現(xiàn)代焊接及切割方法

1、 湖南理工學(xué)院機(jī)械學(xué)院湖南理工學(xué)院機(jī)械學(xué)院11 11級(jí)汽車服務(wù)班級(jí)汽車服務(wù)班 李會(huì)李會(huì)19541954年法國(guó)年法國(guó)J.A.StohrJ.A.Stohr博士成功焊接了核反應(yīng)堆燃料博士成功焊接了核反應(yīng)堆燃料包殼，標(biāo)志電子束焊接金屬獲得成功；包殼，標(biāo)志電子束焊接金屬獲得成功； 1 1、電子束焊接發(fā)展簡(jiǎn)史、電子束焊接發(fā)展簡(jiǎn)史電子束焊接技術(shù)起源于德國(guó)，電子束焊接技術(shù)起源于德國(guó)，19481948年前西德物理學(xué)家年前西德物理學(xué)家K.H. SteigerwaldK.H. Steigerwald首次提出用電子束焊接的設(shè)想；首次提出用電子束焊接的設(shè)想；電子束的發(fā)現(xiàn)迄今已有電子束的發(fā)現(xiàn)迄今已有100100多年的歷史

2、；多年的歷史；19571957年年1111月，在法國(guó)巴黎召開的國(guó)際原子能燃料元月，在法國(guó)巴黎召開的國(guó)際原子能燃料元件技術(shù)大會(huì)上公布了該技術(shù)，電子束焊接被確認(rèn)為件技術(shù)大會(huì)上公布了該技術(shù)，電子束焊接被確認(rèn)為一種新的焊接方法；一種新的焊接方法；19581958年開始，美國(guó)、英國(guó)、日本及前蘇聯(lián)開始進(jìn)行年開始，美國(guó)、英國(guó)、日本及前蘇聯(lián)開始進(jìn)行 電子束焊接方面的研究；電子束焊接方面的研究；上世紀(jì)上世紀(jì)6060年代后，我國(guó)開始從事電子束焊接研究；年代后，我國(guó)開始從事電子束焊接研究；2 2、電子束焊接的基本特征、電子束焊接的基本特征 電子束焊接的過電子束焊接的過程程 電子束焊接是一電子束焊接是一種高能量密度的

3、熔種高能量密度的熔化焊方法。它是利化焊方法。它是利用空間定向高速運(yùn)用空間定向高速運(yùn)動(dòng)的電子束，撞擊動(dòng)的電子束，撞擊工件后將部分動(dòng)能工件后將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而轉(zhuǎn)化為熱能，從而使被焊工件熔化，使被焊工件熔化，形成焊縫。形成焊縫。三級(jí)電子槍結(jié)構(gòu)示意圖三級(jí)電子槍結(jié)構(gòu)示意圖1 1陰極；陰極；2 2偏壓電極；偏壓電極；3 3陽(yáng)極；陽(yáng)極；4 4聚焦線圈；聚焦線圈；5 5偏轉(zhuǎn)線圈；偏轉(zhuǎn)線圈；6 6工件；工件；7 7電子束；電子束；U Ub b加速電壓；加速電壓；U UB B偏壓；偏壓；電子束焊接特點(diǎn)電子束焊接特點(diǎn)(1)(1)電子束焊接的優(yōu)點(diǎn)電子束焊接的優(yōu)點(diǎn)(2)(2)電子束焊接的不足電子束焊接的不足a加

4、熱功率密度大。焊接用電子束電流為幾十到幾百焊接用電子束電流為幾十到幾百毫安，最大可達(dá)毫安，最大可達(dá)l000mAl000mA以上；加速電壓為幾十到幾以上；加速電壓為幾十到幾百千伏；故電子束功率從幾十千瓦到百千伏；故電子束功率從幾十千瓦到100kw100kw以上，而以上，而電子束焦點(diǎn)直徑小于電子束焦點(diǎn)直徑小于1mm1mm。故電子束焦點(diǎn)處的功率密。故電子束焦點(diǎn)處的功率密度可達(dá)度可達(dá)103105Kw/cm2103105Kw/cm2，比普通電弧功率密度高，比普通電弧功率密度高10010001001000倍。倍。b焊縫深寬比(H/B)大。通常電弧焊的深寬比很難超通常電弧焊的深寬比很難超過過2 2，電子束焊

