各種焊接技術(shù)及激光焊接PPT學(xué)習(xí)課件

1、各種焊接技術(shù)及各種焊接技術(shù)及 激光焊接簡介激光焊接簡介 各種焊接技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn) 激光焊接技術(shù) 激光焊接的優(yōu)缺點(diǎn) 激光焊接的發(fā)展 激光焊接的應(yīng)用舉例 各種焊接技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn) 焊接技術(shù)簡介 目前常用的焊接工藝有： 電弧焊（氬弧焊、手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)電弧焊、等離子弧焊、 氣體保護(hù)焊） 電阻焊 高能束焊（電子束焊、激光焊） 釬焊 以電阻熱為能源：電渣焊、高頻焊 ； 以化學(xué)能為焊接能源：氣焊、氣壓焊、爆炸焊； 以機(jī)械能為焊接能源：摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊 1.電弧焊 電弧焊是目前應(yīng)用最廣泛的焊接方法。它包括 有：手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)電弧焊、 等離子弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等。 絕

2、大部分電弧焊是以電極與工件之間燃燒的電 弧作熱源。在形成接頭時(shí)，可以采用也可以不 采用填充金屬。 所用的電極是在焊接過程中熔化的焊絲時(shí)，叫 作熔化極電弧焊，諸如手弧焊、埋弧焊、氣體 保護(hù)電弧焊、管狀焊絲電弧焊等；所用的電極 是在焊接過程中不熔化的碳棒或鎢棒時(shí)，叫作 不熔化極電弧焊，諸如鎢極氬弧焊、等離子弧 焊等。 電弧焊-埋弧焊 埋弧焊（含埋弧堆焊及電渣堆焊等）是一種電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。 其固有的焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接生產(chǎn)率高、無弧光及煙塵很少等優(yōu)點(diǎn)，使其成為壓力容器、管段制 造、箱型梁柱等重要鋼結(jié)構(gòu)制作中的主要焊接方法。 電弧焊-熔化極氣體保護(hù)焊 采用可熔化的焊絲與焊件之間的電 弧

3、作為熱源來熔化焊絲與母材金屬， 并向焊接區(qū)輸送保護(hù)氣體，使電弧、 熔化的焊絲、熔池及附近的母材金 屬免受周圍空氣的有害作用。 熔化極氣體保護(hù)電弧焊通常用的保 護(hù)氣體有：氬氣、氦氣、CO2氣或 這些氣體的混合氣。 2.電阻焊 電阻焊一般是使工件處在一定電極壓力作 用下并利用電流通過工件時(shí)所產(chǎn)生的電阻 熱將兩工件之間的接觸表面熔化而實(shí)現(xiàn)連 接的焊接方法。通常使用較大的電流。 焊接電流（單相）大（幾千至幾萬安培）， 通電時(shí)間短（幾周波至幾秒），設(shè)備昂貴、 復(fù)雜，生產(chǎn)率高，因此適于大批量生產(chǎn)。 主要用于焊接厚度小于3mm的薄板組件。 3 3釬焊釬焊 釬焊是指用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作為 釬料，用液態(tài)釬

4、料潤濕母材和填充工件接 口間隙并使其與母材相互擴(kuò)散的焊接方法。 釬焊變形小，接頭光滑美觀，適合于焊接 精密、復(fù)雜和由不同材料組成的構(gòu)件，如 蜂窩結(jié)構(gòu)板、透平葉片、硬質(zhì)合金刀具和 印刷電路板等。 釬焊前對工件必須進(jìn)行細(xì)致加工和嚴(yán)格清 洗，除去油污和過厚的氧化膜，保證接口 裝配間隙。 間隙一般要求在 0.010.1毫米之間。 4 4高能束焊-電子束焊 電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極 由于直接或間接加熱而發(fā)射電子，該電子 在高壓靜電場的加速下再通過電磁場的聚 焦就可以形成能量密度極高的電子束，用 此電子束去轟擊工件，巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為 熱能，使焊接處工件熔化，形成熔池，從 而實(shí)現(xiàn)對工件的焊接。

5、電子束焊接具有不用焊條、不易氧化、工 藝重復(fù)性好及熱變形量小的優(yōu)點(diǎn)。 焊接準(zhǔn)備時(shí)間（主要是抽真空時(shí)間）較長， 工件尺寸受真空室大小限制。電子束焊與 電弧焊相比，主要的特點(diǎn)是焊縫熔深大、 熔寬小、焊縫金屬純度高。 4.4.高能束焊-激光焊接 激光焊是利用大功率相干單色光子流聚焦 而成的激光束為熱源進(jìn)行的焊接。 這種焊接方法通常有連續(xù)功率激光焊和脈 沖功率激光焊。 激光焊優(yōu)點(diǎn)是不需要在真空中進(jìn)行，缺點(diǎn) 則是穿透力不如電子束焊強(qiáng)。激光焊時(shí)能 進(jìn)行精確的能量控制，因而可以實(shí)現(xiàn)精密 微型器件的焊接。 它能應(yīng)用于很多金屬，特別是能解決一些 難焊金屬及異種金屬的焊接。 激光焊接技術(shù) -基本工作原理 激光焊接

