焊接方法與設(shè)備項(xiàng)目9課件

1、項(xiàng)目九 其他焊接方法項(xiàng)目導(dǎo)入隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)焊接技術(shù)提出了多種多樣的要求，焊接方法也在不斷地發(fā)展之中。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的焊接方法很多，除了常用的焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊、等離子弧焊接與切割、電阻焊外，還有一些焊接方法，如釬焊、電渣焊等。本項(xiàng)目主要講述一些使用較廣的獨(dú)特的焊接方法，包括釬焊、電渣焊、螺柱焊、電子束焊、激光焊和摩擦焊等。項(xiàng)目分析 隨著焊接領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步，焊接新工藝、新技術(shù)和新方法不斷出現(xiàn)并應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中。不同的焊接方法具有不盡相同的焊接設(shè)備和焊接工藝。本項(xiàng)目主要學(xué)習(xí)：釬焊的原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用，釬焊材料，釬焊方法及工藝；電渣焊、螺柱焊、電子束焊、激光焊、摩擦

2、焊的原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用。項(xiàng)目分析【知識(shí)目標(biāo)】1掌握釬焊、電渣焊、螺柱焊、電子束焊、激光焊和摩擦焊的原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用；2掌握釬焊工藝參數(shù)和工藝措施的選擇；3熟悉常見電渣焊、螺柱焊、電子束焊、激光焊、摩擦焊及釬焊設(shè)備的組成、操作使用和維護(hù)保養(yǎng)。項(xiàng)目分析【能力目標(biāo)】1能夠正確安裝調(diào)試、操作使用和維護(hù)保養(yǎng)常見電渣焊、螺柱焊、電子束焊、激光焊、摩擦焊及釬焊設(shè)備；2能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件和具體的焊接結(jié)構(gòu)及其技術(shù)要求，正確選擇焊接方法，并能正確選擇其工藝參數(shù)和工藝措施。任務(wù)9-1 釬焊【任務(wù)目標(biāo)】熟悉釬焊的原理、分類、特點(diǎn)、應(yīng)用及釬焊工藝，能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件和具體的焊接結(jié)構(gòu)及其技術(shù)要求，正確選擇釬

3、焊方法。任務(wù)9-1 釬焊【任務(wù)分析】釬焊利用熔點(diǎn)低于母材的金屬作釬料，加熱時(shí)釬料熔化，并靠潤(rùn)濕作用和毛細(xì)作用填滿并保持在接頭間隙內(nèi)，而母材處于固態(tài)，依靠液態(tài)釬料和固態(tài)母材間的相互擴(kuò)散形成釬焊接頭。釬焊對(duì)母材的物理化學(xué)性能影響小，焊接應(yīng)力和變形較小，可焊接性能差別較大的異種金屬，能同時(shí)完成多條焊縫，接頭外表美觀整齊，設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)投資小。但釬焊接頭的強(qiáng)度較低，耐熱能力差。 相關(guān)知識(shí)1釬焊的原理釬焊是采用比焊件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于焊件熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的方法，其過程如圖9-1所示。 圖9-1 釬焊過程示意圖

4、相關(guān)知識(shí)（1）液態(tài)釬料的填隙原理要使熔化的釬料能很好地流入并填滿間隙，就必須具備潤(rùn)濕作用和毛細(xì)作用兩個(gè)條件。潤(rùn)濕作用釬焊時(shí)，液態(tài)釬料對(duì)焊件浸潤(rùn)和附著的作用稱為潤(rùn)濕作用。液態(tài)釬料對(duì)焊件的潤(rùn)濕作用越強(qiáng)，焊件金屬對(duì)液態(tài)釬料的吸附力就越大，液態(tài)釬料也就越易在焊件上鋪展，順利地填滿縫隙。一般來說釬料與焊件金屬能相互形成固溶體或者化合物時(shí)潤(rùn)濕作用較好。液態(tài)釬料對(duì)焊件的潤(rùn)濕情況如圖9-2所示。相關(guān)知識(shí)必須注意的是，當(dāng)釬料和釬焊工件表面存在氧化膜時(shí)，潤(rùn)濕作用較差，因此焊前必須做好清理工作。圖9-2 液態(tài)釬料對(duì)焊件的潤(rùn)濕情況相關(guān)知識(shí)毛細(xì)作用通常釬焊間隙很小，如同毛細(xì)管。釬焊時(shí)，釬料依靠毛細(xì)作用在釬焊間隙內(nèi)流動(dòng)。

5、熔化釬料在接頭間隙中的毛細(xì)作用越強(qiáng)，熔化釬料的填縫作用也就越好。一般來說熔化釬料對(duì)固態(tài)焊件潤(rùn)濕作用好的，毛細(xì)作用也強(qiáng)。間隙大小對(duì)毛細(xì)作用影響也較大，間隙越小，毛細(xì)作用越強(qiáng)，填縫也充分。但是間隙過小，釬焊時(shí)焊件金屬受熱膨脹，反而使填縫困難。相關(guān)知識(shí)（2）釬料與焊件金屬的相互作用液態(tài)釬料在填縫過程中，還會(huì)與焊件金屬發(fā)生相互物理化學(xué)作用。一是固態(tài)焊件溶解于液態(tài)釬料，二是液態(tài)釬料向焊件擴(kuò)散，這兩個(gè)作用對(duì)釬焊接頭的性能影響很大。當(dāng)溶解與擴(kuò)散的結(jié)果使它們形成固溶體時(shí)，則接頭的強(qiáng)度與塑性都高。如果溶解與擴(kuò)散的結(jié)果使它們形成化合物時(shí)則接頭的塑性就會(huì)降低。相關(guān)知識(shí)2釬焊的分類隨著釬焊技術(shù)的發(fā)展，釬焊的種類越來越

