热影响区硬度和强度降低3)接头表面不允许有涂层。 应用：止此技术可用于管状截面壁厚为0.75mm，直径为5300mm工件，以及适当的焊缝长度的非旋转状工件的焊接。应用举例：PKW后轴，主轴，过滤器罩，散热器中的水联接套管，摩托车支撑轴，用于PKW控制的齿条。,3、螺柱焊,3.1原理及过程将金属螺柱或类似的其他金属紧固件(栓、钉等)焊到工件上去的方法叫做螺柱焊。 主要有
16、电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊，以电弧螺柱焊较常用(图1 4)。,图14 电弧螺柱焊原理示意图,电弧螺柱焊过程： 与焊条电弧焊的焊条引弧原理相同，都是短路提升引弧，不同的是螺柱被夹持在焊枪的夹头上，与工件短路定位，焊枪的提升机构使螺柱上升引弧，形成熔池，当提升机构释放时，给螺柱一个压力使螺柱浸入容池，冷却形成焊缝。过程如图1 5所示。,分类：1）稳定电弧螺柱焊； （如前所述）2）电容放电螺柱焊；3）短周期螺柱焊。 电容放电螺柱焊：是储能电容快速放电产生的电弧作为热源，它的特点是焊接时间短、不需保护、需用专用螺柱(如图l 6)； 短周期螺柱焊：使用的电流是经过波形调制的，特点是不需保护、螺柱不用特殊
17、加工、更容易实现自动化。,3.2电弧螺柱焊设备 1)焊接电源 要求电源外特性为直流下降特性，具有良好动特性，较大额定焊接电流，较高空载电压，较小负载持续率。 2)控制系统 图1 7表示螺柱焊输出电压、电流及螺柱位移时序。 3)焊枪 焊枪有手提式和固定式两种，机械部分由夹持机构、电磁提升机构及弹簧加压机构组成，电气部分由焊接开关、电磁铁、焊接电缆组成。,图17 螺柱焊过程电流、电压、螺柱位移时序,3.3螺柱焊应用 螺柱焊可以代替铆接或钻孔螺丝紧固等，广泛用于汽车、造船、机车、机械、锅炉、容器、建筑、民用等行业(图1 8)。 3.4螺柱焊缺陷 3.5 螺柱焊质量检查,1、电渣焊（RES，72） I
18、WE-3.14,1.1电渣焊原理及分类 电渣焊是利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热作为焊接热源，将工件和填充金属熔合成焊缝的垂直位置的焊接方法(图1)。,图1 丝极电渣焊原理示意图,1.2电渣焊种类 1)丝极电渣焊(单丝、双丝、多丝) 2)熔嘴电渣焊(熔嘴可做成各种形状，以适于曲面焊接，图2) 3)板极电渣焊(适于大厚度，图3),1.3电渣焊特点 1)垂直焊接； 2)不开坡口，留一定间隙，厚件一次焊成，单丝电渣焊(焊丝沿工件厚度方向摆动)一次可焊厚达200mm； 3)焊缝成形系数调节范围大； 4）加热均匀，冷却速度慢，有预热作用，冷裂倾向小，不易造成气孔、夹渣、裂纹等工艺缺陷。 5)焊剂消耗量
19、小，消耗量只有埋弧焊的1/15-1/20 6) 焊缝和近缝区金属在高温停留时间过长，过热现象较严重，晶粒较粗大，一般要热处理。,1.4电渣焊设备及电源特性电渣焊设备主要为：1)焊接电源；2)机头及行走机构、送丝机构、摆动机构；3)焊接过程自动调节及电控系统；4)成型块。电源多采用交流电源，电源特性为平特性，等速送丝系统，能保证焊接电流、电压稳定。,1.5 电渣焊焊接工艺参数1)焊接电流2)焊接电压3)渣池深度4)装配间隙 一般参数：焊丝直径、焊丝根数、焊丝干伸长等。 电渣焊过程中，焊接电流与焊丝送进速度成严格的正比关系，常给出焊丝送进速度代替焊接电流。,1.6 电渣焊应用 电渣焊不仅可焊碳钢、