5、的深度比在，電子束焊的深度比在5050以上。電子束焊比電弧以上。電子束焊比電弧焊可節(jié)約大量填充金屬和電能，可實(shí)現(xiàn)高深寬比的焊可節(jié)約大量填充金屬和電能，可實(shí)現(xiàn)高深寬比的焊接，深寬比達(dá)焊接，深寬比達(dá)6060：1 1，可依次焊透，可依次焊透0.1300mm0.1300mm厚度厚度的不銹鋼板。的不銹鋼板。 優(yōu)點(diǎn)c.c. 焊接速度快，焊接速度快，焊縫熱物理性能好。焊接速度快，能量集焊縫熱物理性能好。焊接速度快，能量集中、熔化和凝固過程快熱影響區(qū)小，焊接變形小。對(duì)精加中、熔化和凝固過程快熱影響區(qū)小，焊接變形小。對(duì)精加工的工件可用作最后的連接工序，焊后工件仍能保持足夠的工的工件可用作最后的連接工序，焊后工件

6、仍能保持足夠的精度。能避免晶粒長(zhǎng)大，使焊接接頭性能改善，高溫作用時(shí)精度。能避免晶粒長(zhǎng)大，使焊接接頭性能改善，高溫作用時(shí)間短，合金元素?zé)龘p少，焊縫抗蝕性好。間短，合金元素?zé)龘p少，焊縫抗蝕性好。d d焊縫純度高。焊縫純度高。真空電子束焊的真空度一般為真空電子束焊的真空度一般為5 510-4Pa10-4Pa，適合焊接鈦及鈦合金等活性材料。適合焊接鈦及鈦合金等活性材料。e. e. 焊接工藝參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)。焊接工藝參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)。電子束焊接的工電子束焊接的工藝參數(shù)可獨(dú)立地在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，控制靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，藝參數(shù)可獨(dú)立地在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，控制靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，再現(xiàn)性好，而且電子束

7、焊焊接參數(shù)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化再現(xiàn)性好，而且電子束焊焊接參數(shù)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化控制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性?？刂?，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。f. f. 可焊材料多?？珊覆牧隙?。不僅能焊金屬和異種金屬材料的接頭不僅能焊金屬和異種金屬材料的接頭, ,也可也可焊接非金屬材料焊接非金屬材料, ,如陶瓷、石英玻璃等。如陶瓷、石英玻璃等。 需要高真空環(huán)境以防止電子散射，設(shè)備復(fù)雜，焊件尺寸和需要高真空環(huán)境以防止電子散射，設(shè)備復(fù)雜，焊件尺寸和形狀受到真空室的限制（非真空環(huán)境的電子束焊，是重要形狀受到真空室的限制（非真空環(huán)境的電子束焊，是重要的研究方向）；的研究方向）； 由于真空室的存在，抽真空成為影響循環(huán)

8、時(shí)間的主要障礙由于真空室的存在，抽真空成為影響循環(huán)時(shí)間的主要障礙（目前用于齒輪焊接的單臺(tái)電子束設(shè)備循環(huán)時(shí)間很難做到（目前用于齒輪焊接的單臺(tái)電子束設(shè)備循環(huán)時(shí)間很難做到60s60s以內(nèi)）；以內(nèi)）； 有磁偏移：由于電子帶電，會(huì)受磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)影響，故要求電有磁偏移：由于電子帶電，會(huì)受磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)影響，故要求電子束焊工件焊前去磁處理；子束焊工件焊前去磁處理； X X射線問題：射線問題：X X射線在高壓下特別強(qiáng)，需對(duì)操作人員實(shí)施保射線在高壓下特別強(qiáng)，需對(duì)操作人員實(shí)施保護(hù)；護(hù)； 對(duì)工件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格，同時(shí)工件表面清潔的要求也較對(duì)工件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格，同時(shí)工件表面清潔的要求也較高。高。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)1.激光焊接的原理及