6、多，可按以下方法分類：（1）按釬焊溫度的高低，釬焊通常分為低溫釬焊（450以下）、中溫釬焊（450950）及高溫釬焊（950以上）。也可將450以下的釬焊稱為軟釬焊，450以上的釬焊稱為硬釬焊。（2）按加熱方法不同，釬焊還可分為烙鐵釬焊、火焰釬焊、爐中釬焊、電阻釬焊、感應(yīng)釬焊以及浸漬釬焊等。近年來，在釬焊蜂窩型零件時(shí)，已采用了新的加熱技術(shù)，如石英加熱釬焊、紅外線加熱釬焊以及保證釬焊零件外形精度的陶瓷膜釬焊等。相關(guān)知識(shí)3釬焊的特點(diǎn)同熔焊方法相比，釬焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：釬焊接頭平整光滑，外觀美觀。工件變形較小，尤其是對(duì)工件采用整體均勻加熱的釬焊方法。釬焊加熱溫度較低，對(duì)母材組織性能影響較小。某些釬焊方

7、法一次可焊成幾十條或成百條焊縫，生產(chǎn)率高。可以實(shí)現(xiàn)異種金屬或合金以及金屬與非金屬的連接。然而，釬焊也有明顯的缺點(diǎn)：釬焊接頭強(qiáng)度較低，耐高溫能力差；接頭形式以搭接為主，增加了結(jié)構(gòu)重量；釬焊的裝配要求比熔化焊高，要嚴(yán)格保證間隙。相關(guān)知識(shí)4釬焊材料釬焊材料包括釬料和釬劑。合理選擇釬焊材料對(duì)釬焊接頭質(zhì)量有著重要的作用。（1）釬料釬料是釬焊時(shí)使用的填充金屬。由于釬焊工件是依靠熔化的釬料凝固后而被連接起來的，因此，釬焊接頭的質(zhì)量與性能在很大程度上取決于釬料。相關(guān)知識(shí)釬料的分類按釬料的熔點(diǎn)不同，釬料可以分為軟釬料（熔點(diǎn)低于450）和硬釬料（熔點(diǎn)高于450）兩大類。按釬料的化學(xué)成分，根據(jù)組成釬料的主要元素，把

8、釬料分成各種金屬基的釬料。軟釬料包括錫基、鉛基、鉍基、銦基、鋅基、鎘基等，其中錫鉛釬料是應(yīng)用最廣的一類軟釬料。硬釬料包括鋁基、銀基、銅基、鎂基、錳基、鎳基、金基、鈀基、鉬基、鈦基等，其中銀基釬料是應(yīng)用最廣的一類硬釬料。釬料的編號(hào) 國(guó)內(nèi)釬料的編號(hào)有多種，這里只介紹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)知識(shí)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的釬料編號(hào)表示方法如下：釬料型號(hào)由兩部分組成，兩部分用隔線“-”分開；釬料型號(hào)第一部分用一個(gè)大寫英文字母表示釬料的類型，“S”表示軟釬料，“B”表示硬釬料；釬料型號(hào)的第二部分由主要合金組分的化學(xué)元素符號(hào)組成。例如，S-Sn60Pb40Sb表示錫60、鉛39、銻0.4（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的軟釬料；BAg72C

9、u表示為銀72、銅28（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硬釬料。相關(guān)知識(shí)釬料的選擇從使用要求出發(fā)，對(duì)釬焊接頭強(qiáng)度要求不高和工作溫度不高的，可 用軟釬料釬焊，鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣的是錫鉛釬料；對(duì)釬焊接頭強(qiáng)度要求比較高的，則應(yīng)用硬釬料釬焊，主要是銅基釬料和銀基釬料；對(duì)在低溫下工作的接頭，應(yīng)使用含錫量低的釬料；要求高溫強(qiáng)度和抗氧化性好的接頭，宜用鎳基釬料。選擇釬料時(shí)，必須考慮釬料與母材的相互作用，加熱方法對(duì)釬料選擇也有一定的影響。除了在工藝上采取相應(yīng)措施外，在確定釬料上應(yīng)采用熔點(diǎn)低的釬料。此外，從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)選用價(jià)格便宜的釬料。相關(guān)知識(shí)（2）釬劑釬劑的主要作用是去除母材和液態(tài)釬料表面上的氧化物，保護(hù)母材和釬料在加熱

10、過程中不致進(jìn)一步氧化，并改善釬料對(duì)母材表面的潤(rùn)濕能力。釬劑的分類 釬劑的組分按功能可劃分為三類，一是基質(zhì)，二是去膜劑，三是界面活性劑?；|(zhì)是釬劑的主要成分，它控制著釬劑的熔點(diǎn)，并且又是釬劑中其他組元的溶劑；去膜劑主要起去除母材和釬料表面氧化膜的作用；界面活性劑的作用是進(jìn)一步降低熔化釬料與母材的界面張力，加速清除氧化膜并改善釬料的鋪展。應(yīng)該指出，上述每種組分的作用往往不是單一的，而是共同起著三方面的功能。相關(guān)知識(shí)從不同角度出發(fā)，可將釬劑分為多種類型。例如，按使用溫度不同，分為軟釬劑和硬釬劑；按用途不同，分為普通釬劑和專用釬劑。此外，考慮到作用狀態(tài)的特征不同，還可分出一類氣體釬劑。釬劑的分類如圖9