20、合金钢、也能焊铸铁以及铜铝等有色金属。 电渣焊不仅可以焊接简体纵缝，也适于焊一些曲面、圆筒型结构部件。 1)环型焊缝的电渣焊，如图4。,2）电渣带极堆焊，如图5,3)电渣压力焊，如图6。,2、铝热焊,2.1铝热焊原理及设备 铝热焊是利用金属氧化物与铝之间的铝热反应所产生的过热，熔融金属来加热工件和填充接头完成的一种方法。(如图7) 常用的氧化剂有Fe203、CuO、MnO，还原剂Al。Fe203+2AIA1203+2Fe+760kJmol 铝热焊设备要求简单，主要是成型模具、钳锅、预热工具、修磨工具等。 铝热焊的接头质量是通过填加物来控制。,图7 铝热焊原理,2.2 铝热焊特点 1)铝热焊设备
21、简单，投资少，焊接操作简单，不需电源； 2)尤其适于野外作业； 3) 缺点：是焊缝金属为相当粗大的铸造组织，性能较差。 3.3 铝热焊应用钢轨焊接，也用于较大截而修复的焊接，可用母材有钢、铸钢、铜 。,3、高频焊,3.1高频焊原理它是用流经工件连接面的高频电流所产生的电阻热，并在施加(或不施加)顶锻力情况下实现金属问相互连接的一类焊接方法。高频范围300450kHz。 高频焊的基础就是利用高频电流的两大效应：集肤效应和邻近效应。 集肤效应：向导体通以高频电流时，导体断面上出现电流分布不均，电流中大部分仅沿着导体表层流动。 邻近效应：当高频电流在两导体中彼此反方向流动或在一个往复导体中流动时，电
22、流集中于导体邻近侧。,高频焊原理如图8,滑动接触焊如图9,一常用频率：450 Hz 一加热深度：几个百分之一毫米，事实上沿导热方向的深度较大。 一工作电压I 00V； 一焊接电流10002000A ； 一焊机机头的功率设计参数为26、60、140以及280KVA 一从经济上讲，更适合薄件的焊接； 一在高频焊钢管时，焊接速度取决于机器功率和壁厚。,除高频焊钢管外，还可以有其它形式的联接，高频中间滑动接触焊如图10。,感应高频焊如图11 感应线圈：中至高频 线型感应器：中频(至1 0KHz) 加热深度较小，感应焊优先用于薄壁件的焊接，在管子内加入磁性材料可降低损失。,3.2高频焊特点 优点： 焊接
23、速度高、热影响区小、焊前对工件表面无要求、能焊金属种类广。 缺点：电源回路中高压部分对人体和设备安全由威胁；维修费用高。 3.3高频焊应用 高频焊广泛应用在管材的制造方面，及生产各种断面的型材上(如图l0)，可焊材料有碳钢、合金钢、不锈钢及有色金属。,1、超声波焊接 IWE-3/1.15,1.1超声波焊接原理及分类 定义: 超声波焊接是利用机械振动能量(超声波高频1 6KHz)在工件表面产生塑性变形并在压力作用下破坏表面层，实现焊接的方法： 由震动剪切力、静压力、焊区温升三个因素所决定。 超声焊原理如图1。,1发生器 2换能器 3传振杆 4聚能器 5耦合杆 6静载 7上升极 8工件 9下声极