6、從上世紀(jì)60年代激光器誕生不久就開始了研究，從開始的薄小 零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在工業(yè)生產(chǎn)中的大量的應(yīng)用，經(jīng) 歷了近40年的發(fā)展。 由于激光焊接具有能量密度高、變形小、熱影響區(qū)窄、焊接速度高、易實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)控制、無后續(xù)加工的優(yōu)點(diǎn)，近年來正成為金屬材料加工與制造的重 要手段，越來越廣泛地應(yīng)用在汽車、航空航天、國防工業(yè)、造船、海洋工 程、核電設(shè)備等領(lǐng)域，所涉及的材料涵蓋了幾乎所有的金屬材料。 雖然與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接尚存在設(shè)備昂貴，一次性投資大， 技術(shù)要求高的問題，使得激光焊接在我國的工業(yè)應(yīng)用還相當(dāng)有限，但激光 焊接生產(chǎn)效率高和易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的特點(diǎn)使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔

7、 性制造。 2 2、激光焊接技術(shù)的進(jìn)展 在這里分兩部分進(jìn)行分析： 1）激光技術(shù) 2）激光焊接過程監(jiān)測與質(zhì)量控制 激光的產(chǎn)生原理及特性 -說明為什么可以用于焊接 三要素：激勵(lì)源，介質(zhì)，諧振腔。介質(zhì)受 到激發(fā)至高能量狀態(tài)，由于受激吸收躍遷 光在兩端鏡間來回反射，將光波放大，并 獲得足夠能量而開始發(fā)射出激光。 激光的四性：單色性、相干性、方向性、 高亮度 因而高度集中的激光可以提供焊接、切割 及熱處理等功能 激光焊接特性 激光焊接屬于熔融焊接，以激光束為能源，沖擊在焊件接頭上。 激光束可由平面光學(xué)元件（如鏡子）導(dǎo)引，隨后再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在 焊縫上。 激光焊接屬非接觸式焊接，作業(yè)過程不

8、需加壓，但需使用惰性氣體以防熔池氧化，填料 金屬偶有使用。 激光焊接示意圖 激光焊接的優(yōu)缺點(diǎn) 激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn) （1）可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱 傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低。 （2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)檢定合格，可降低厚板焊接 所需的時(shí)間甚至可省掉填料金屬的使用。 （3）不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊 接制程，機(jī)具的耗損及變形接可降至最低。 （4）激光束易于聚焦、對準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當(dāng) 之距離，且可在工件周圍的機(jī)具或障礙間再導(dǎo)引，其他焊接法則因受到上 述的空間限制而無法發(fā)揮。 （5）工件可放置在封閉

9、的空間（經(jīng)抽真空或內(nèi)部氣體環(huán)境在控制下）。 （6）激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件。 激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn) （7）可焊材質(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。 （8）易于以自動(dòng)化進(jìn)行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控制。 （9）焊接薄材或細(xì)徑線材時(shí)，不會(huì)像電弧焊接般易有回熔的困擾。 （10）不受磁場所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的對準(zhǔn) 焊件。 （11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬 （12）不需真空，亦不需做X射線防護(hù)。 （13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達(dá)10:1 （14）可以切換裝置將激光束傳送至多個(gè)工作站。 激光焊接的主要缺點(diǎn) （1）焊件位置需非常

10、精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。 （2）焊件需使用夾治具時(shí)，必須確保焊件的最終位置需與激光束將沖擊 的焊點(diǎn)對準(zhǔn)。 （3）最大可焊厚度受到限制滲透厚度遠(yuǎn)超過19mm的工件，生產(chǎn)線上不 適合使用激光焊接。 （4）高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(huì)受激光所 改變。 （5）當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時(shí)，需使用等離子控制器將熔 池周圍的離子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再出現(xiàn)。 （6）能量轉(zhuǎn)換效率太低，通常低于10%。 （7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮。 （8）設(shè)備昂貴。 激光焊接基本接頭形式 激光焊接的應(yīng)用 激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域 1、制造業(yè)應(yīng)用 拼焊板是將幾塊不同材質(zhì)、不同厚度