11、-3所示。圖9-3 釬劑分類圖相關(guān)知識(shí)軟釬劑主要是指在450以下釬焊用釬劑。它主要分非腐蝕性釬劑和腐蝕性釬劑兩大類。硬釬劑是指在450以上釬焊用釬劑。專用釬劑主要指鋁用釬劑。由于鋁的氧化膜致密穩(wěn)定，釬焊鋁及鋁合金時(shí)必須采用專用的釬劑。氣體釬劑是爐中釬焊和氣體火焰釬焊過程中起釬劑作用的一種氣體，它們的最大優(yōu)點(diǎn)是釬焊后沒有固體殘?jiān)ぜ恍枨逑?。相關(guān)知識(shí)釬劑和釬料的匹配 當(dāng)釬焊采用釬劑去膜時(shí)，不能僅從釬劑的去膜能力來作選擇，還必須與釬料的特點(diǎn)和具體加熱方法結(jié)合起來。首先要保證釬劑的活性溫度范圍（釬劑穩(wěn)定有效發(fā)揮去膜能力的溫度區(qū)間）覆蓋整個(gè)釬焊溫度。其次是釬劑與釬料的流動(dòng)、鋪展進(jìn)程要協(xié)調(diào)。相關(guān)知識(shí)5

12、釬焊方法釬焊方法通常以實(shí)現(xiàn)釬焊加熱所使用的熱源來命名。釬焊方法有很多，特別是近幾年來，又陸續(xù)出現(xiàn)了不少新的釬焊方法。諸如紅外線釬焊、激光釬焊、光束釬焊等。以下介紹目前生產(chǎn)中廣泛采用的幾種釬焊方法。（1）烙鐵釬焊利用烙鐵頭積聚的熱量來熔化釬料，并加熱釬焊處的母材從而完成釬焊的方法。烙鐵釬焊時(shí)，選用的烙鐵的電功率應(yīng)與焊件的質(zhì)量相適應(yīng)，才能保證必要的加熱速度和釬焊質(zhì)量。由于手工操作，烙鐵的重量不能太大，通常限制在l kg以下，否則就使用不便。但是，這就使烙鐵所能積聚的熱量受到限制。因此，烙鐵只能適用于以軟釬料釬焊薄件和小件，多應(yīng)用于電子、儀表等工業(yè)領(lǐng)域。相關(guān)知識(shí)（2）火焰釬焊用可燃?xì)怏w與氧氣或壓縮空

13、氣混合燃燒的火焰作為熱源進(jìn)行焊接?；鹧驸F焊設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，根據(jù)工件形狀可用多火焰同時(shí)加熱焊接。此方法主要用于銅基釬料、銀基釬料釬焊碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅及銅合金、硬質(zhì)合金等，特別適用于截面不等的組件。還可用作釬焊鋁及鋁合金等的小型薄壁工件。（3）浸漬釬焊浸漬釬焊是將工件局部或整體浸入熔態(tài)的鹽混合物（稱鹽液）或液態(tài)釬料中而實(shí)現(xiàn)加熱和釬焊的方法。它的優(yōu)點(diǎn)是加熱迅速，生產(chǎn)率高，液態(tài)介質(zhì)保護(hù)零件不受氧化，有時(shí)還能同時(shí)完成淬火和熱處理過程，特別適用于大批量生產(chǎn)。浸漬釬焊可分為鹽浴釬焊或金屬浴釬焊。相關(guān)知識(shí)（4）電阻釬焊電阻釬焊和電阻焊相似，它是依靠電流通過釬焊處由電阻產(chǎn)生的熱量來加熱工件和熔化釬

14、料的。電阻釬焊加熱快，生產(chǎn)率高，但只能適于焊接接頭尺寸不大，形狀不太復(fù)雜的工件。目前主要用于刀具、帶鋸、導(dǎo)線端頭等的釬焊。（5）感應(yīng)釬焊感應(yīng)釬焊時(shí)，零件的釬焊部分被置于交變磁場(chǎng)中，這部分母材的加熱是通過它在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的電阻熱來實(shí)現(xiàn)的。感應(yīng)釬焊加熱快，質(zhì)量好；但溫度不易精確控制，工件形狀受限，適于批量釬焊鋼、高溫合金、銅及銅合金等。既可用于軟釬焊，又可用于硬釬焊。主要用于釬焊較小的工件，特別適用于對(duì)稱形狀的工件，如管件套接、管子與法蘭、軸與軸套之類的接頭。相關(guān)知識(shí)（6）爐中釬焊將裝配好釬料的工件放在爐中進(jìn)行加熱焊接，常需要加釬劑，也可用還原性氣體或惰性氣體保護(hù)，加熱比較均勻。按釬焊

15、過程中釬焊區(qū)氣氛組成可分為四類：空氣爐中釬焊、中性氣氛爐中釬焊、活性氣氛爐中釬焊和真空爐中釬焊，大批量生產(chǎn)時(shí)可采用連續(xù)式爐?？諝鉅t中釬焊一般可釬焊碳鋼、合金鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金等材料。真空爐中釬焊常用于含有鉻、鋁、鈦等元素的不銹鋼和高溫合金，以及活性金屬鈦、鋯，難熔金屬鎢、鉬、鉭、鈮及其合金的釬焊。各種釬焊方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍見表9-1。相關(guān)知識(shí)表9-1 各種釬焊方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍釬焊方法主要特點(diǎn)用途烙鐵釬焊設(shè)備簡(jiǎn)單、靈活性好，適用于微細(xì)釬焊需使用釬劑只能用于軟釬焊，釬焊小件火焰釬焊設(shè)備簡(jiǎn)單、靈活性好控制溫度困難，操作技術(shù)要求高釬焊小件鹽浴釬焊加熱快，能精確控制溫度設(shè)備費(fèi)用高，焊后

