其他焊接方法

其他焊接方法IWE-3/1.11等离子弧焊接(WP，l5)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18000--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(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。121、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60—l50KV)，这样的电子运动的动能转变成热能。电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=Is×UBIs：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1mm)的直径；——功率密度可达108W／cm2，当电子束燃烧时的直径为0.1～0.2mm时功率密度将>106W／cm2——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12.2EB焊接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3EB-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106W／cm2，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薄板，C02和YAG焊接质量相当，在>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，切割后无须再进行修整亦无变形(见图15)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5～8mm，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-3/1.131、摩擦焊(US42)1.1摩擦焊原理摩擦焊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、10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12)2)磁性线圈电流(如图l2)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0.7—5mm，直径为5—300mm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。主要有电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊，以电弧螺柱焊较常用(图14)。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15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l6)；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17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18)。3.4螺柱焊缺陷3.5螺柱焊质量检查

1、电渣焊（RES，72）

IWE-3.141.1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)焊剂消耗量小，消耗量只有埋弧焊的1/15-1/206)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、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53)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+2AI—→A1203+2Fe+760kJ／mol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300~450kHz。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：450Hz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I00V；一焊接电流1000～2000A；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10KHz．)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-3/1.151.1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>16KHz)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3-23μm，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、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