9、應(yīng)用激光焊接的原理及應(yīng)用 激光焊接的原理：用激光來(lái)加熱，并能穿激光焊接的原理：用激光來(lái)加熱，并能穿透透明介質(zhì)，焊到透明介質(zhì)容器里的一種透透明介質(zhì)，焊到透明介質(zhì)容器里的一種高能量的焊接方法。高能量的焊接方法。 激光焊接的應(yīng)用：運(yùn)用到醫(yī)學(xué)中（比如患激光焊接的應(yīng)用：運(yùn)用到醫(yī)學(xué)中（比如患者視網(wǎng)膜脫落，就可用激光透過眼球焊到者視網(wǎng)膜脫落，就可用激光透過眼球焊到眼球后面，將視脫落的網(wǎng)膜和眼球焊到一眼球后面，將視脫落的網(wǎng)膜和眼球焊到一起）；機(jī)器人激光切割；機(jī)器人激光焊接；起）；機(jī)器人激光切割；機(jī)器人激光焊接；機(jī)器人激光雕刻；集成電路片雕刻。機(jī)器人激光雕刻；集成電路片雕刻。 2.激光焊接的優(yōu)點(diǎn)及適用條件激光焊

10、接的優(yōu)點(diǎn)及適用條件 激光焊接具有焊接速度快、能量密度高、靈激光焊接具有焊接速度快、能量密度高、靈活性大，可精確控制，穿透能力強(qiáng)，焊縫的活性大，可精確控制，穿透能力強(qiáng)，焊縫的深度比大，熱輸入量低，焊接變形小，可在深度比大，熱輸入量低，焊接變形小，可在大氣中焊接等優(yōu)點(diǎn)，不需要真空環(huán)境或氣體大氣中焊接等優(yōu)點(diǎn)，不需要真空環(huán)境或氣體保護(hù)。屬非接觸焊接，整個(gè)焊接過程速度很保護(hù)。屬非接觸焊接，整個(gè)焊接過程速度很快，焊接熱影響區(qū)和焊接變形小，特別適合快，焊接熱影響區(qū)和焊接變形小，特別適合于精密結(jié)構(gòu)件和熱敏感器件的焊接?？梢越栌诰芙Y(jié)構(gòu)件和熱敏感器件的焊接?？梢越柚D(zhuǎn)棱或通過光導(dǎo)纖維引導(dǎo)到難以接近的助偏轉(zhuǎn)棱或

11、通過光導(dǎo)纖維引導(dǎo)到難以接近的部位進(jìn)行焊接；也可以通過透明料底壁進(jìn)行部位進(jìn)行焊接；也可以通過透明料底壁進(jìn)行焊接；可以對(duì)絕緣導(dǎo)體直接焊接，而不必清焊接；可以對(duì)絕緣導(dǎo)體直接焊接，而不必清除絕緣層。實(shí)現(xiàn)異種金屬的焊接，還可用于除絕緣層。實(shí)現(xiàn)異種金屬的焊接，還可用于非金屬材料的焊非金屬材料的焊接。接。 3.激光焊接相關(guān)圖片激光焊接相關(guān)圖片 激光焊接原理示意圖激光焊接原理示意圖激光焊接機(jī)激光焊接機(jī)激光焊接產(chǎn)品激光焊接產(chǎn)品激光切割激光切割 該技術(shù)采用激光束照射到鋼板表該技術(shù)采用激光束照射到鋼板表面時(shí)釋放的能量來(lái)使不銹鋼熔化面時(shí)釋放的能量來(lái)使不銹鋼熔化并蒸發(fā)。激光源一般用二氧化碳并蒸發(fā)。激光源一般用二氧化碳激

12、光束，工作功率為激光束，工作功率為5002500瓦。該功率的水平比許多家用電瓦。該功率的水平比許多家用電暖氣所需要的功率還低，但是，暖氣所需要的功率還低，但是，通過透鏡和反射鏡，激光束聚集通過透鏡和反射鏡，激光束聚集在很小的區(qū)域。能量的高度集中在很小的區(qū)域。能量的高度集中能夠進(jìn)行迅速局部加熱，使不銹能夠進(jìn)行迅速局部加熱，使不銹鋼蒸發(fā)。此外，由于能量非常集鋼蒸發(fā)。此外，由于能量非常集中，所以，僅有少量熱傳到鋼材中，所以，僅有少量熱傳到鋼材的其它部分，所造成的變形很小的其它部分，所造成的變形很小或沒有變形。利用激光可以非?；驔]有變形。利用激光可以非常準(zhǔn)確地切割復(fù)雜形狀的坯料，所準(zhǔn)確地切割復(fù)雜形狀的