16、需仔細(xì)清洗用于批量生產(chǎn)電阻釬焊加熱快，生產(chǎn)率高，成本低控制溫度困難，工件形狀、尺寸受限制釬焊小件感應(yīng)釬焊加熱快，釬焊質(zhì)量好溫度不能精確控制，工件形狀受限制批量釬焊小件保護(hù)氣體爐中釬焊能精確控制溫度，加熱均勻，變形小，一般不用釬劑，釬焊質(zhì)量高設(shè)備費(fèi)用較高，加熱慢，釬焊的工件不宜含大量揮發(fā)元素大小件的批量生產(chǎn)，多釬縫工件的釬焊真空爐中釬焊能精確控制溫度，加熱均勻，變形小，能釬焊難焊的高溫合金，不用釬劑。釬焊質(zhì)量好設(shè)備費(fèi)用高，釬料和工件不宜含較多的易揮發(fā)元素重要工件任務(wù)實(shí)施1釬焊接頭設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)釬焊接頭時(shí)，首先應(yīng)考慮接頭的強(qiáng)度，其次還要考慮如何保證組件的尺寸精度、零件的裝配和定位、釬料的放置、釬焊接頭間

17、隙等問題。（1）釬焊接頭的基本形式釬焊接頭形式很多，但經(jīng)常使用的有搭接、對(duì)接、斜接及T形接四種基本形式，如圖9-4所示。圖9-4 釬焊接頭的基本形式任務(wù)實(shí)施搭接接頭的強(qiáng)度最高，其次是斜接，最差的是對(duì)接，所以承受載荷的零件，一般用搭接。采用搭接可通過改變搭接長(zhǎng)度達(dá)到接頭與母材等強(qiáng)度，如果搭接長(zhǎng)度太長(zhǎng)，就會(huì)耗費(fèi)材料，增加構(gòu)件重量；但搭接長(zhǎng)度太短，不能滿足強(qiáng)度要求。在生產(chǎn)實(shí)踐中，搭接長(zhǎng)度通常為釬焊金屬厚度3倍以上，但很少超過15mm。因?yàn)榇罱娱L(zhǎng)度超過15mm以上時(shí)，在釬焊操作時(shí)很難獲得完美的釬縫。薄壁零件釬焊時(shí)，可采用鎖邊接頭，以提高接頭強(qiáng)度及密封性，如圖9-5所示。圖9-5 鎖邊接頭任務(wù)實(shí)施（2）

18、接頭的裝配間隙接頭裝配間隙大小是影響釬縫致密性和接頭強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一。間隙過小，會(huì)妨礙釬料的流入；間隙過大，則破壞釬料的毛細(xì)作用，釬料不能填滿接頭的間隙，致使接頭強(qiáng)度降低。裝配間隙的大小與釬料和母材有無合金化、釬焊溫度、釬焊時(shí)間、釬料的安置等有直接關(guān)系。一般來說，釬料與母材相互作用較弱，則要求較小的間隙；釬料與母材的相互作用較強(qiáng)，間隙就要求較大。應(yīng)該指出，這里所要求的間隙是指在釬焊溫度下的間隙，與室溫時(shí)不一定相同。質(zhì)量相同的同種金屬接頭，在釬焊溫度下的間隙與室溫差別不大；但質(zhì)量相差懸殊的同種金屬，以及異種金屬的接頭，由于加熱膨脹量不同，在釬焊溫度下的間隙就與室溫不同，在這種情況下，設(shè)計(jì)時(shí)必須

19、考慮保證在釬焊溫度下的接頭間隙。間隙大小可通過實(shí)踐確定，表9-2所示為部分金屬的搭接接頭的間隙。任務(wù)實(shí)施表9-2 釬焊接頭推薦的間隙母材的種類釬料的種類釬焊接頭間隙母材的種類釬料的種類釬焊接頭間隙碳鋼銅釬科黃銅釬科銀基釬科錫鉛釬科0.010.050.050.200.020.150.050.20銅及銅合金黃銅釬料銀基釬科錫鉛釬科錫磷釬科0.070.250.050.250.050.200.050.25不銹鋼銅釬科鎳基釬科銀基釬科錫鉛釬料0.020.070.050.100.070.250.050.20鋁及鋁合金鋁基釬科錫鋅釬科0.100.300.100.30任務(wù)實(shí)施2工件表面準(zhǔn)備釬焊前必須仔細(xì)地清除

20、工件表面的油脂、氧化物等。因?yàn)橐簯B(tài)釬料不能潤(rùn)濕未經(jīng)清理的工件表面，也無法填充接頭間隙；有時(shí)，為了改善母材的釬焊性、提高接頭的耐蝕性，焊前還必須將工件預(yù)先鍍覆某種金屬；為限制液態(tài)釬科隨意流動(dòng)，可在工件非焊表面涂覆阻流劑。3零件的裝配和固定經(jīng)過表面準(zhǔn)備處理的零件在實(shí)施釬焊前必須先按圖樣進(jìn)行裝配。對(duì)于尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件，可采用較簡(jiǎn)易的固定方法，諸如依靠自重、緊配合、滾花、翻邊、擴(kuò)口、旋壓、模鍛、收口、咬邊、開槽和彎邊、夾緊、定位銷、螺釘、鉚接、定位焊等。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)量較大的工件，主要裝配固定方法是使用夾具。任務(wù)實(shí)施4釬料的放置釬料既可在釬焊過程中送給，也可在釬焊前預(yù)先放置。在各種釬焊方法中