11、、不同涂層的鋼材用激光把邊部 對焊，焊接成一塊整體板，以滿足零部件對材料性能的不同要求。 從20世紀(jì)80年代中期開始，拼焊板作為新技術(shù)在歐洲、美國、日本得到了 廣泛的關(guān)注。拼焊板工藝主要是為汽車行業(yè)進(jìn)行配套服務(wù)，尤其在車身零 部件生產(chǎn)、制造和設(shè)計(jì)方面，拼焊板的使用有著巨大的優(yōu)勢。 激光拼焊可以最大限度地減少汽車零件數(shù)量、減輕汽車重量、優(yōu)化零部件 的公差和降低成本，同時(shí)又可保證汽車的性能，代表了汽車新技術(shù)的發(fā)展 方向。 激光焊接的發(fā)展 激光焊接技術(shù) 激光焊接的發(fā)展 -激光填絲焊接 激光填絲焊接是指在焊縫中預(yù) 先填入特定焊接材料后用激光 照射熔化或在激光照射的同時(shí) 填入焊接材料以形成焊接接頭 的方

12、法。激光填絲焊接與非填 絲焊接相比, 具有如下優(yōu)點(diǎn): (1)解決了對工件加工裝配 要求嚴(yán)格的問題; (2)可實(shí)現(xiàn)較小功率焊接較 厚較大零件; (3)通過調(diào)節(jié)填絲成分, 可控 制焊縫區(qū)域組織性能。 激光焊接的發(fā)展 -激光電弧復(fù)合焊接 這種復(fù)合焊接主要指激光與 TIG或MIG電弧復(fù)合焊接。在 這種工藝中,激光和電弧相互 作用、取長補(bǔ)短。 例如,激光焊接的能量利用率 低的重要原因是焊接過程中產(chǎn) 生的等離子體云對激光的吸收 和散射,且等離子體對激光的 吸收與正負(fù)離子密度的乘積成 正比; 如果在激光束附近外加電弧,電子密度顯著降低,等離子體云得到稀釋,對激光的消耗減小,工 件對激光的吸收率提高。而且由于

13、工件對激光的吸收率隨溫度的升高而增大,電弧對焊接母 材接口進(jìn)行預(yù)熱,使接口開始被激光照射時(shí)的溫度升高,也使激光的吸收率進(jìn)一步提高。 這種效果尤其對于激光反射率高、導(dǎo)熱系數(shù)高的材料更加顯著這種效果尤其對于激光反射率高、導(dǎo)熱系數(shù)高的材料更加顯著 激光焊接的發(fā)展 -激光電弧復(fù)合焊接 在激光焊接時(shí),由于熱作用和影響區(qū)很小,焊接端面接口容易發(fā)生錯(cuò)位和焊 接不連續(xù)現(xiàn)象;峰值溫度高,溫度梯度大,焊接后冷卻、凝固很快,容易產(chǎn)生 裂紋和氣孔。 而在激光與電弧復(fù)合焊接時(shí),由于電弧的熱作用范圍、熱影響區(qū)較大,可緩 和對接口精度的要求,減少錯(cuò)位和焊接不連續(xù)現(xiàn)象;而且溫度梯度較小,冷 卻、凝固過程較緩慢,有利于氣體的排

14、除,降低內(nèi)應(yīng)力,減少或消除氣孔和 裂紋。 由于電弧焊接容易使用添加劑,可以填充間隙,采用激光電弧復(fù)合焊接的方 法能減少或消除焊縫的凹陷。 激光焊接的發(fā)展 -激光電弧復(fù)合焊接 TIGTIG焊（惰性氣體鎢極保護(hù)焊） 鎢極氬弧焊具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1 1）氬氣能有效地隔絕周圍空氣；它本身 又不溶于金屬，不和金屬反應(yīng)；鎢極氬弧焊過 程中電弧還有自動(dòng)清除工件表面氧化膜的作用。 因此，可成功地焊接易氧化，氮化、化學(xué)活潑 性強(qiáng)的有色金屬、不銹鋼和各種合金。 2 2）鎢極電弧穩(wěn)定，即使在很小的焊接電 流（10A10A）下仍可穩(wěn)定燃燒，特別適用于薄 板，超薄板材料焊接。 3 3）熱源和填充焊絲可分別控制，因而熱 輸

15、入容易調(diào)節(jié)，可進(jìn)行各種位置的焊接，也是 實(shí)現(xiàn)單面焊雙面盛開的理想方法。 4 4）由于填充焊絲不通過電弧，故不會(huì)產(chǎn) 生飛濺，焊縫成形美觀。 激光焊接的發(fā)展 -激光電弧復(fù)合焊接 不足之處是： 1 1）熔深淺，熔敷速度小，生產(chǎn)率較低。 2 2）鎢極承載電流的能力較差，過大的電流會(huì) 引起鎢極熔化和蒸發(fā)，其微粒有可能進(jìn)入熔池， 渣成污染（夾鎢）。 3 3）隋性氣體（氬氣、氦氣）較貴，和其它電 弧焊方法（如手工電弧焊、埋弧焊、CO2CO2氣體 保護(hù)焊等）比較，生產(chǎn)成本較高。 激光與TIG TIG 復(fù)合焊接的特點(diǎn)是: : (1) (1) 利用電弧增強(qiáng)激光的作用, ,可用小功率激 光器代替大功率激光器焊接金屬