13、坯料，所切割的坯料不必再作進(jìn)一步的處切割的坯料不必再作進(jìn)一步的處理。理。 激光切割的特點(diǎn)激光切割的特點(diǎn) 1.切割質(zhì)量好：激光束聚集性好，光斑切割質(zhì)量好：激光束聚集性好，光斑小，切縫細(xì)，可以進(jìn)行精密切割。小，切縫細(xì)，可以進(jìn)行精密切割。 2.激光切割速度快、效率高激光切割速度快、效率高: 切割低碳切割低碳鋼、鈦板這類材料，切割速度可達(dá)每分鋼、鈦板這類材料，切割速度可達(dá)每分鐘數(shù)米至數(shù)十米。激光光斑小，切縫細(xì)，鐘數(shù)米至數(shù)十米。激光光斑小，切縫細(xì)，可節(jié)省材料?？晒?jié)省材料。 3.激光切割設(shè)備費(fèi)用高，一次性投資大。激光切割設(shè)備費(fèi)用高，一次性投資大。 擴(kuò)散焊又稱擴(kuò)散連接，是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的固相材料擴(kuò)散焊又稱

14、擴(kuò)散連接，是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的固相材料（或包括中間層材料）緊壓在一起，置于真空或保護(hù)氣氛（或包括中間層材料）緊壓在一起，置于真空或保護(hù)氣氛中加熱至母材熔點(diǎn)一下溫度，對(duì)其施加壓力使連接界面微中加熱至母材熔點(diǎn)一下溫度，對(duì)其施加壓力使連接界面微觀塑性變形達(dá)到緊密接觸，再經(jīng)保溫、原子相互擴(kuò)散而形觀塑性變形達(dá)到緊密接觸，再經(jīng)保溫、原子相互擴(kuò)散而形成牢固的冶金結(jié)合的一種連接方法。成牢固的冶金結(jié)合的一種連接方法。 通常根據(jù)焊接過程中是否出現(xiàn)液相將擴(kuò)散焊分為固態(tài)擴(kuò)散通常根據(jù)焊接過程中是否出現(xiàn)液相將擴(kuò)散焊分為固態(tài)擴(kuò)散焊和瞬間液相擴(kuò)散焊。焊和瞬間液相擴(kuò)散焊。 擴(kuò)散焊是適用于航空、航天等高技術(shù)領(lǐng)域和新材擴(kuò)散焊是適用

15、于航空、航天等高技術(shù)領(lǐng)域和新材料的連接需要而迅速發(fā)展起來(lái)的一種精密連接方料的連接需要而迅速發(fā)展起來(lái)的一種精密連接方法。如陶瓷、金屬間化合物、非晶和單晶合金材法。如陶瓷、金屬間化合物、非晶和單晶合金材料等一些特殊材料，用傳統(tǒng)的熔焊方法難以實(shí)現(xiàn)料等一些特殊材料，用傳統(tǒng)的熔焊方法難以實(shí)現(xiàn)可靠連接；一些高性能構(gòu)件往往需要與性能差異可靠連接；一些高性能構(gòu)件往往需要與性能差異較大的異種材料連接，例如金屬與陶瓷、鋁與鋼、較大的異種材料連接，例如金屬與陶瓷、鋁與鋼、鈦與鋼、金屬與玻璃等的連接。鈦與鋼、金屬與玻璃等的連接。 電阻輻射加熱真空擴(kuò)散連接設(shè)備結(jié)構(gòu)電阻輻射加熱真空擴(kuò)散連接設(shè)備結(jié)構(gòu)原理示意圖原理示意圖 1下壓頭 2上壓頭 3加熱器 4真空爐體