21、，除火焰釬焊和烙鐵釬焊外，大多數(shù)是將釬料預(yù)先放置在接頭上的。釬料的放置方式主要取決于釬焊方法、工件結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)類型及釬料的形態(tài)等。5釬焊工藝參數(shù)的確定釬焊過程的主要工藝參數(shù)有釬焊溫度和保溫時(shí)間。釬焊溫度通常選高于釬料液相線溫度2560，對(duì)某些結(jié)晶溫度間隔寬的釬料，釬焊溫度可以高于液相線溫度100以上。保溫時(shí)間視工件大小、釬料與母材相互作用的劇烈程度而定。大件保溫時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些，以保證均勻加熱。釬料與母材作用強(qiáng)的，保溫時(shí)間要短。任務(wù)實(shí)施6釬焊后的清洗對(duì)使用釬劑的釬焊方法，除使用氣體釬劑外，大多數(shù)釬劑殘?jiān)鼘?duì)釬焊接頭都有腐蝕作用，也會(huì)妨礙對(duì)釬縫質(zhì)量的檢查，釬焊后必須將其清除干凈。有機(jī)類軟釬劑的殘?jiān)捎闷?/p>

22、、酒精、丙酮等有機(jī)溶劑擦拭或清洗；氧化鋅和氯化胺等的殘?jiān)g性很強(qiáng)，應(yīng)在10NaOH的溶液中清洗，然后用熱水或冷水洗凈，硼砂和硼酸釬劑的殘?jiān)话阌脵C(jī)械方法或在沸水中長(zhǎng)時(shí)間浸煮來解決。任務(wù)小結(jié) 釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的焊接方法。釬焊時(shí)，通常要清除焊件表面污物，增加釬料的潤(rùn)濕性，這就需要采用釬劑。本任務(wù)主要講述了釬焊的原理、分類、特點(diǎn)、應(yīng)用及釬焊工藝。任務(wù)9-2 電渣焊【任務(wù)目標(biāo)】熟悉電渣焊的原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用。相關(guān)知識(shí)1電渣焊的原理電渣焊原理如圖9-6所示。焊前先

23、把工件垂直放置，兩工件間預(yù)留一定間隙（一般為2040mm）。并在工件上、下兩端分別裝好引弧槽和引出板，在工件兩側(cè)表面裝好強(qiáng)迫成形裝置。由于高溫的液態(tài)熔渣具有一定的導(dǎo)電性，焊接電流流經(jīng)渣池時(shí)在渣池內(nèi)產(chǎn)生大量電阻熱將工件邊緣和焊絲熔化，熔化的金屬沉積到渣池下面形成金屬熔池。隨著焊絲的不斷送進(jìn)，熔池不斷上升并冷卻凝固形成焊縫。由于熔渣始終浮于金屬熔池的上部，不但保證了電渣過程的順利進(jìn)行，而且對(duì)金屬熔池起到了良好的保護(hù)作用。隨著熔池不斷上升，焊絲送進(jìn)裝置和強(qiáng)迫成形裝置也隨之不斷提升，焊接過程得以連續(xù)進(jìn)行。相關(guān)知識(shí)圖9-6 電渣焊原理示意圖1工件；2金屬熔池；3渣池；4導(dǎo)電嘴；5焊絲；6強(qiáng)迫成形裝置；7

24、引出板；8金屬熔滴；9焊縫；10引弧板（槽形）相關(guān)知識(shí)2電渣焊的特點(diǎn)生產(chǎn)率高 對(duì)于大厚度的焊件，可以一次焊好，且不必開坡口。還可以一次焊接焊縫截面變化大的焊件。因此電渣焊要比電弧焊的生產(chǎn)效率高得多。焊接成本低 焊件不需要進(jìn)行坡口加工，即可進(jìn)行焊接，因而可以節(jié)約大量金屬和加工時(shí)間。此外，焊劑的消耗量也比埋弧焊少得多，故焊接成本較低。宜在垂直位置焊接 當(dāng)焊縫中心線處于垂直位置時(shí)，電渣焊形成熔池及焊縫成形條件最好，一般適合于垂直位置焊縫的焊接。相關(guān)知識(shí)焊縫缺陷少 電渣焊時(shí)，渣池在整個(gè)焊接過程中總是覆蓋在焊縫上面，一定深度的渣池使液態(tài)金屬得到良好的保護(hù)，以避免空氣的有害作用，并對(duì)焊件進(jìn)行預(yù)熱，使冷卻速

25、度緩慢有利用于熔池中氣體、雜質(zhì)有充分的時(shí)間析出，所以焊縫不易產(chǎn)生氣孔及夾渣等缺陷。焊接接頭晶粒粗大 電渣焊時(shí)焊接熱輸入比其他熔焊方法大得多，焊縫和熱影響區(qū)在高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，造成焊縫和熱影響區(qū)的晶粒粗大，使焊接接頭的塑性和沖擊韌性降低，但是通過焊后熱處理，能夠細(xì)化晶粒，滿足對(duì)力學(xué)性能的要求。相關(guān)知識(shí)3電渣焊的分類電渣焊根據(jù)所用的電極形狀不同可分為：絲極電渣焊、板極電渣焊和熔嘴電渣焊（包括管極電渣焊）。（1）絲極電渣焊用焊絲作為熔化電極的電渣焊，根據(jù)焊件的厚度不同可以用一根焊絲或多根焊絲焊接。焊絲還可作橫向擺動(dòng)，此方法一般適用于40mm以上厚度焊件及較長(zhǎng)焊縫的焊接，如圖9-7所示相關(guān)知識(shí)圖9-7