16、材料; ; (2) (2) 可高速焊接薄件; ; (3) (3) 可改善焊縫成型, ,獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭; ; (4) (4) 可緩和母材焊接端面接口精度要求。 激光焊接的發(fā)展 -激光釬焊 激光焊接的發(fā)展 -激光釬焊 激光軟釬焊主要用于印刷電路板的焊接，尤其實(shí)用于片狀元件組裝技術(shù)。 采用激光軟釬焊與其它方式相比有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 用非接觸加熱，熔化帶寬，不需要任何輔助工具，可在雙面印刷電路板 上雙面元件裝備后加工。 2. 重復(fù)操作穩(wěn)定性好。 焊劑對焊接工具污染小，且激光照射時(shí)間和輸出功 率易于控制，激光釬焊成品率高。 3. 激光束易于實(shí)現(xiàn)分光，可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學(xué)元件 進(jìn)行時(shí)間

17、與空間分割，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)對稱焊。 4. 激光釬焊多用波長 1.06um 的激光作為熱源，可用光纖傳輸， 可以在 常規(guī)方式不易焊接的部位進(jìn)行加工，靈活性好。 汽車制造業(yè)、船舶制造 航空航天 激光焊接應(yīng)用激光焊接應(yīng)用汽車制造汽車制造 激光拼焊激光拼焊 汽車傳動(dòng)零部件激光焊接汽車傳動(dòng)零部件激光焊接 激光加工應(yīng)用激光加工應(yīng)用船舶制造船舶制造 造船采用高功率激光焊接的優(yōu)點(diǎn)造船采用高功率激光焊接的優(yōu)點(diǎn) 焊接生產(chǎn)率大大提高，這是由于: 激光焊接速度快 激光焊接熔深大 可單道焊或減少焊道數(shù) 焊后矯形工作量大大減少 船塢焊接工作量大大減少 船舶的精度制造成為可能 一些特殊結(jié)構(gòu)，如三明治結(jié)構(gòu)焊接成為可能 有利于

18、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕結(jié)構(gòu)重量 有利于船舶的模塊化設(shè)計(jì)制造 三明治船板激光復(fù)合焊三明治船板激光復(fù)合焊 三明治結(jié)構(gòu)板激光焊接形式三明治結(jié)構(gòu)板激光焊接形式 激光加工應(yīng)用激光加工應(yīng)用航空航天航空航天 火箭燃料箱激光焊接火箭燃料箱激光焊接 空客空客380380鋁合金殼體的激光焊接鋁合金殼體的激光焊接 飛機(jī)鋁合金箱體零部件激光焊接飛機(jī)鋁合金箱體零部件激光焊接 總結(jié)總結(jié) 對于激光焊接： 焊縫深窄，深寬比高(10:1) 焊接速度快 熱輸入低 焊縫熱影響區(qū)窄 焊接變形小 焊縫質(zhì)量好,特別是韌性好 改進(jìn)采用激光復(fù)合焊可降低間隙要 求 可用于各類工業(yè)制造 電弧焊-熔化極氣體保護(hù)焊 采用可熔化的焊絲與焊件之間的電 弧作

19、為熱源來熔化焊絲與母材金屬， 并向焊接區(qū)輸送保護(hù)氣體，使電弧、 熔化的焊絲、熔池及附近的母材金 屬免受周圍空氣的有害作用。 熔化極氣體保護(hù)電弧焊通常用的保 護(hù)氣體有：氬氣、氦氣、CO2氣或 這些氣體的混合氣。 3 3釬焊釬焊 釬焊是指用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作為 釬料，用液態(tài)釬料潤濕母材和填充工件接 口間隙并使其與母材相互擴(kuò)散的焊接方法。 釬焊變形小，接頭光滑美觀，適合于焊接 精密、復(fù)雜和由不同材料組成的構(gòu)件，如 蜂窩結(jié)構(gòu)板、透平葉片、硬質(zhì)合金刀具和 印刷電路板等。 釬焊前對工件必須進(jìn)行細(xì)致加工和嚴(yán)格清 洗，除去油污和過厚的氧化膜，保證接口 裝配間隙。 間隙一般要求在 0.010.1毫米之間。 激光焊接技術(shù) -基本工作原理 激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn) （1）可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱 傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低。 （2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)檢