24、F静压力 V一振动方向 图l超声波焊原理,按照声波的高频振荡能量传播方向不同分两种基本类型： 1)切向传递到焊件，适于金属焊接，图1； 2)垂直于焊件表面工件，适于塑料焊接， 如图2，焊缝形式为对接、角接接头，图3。,图2 超声波塑料焊接 图3 超声波焊接接头形式,超声波焊接的主要工艺参数是：振幅、振动频率、静压力、焊接时间。 焊接所需功率取决手工件厚度， 常用振幅约为3-23m，振动频率一般为16-20kHz，静压力取决子材料厚度及硬度。 超声波金属焊接分为:点焊、缝焊、环焊三种，如图4、5、6。,1.2超声波焊特点 优点： 1)无污染、不需其他热输入； 2)适于多种材料的焊接，特别是高导热
25、、高导电率材料以及物理性能差异较大的材料， 如金、银、铜、铝等； 3)在半导体材料焊接中，可保证其不受高温污染的影响； 4)耗用功率小： 5)对工件表面清洁物要求不高。 缺点：焊接工件受功率限制，只能焊丝、箔、片等薄料。,1.3超声波焊应用 超声波焊广泛用于微电子器件及精加工技术，最成功的应用是集成电路元件的互连。在电子、航天、电器、包装、塑料等工业都有广泛应用。,2、爆炸焊,2.1爆炸焊原理及方法爆炸焊是利用炸药爆炸产生的冲击力造成焊件的迅速碰撞，通过结合面上的塑性变形而实现连接的一种焊接方法。如图7。 爆炸焊的方法按金属材料形状分为：板一板；管一管；管一管板；管一棒。金属粉末与板的爆炸焊，
26、 从接头型式上可分：有对接、搭接、压接、斜接。,图7 爆炸焊原理,2.2爆炸焊特点 1)能焊相同或异种材料，可焊化学性质相差悬殊的金属材料； 2)工艺简单易掌握，容易操作、比较经济； 3)不仅能点焊，线焊，还可以面焊(爆炸复合)。,2.3 爆炸焊应用 生产复合材料，提供具有特殊物理和化学性能的结构材料。 爆炸焊应用较多的是制造复合板，复合爆炸焊工艺有平行法和角度法(图8)。基板与复合板厚度比一般 为1.110.1,图8 复合板爆炸示意图,爆炸焊可焊材料见图10,3、扩散焊,3.1扩散焊原理及设备 扩散焊是在一定温度和压力下使待焊表面相互接触，通过微观塑性变形或通过待焊面产生的微量、液相而扩大待
27、焊面的物理接触，然后经较长时间的原子相互扩散来实现冶金结合的一种焊接方法， 如图1,图11 扩散焊原理示意图,3.2扩散焊特点 优点：焊接质量高，焊后无需加工，可实现自动化，无塑性变形，可焊一些其它方法无法焊的材料 缺点：设备投资大，焊接时间长，表面准备耗力大，对焊缝的焊合质量无可靠的无损检测手段。,3.3扩散焊应用 固相扩散焊 液相扩散焊 扩散焊应用在一些特种材料，特殊结构当中，如航天工业、电子工业、核工业。 可焊材料如图12。,图12 能进行扩散焊的材料,4、冷压焊,4.1冷压焊的原理冷压焊是在室温条件，借助压力使待焊金属产生塑性变形而实现固态焊接的方法。 通过塑性变形挤出连接部位的氧化膜等杂质，使纯洁金属紧密接触达到晶间结合，过程如图1 3。,图1 3 工艺原理,4.2 冷压焊的应用及特点 特点： 不需填料，没有高温，设备简单，易实现自动。对焊件表面状态要求高，要彻底清除油、水等。 应用： 用于怕升温的材料和产品的焊接。理想材料是铝、钛、锌铅、银等，硬材料可通过加过渡层的方法实现。用于电气行业、太空领域。 较小截面的冷压焊，可用于手用钳进行焊接如3-4m2A1，较大截面的工件用机械装置焊接，通常需一次或附加几次顶锻。,4.3 其它冷压焊方法图14拉伸过程中的冷压焊,图1 5 压轧制板,图1 6 挤压中的冷压焊,