26、絲極電渣焊示意圖1焊接電源；2送絲機(jī)構(gòu)；3工件；4焊絲；5渣池；6金屬熔池；7水冷滑塊；8焊縫；9導(dǎo)軌；10垂直行走機(jī)構(gòu)相關(guān)知識(shí)（2）板極電渣焊 用金屬板條作為電極的電渣焊，如圖9-8所示。其特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要電極橫向擺動(dòng)，可利用邊料作電極。此法要求板極長(zhǎng)度為焊縫長(zhǎng)度的34倍，由于板極太長(zhǎng)而造成操作不方便，因而使焊縫長(zhǎng)度受到限制。故多用于大斷面而長(zhǎng)度小于1.5m的短焊縫及堆焊等。圖9-8 板極電渣焊示意圖l板極；2工件；3渣池；4金屬熔池；5焊縫；6強(qiáng)迫成形裝置相關(guān)知識(shí)（3）熔嘴電渣焊熔嘴電渣焊如圖9-9所示，其電極為固定在接頭間隙中的熔嘴（由鋼板和鋼管定位焊而成）和焊絲構(gòu)成。熔嘴起著導(dǎo)電

27、、填充金屬和送絲的導(dǎo)向作用。熔嘴電渣焊的特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，可焊接大斷面的長(zhǎng)焊縫和變斷面的焊縫，目前可焊焊件厚度達(dá)2m，焊縫長(zhǎng)度達(dá)10m以上。圖9-9 熔嘴電渣焊示意圖l電源；2引出板；3焊絲；4熔嘴鋼管；5熔嘴夾持架；6絕緣塊；7工件8熔嘴；9水冷成形滑塊；10渣池；11金屬熔池；12焊縫；13引弧槽相關(guān)知識(shí)當(dāng)被焊工件較薄時(shí)，熔嘴可簡(jiǎn)化為涂有涂料的一根或兩根管子，因此也可稱為管極電渣焊，它是熔嘴電渣焊的特例，如圖9-10所示。在焊接過程中，藥皮除可起絕緣作用并使裝配間隙減小的作用外，還可以起到隨時(shí)補(bǔ)充熔渣及向焊縫過渡合金元素的作用。這種方法適用于焊接厚度為2060mm的焊件。圖9-10 管極電渣

28、焊示意圖1焊絲；2送絲滾輪；3管極夾持機(jī)構(gòu)；4管極鋼管；5管極涂料；6工件；7水冷成形滑塊相關(guān)知識(shí)除上述的電渣焊方法外，生產(chǎn)中應(yīng)用較多的還有一種被稱為電渣壓力焊的方法，如圖9-11所示。電渣壓力焊主要用于鋼筋混凝土建筑工程中豎向鋼筋的連接，所以也叫鋼筋電渣壓力焊，它具有電弧焊、電渣焊和壓力焊的特點(diǎn)，在焊接方法的分類上屬于熔化壓力焊的范疇。鋼筋電渣壓力焊是將兩鋼筋安放在豎直位置，采用對(duì)接形式，利用焊接電流通過端面間隙，在焊劑層下形成電弧過程和電渣過程，產(chǎn)生電弧熱和電阻熱熔化鋼筋端部，最后加壓完成連接的一種焊接方法。相關(guān)知識(shí)圖9-11 電渣壓力焊示意圖1工件；2頂壓機(jī)構(gòu)；3渣池；4水冷套；5金屬熔

29、池相關(guān)知識(shí)4電渣焊的應(yīng)用電渣焊適用于焊接厚度較大的工件（最大厚度達(dá)300mm）、難于采用埋弧焊或氣電焊的某些曲線或曲面焊縫、由于現(xiàn)場(chǎng)施工或起重設(shè)備的限制必須在垂直位置焊接的焊縫以及大面積的堆焊等。電渣焊不僅是一種優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的焊接方法，而且它還為生產(chǎn)、制造大型構(gòu)件和重型設(shè)備開辟了新途徑。一些外形尺寸和重量受到生產(chǎn)條件限制的大型鑄造和鍛造結(jié)構(gòu)，借助于電渣焊方法，可用鑄-焊或鍛-焊結(jié)構(gòu)來代替，從而使企業(yè)的生產(chǎn)能力得到顯著提高。任務(wù)9-3 螺柱焊【任務(wù)目標(biāo)】熟悉螺柱焊的原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用。相關(guān)知識(shí)1螺柱焊的特點(diǎn)與普通的電弧焊相比，螺柱焊焊接時(shí)間短（通常小于1s）、對(duì)母材熱輸入小，因此焊縫和

30、熱影響區(qū)小，焊件變形小、生產(chǎn)率高。熔深淺，焊接過程不會(huì)對(duì)焊件背面造成損害，焊后無須清理。與螺紋擰入的螺柱相比所需母材厚度小，因而節(jié)省材料，還可減少連接部件所需的機(jī)械加工工序，成本低。易于將螺柱與薄件連接，且焊接帶（鍍）涂層的焊件時(shí)易于保證質(zhì)量。相關(guān)知識(shí)與其他焊接方法相比，可使緊固件之間的間距達(dá)到最小，對(duì)于需防滲漏的螺柱連接，容易保證密封性要求。與焊條電弧焊相比，所用設(shè)備輕便且便于操作，焊接過程簡(jiǎn)單。易于全位置焊接。對(duì)于易淬硬金屬，容易在焊縫和熱影響區(qū)形成淬硬組織，接頭延性較差。相關(guān)知識(shí)2螺柱焊的分類螺柱焊根據(jù)所用電源和接頭形成過程的不同通?？煞譃殡娀÷葜?、電容儲(chǔ)能螺柱焊和短周期螺柱焊三種基本

31、形式。它們的主要區(qū)別在于供電電源和燃弧時(shí)間長(zhǎng)短的不同。電弧螺柱焊由弧焊電源供電，燃弧時(shí)間約0.11s；電容儲(chǔ)能螺柱焊由電容儲(chǔ)能電源供電，燃弧時(shí)間非常短，約l15ms。短周期螺柱焊是電弧螺柱焊的一種特殊形式，焊接時(shí)間只有電弧螺柱焊的十分之一到幾十分之一，在焊接過程中與電容儲(chǔ)能螺柱焊一樣，不用采取像普通電弧螺柱焊所用的陶瓷環(huán)、焊劑及保護(hù)氣體等保護(hù)措施。相關(guān)知識(shí) 3螺柱焊的應(yīng)用 螺柱焊是焊接緊固件的種快速方法，不僅效率高，而且可以通過專用設(shè)備對(duì)接頭質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，能夠得到全斷面熔合的焊接接頭，保證接頭良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和接頭強(qiáng)度，在緊出件固定于焊件上可以代替鉚接或鉆孔螺釘緊固、焊條電弧焊、電阻

32、焊、釬焊等，它可以焊接低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、有色金屬以及帶鍍（涂）層的金屬等，廣泛應(yīng)用于汽車、儀表、造船、機(jī)車、航空、機(jī)械、鍋爐、化工設(shè)備、變壓器及大型建筑結(jié)構(gòu)等行業(yè)。相關(guān)知識(shí) 4螺柱焊的原理（1）電弧螺柱焊電弧螺柱焊是電弧焊方法的一種特殊應(yīng)用。電弧螺柱焊的焊接過程大致如下：先將螺柱放入焊槍夾頭，在螺柱與焊件間引燃電弧，使螺柱端面和相應(yīng)的焊件表面被加熱到熔化狀態(tài)，達(dá)到適宜的溫度時(shí)，將螺柱擠壓到熔池中去，使兩者熔合形成焊縫?？款A(yù)加在螺柱引弧端的焊劑或陶瓷保護(hù)圈來保護(hù)熔融金屬。電弧螺柱焊的焊接過程如圖9-12所示。相關(guān)知識(shí)圖9-12 電弧螺柱焊過程 （箭頭表示螺柱運(yùn)動(dòng)方向）相關(guān)知識(shí)將焊槍置于焊

33、件上（圖9-12a）。預(yù)加壓力使螺柱與陶瓷保護(hù)圈同時(shí)緊貼焊件表面（圖9-12b）?？蹓汉笜屔系陌粹o開關(guān)，接通焊接回路，螺柱被自動(dòng)提升，在螺柱與焊件之間引弧（圖9-12c）。電弧擴(kuò)展到整個(gè)螺柱端面，并使端面少量熔化，電弧同時(shí)使螺柱下方的焊件表面熔化形成熔池（圖9-12d）。電弧按預(yù)定時(shí)間熄滅，螺柱受彈簧壓力，熔化端被快速壓入熔池，同時(shí)焊接回路斷開（圖9-12e）。將焊槍從焊好的螺柱上抽起，打碎并除去保護(hù)套圈（圖9-12f）。相關(guān)知識(shí)（2）電容儲(chǔ)能螺柱焊電容儲(chǔ)能螺柱焊是利用儲(chǔ)存在電容器中的電能瞬時(shí)放電產(chǎn)生的電弧熱來連接螺柱與工件的方法，根據(jù)引燃電弧方式的不同，將電容儲(chǔ)能螺柱焊分成預(yù)接觸式、預(yù)留間隙

34、式和拉弧式三種焊接方法。預(yù)接觸式預(yù)接觸式電容儲(chǔ)能螺柱焊的特征是先接觸后通電，這種方法必須在螺柱法蘭端部預(yù)加工出一個(gè)凸臺(tái)。預(yù)接觸式電容儲(chǔ)能螺柱焊的焊接過程如圖9-13所示。首先將螺柱插入焊槍的螺柱夾頭中，螺柱的起弧尖端直接抵在工件的焊接位置上（圖9-13a）。按壓焊槍開關(guān)，電容放電，激發(fā)出電弧，形成熔化層（圖9-13b、c）。同時(shí)，螺柱在彈簧的作用下向工件運(yùn)動(dòng)，插入熔池，電弧熄滅，形成焊接接頭（圖9-13d）。螺柱的運(yùn)動(dòng)速度為0.41.0m/s，速度的大小取決于焊槍的彈簧力和放電尖端的長(zhǎng)度，此過程在23ms內(nèi)完成。相關(guān)知識(shí)9-13 預(yù)接觸式電容儲(chǔ)能螺柱焊過程（箭頭表示螺柱運(yùn)動(dòng)方向）相關(guān)知識(shí)預(yù)留間

35、隙式預(yù)留間隙式電容儲(chǔ)能螺柱焊的特征是留間隙，先通電后接觸放電加壓，完成焊接。預(yù)留間隙式電容儲(chǔ)能螺柱焊的焊接過程如圖9-14所示。和預(yù)接觸式電容儲(chǔ)能螺柱焊不同之處在于焊接開始后，焊槍中提升機(jī)構(gòu)將螺柱從焊件表面提升一段距離，在螺柱與工件表面之間形成一定的間隙（圖9-14a）。螺柱在焊槍彈簧的作用下向焊件移動(dòng)。同時(shí)電容器放電開關(guān)接通，在螺柱與焊件之間加上一個(gè)放電電壓，當(dāng)螺柱與焊件接觸時(shí)，其存儲(chǔ)的電能放電，大電流使小凸起熔化而引燃電弧。在電弧作用下螺柱和焊件表面熔化，螺柱插入焊件完成焊接（圖9-14b、c、d、e），但電弧燃燒時(shí)間只有12ms，故預(yù)留間隙式螺柱焊接可以在沒有保護(hù)氣體的條件下，焊接非鐵金

36、屬。 相關(guān)知識(shí)9-14 預(yù)接觸式電容儲(chǔ)能螺柱焊過程（箭頭表示螺柱運(yùn)動(dòng)方向）相關(guān)知識(shí)拉弧式拉弧式電容儲(chǔ)能螺柱焊的特征是接觸后拉起引弧，再電容放電完成焊接。該方法的螺柱待焊端不需小凸臺(tái)，但需加工成錐形或略呈球面。拉弧式電容儲(chǔ)能螺柱焊原理與電弧螺柱焊相似，但焊接時(shí)的電弧由先導(dǎo)電弧與焊接電弧兩部分組成。先導(dǎo)電弧由整流電源供電，焊接電弧由電容器組供電。焊接過程如圖9-15所示。焊接時(shí)，先將螺柱在焊件上定位并使之接觸（圖9-15a），按動(dòng)焊槍開關(guān)，接通焊接回路和焊槍體內(nèi)的電磁線圈；線圈的作用是把螺柱拉離焊件，使它們之間引燃小電流電?。▓D9-15b）。當(dāng)提升線圈斷電時(shí)，螺柱在彈簧或汽缸力作用下返回向焊件移動(dòng)

37、，電容器通過電弧放電，大電流將螺柱和焊件待焊面熔化（圖9-15c），當(dāng)插入焊件時(shí)電弧熄滅，完成焊接（圖9-15d）。相關(guān)知識(shí)圖9-15 拉弧式電容儲(chǔ)能螺柱焊過程（箭頭表示螺柱運(yùn)動(dòng)方向）相關(guān)知識(shí)（3）短周期螺柱焊 短周期螺柱焊可看作普通電弧螺柱焊的一種特殊形式，但因?yàn)槎吆附咏宇^形成的本質(zhì)小同，所以單獨(dú)分類成一種方法。短周期螺柱焊也是由短路提升焊接落釘有電頂鍛等幾個(gè)過程組成，但焊接時(shí)間只有電弧螺柱焊的十分之一到幾十分之一，所以叫短周期或短時(shí)間螺柱焊，焊接過程如圖9-16所示。圖9-16 短周期螺柱焊過程Iw焊接電流；Uw電弧電壓；Tw焊接時(shí)間；Td有電頂鍛階段；Ip先導(dǎo)電流；Tp先導(dǎo)電弧時(shí)間；T

38、L落釘時(shí)間；s螺柱位移；p焊槍中彈簧對(duì)螺柱壓力相關(guān)知識(shí)螺柱落下，與焊件定位短路。起動(dòng)焊槍開關(guān)，螺柱與焊件間通電（圖9-16中）。螺柱提升，引燃小電弧，清掃螺柱端部與焊件表面（圖9-16中）。延時(shí)數(shù)十毫秒后大電流自動(dòng)接通，焊接電弧產(chǎn)生，使焊件形成熔池、螺柱端部形成熔化層（圖9-16中）。螺柱端部侵入熔池，電弧熄滅，同時(shí)焊槍的電磁鐵釋放彈簧壓力作用在螺柱上（圖9-16中）。接頭形成焊接結(jié)束，整個(gè)焊接過程不超過100 ms（圖9-16中）。相關(guān)知識(shí)5螺柱焊方法的選擇電弧螺柱焊、電容儲(chǔ)能螺柱焊和短周期螺柱焊三類焊接方法既有共同點(diǎn)又分別有各自最佳的應(yīng)用范圍。選擇焊接方法時(shí)考慮的依據(jù)主要是被焊件厚度、材質(zhì)

39、和緊固件的尺寸。螺柱直徑大于8mm的一般是受力接頭，適合用電弧螺柱焊方法。雖然電弧螺柱焊可以焊直徑約在325mm之間的螺柱，但8mm以下采用其他方法如電容儲(chǔ)能螺柱焊或短周期螺柱焊更為合適。螺柱直徑和焊件厚度有一定的合適比例關(guān)系。對(duì)電弧螺桂焊，這一比例為34，對(duì)電容儲(chǔ)能螺柱焊和短周期螺柱焊這個(gè)比例可以達(dá)到810，所以板厚3mm以下最好采用電容儲(chǔ)能螺柱焊或短周期螺柱焊，而不宜采用電弧螺柱焊，雖然電弧螺柱焊也勉強(qiáng)可以焊23mm的鋼板。相關(guān)知識(shí)對(duì)于碳鋼、不銹鋼及鋁合金，電弧螺柱焊、電容儲(chǔ)能螺柱焊及短周期螺柱焊都可以選用，但對(duì)鋁合金、銅及涂層鋼薄板或異種金屬材料最好選用電容儲(chǔ)能螺柱焊。任務(wù)9-4 高能束

40、焊【任務(wù)目標(biāo)】熟悉電子束焊、激光焊的原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用。相關(guān)知識(shí)1電子束焊（1）電子束焊的原理電子束焊是把高速運(yùn)動(dòng)的電子流會(huì)聚成束，轟擊焊件接縫處，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被焊金屬熔化形成焊縫的一種熔化焊方法。真空電子束焊原理如圖9-17所示，圖9-17 真空電子束焊原理相關(guān)知識(shí)從電子槍中產(chǎn)生的電子在25300kV的電壓下，被加速到0.30.7倍的光速，經(jīng)靜電透鏡和電磁透鏡會(huì)聚成功率密度很高的電子束流（其功率密度可達(dá)106109W/cm2），撞擊到焊件表面，電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使金屬迅速熔化和蒸發(fā)。在高壓金屬蒸汽的作用下熔化的金屬被排開，電子束就能繼續(xù)撞擊深處的固態(tài)金屬，在被焊件上很快形成

41、一個(gè)鎖形小孔（圖9-18），小孔周圍被液態(tài)金屬包圍。隨著電子束與焊件的相對(duì)移動(dòng)，液態(tài)金屬沿小孔周圍流向熔池后部，因遠(yuǎn)離熱源而逐漸冷卻、凝固形成焊縫。電子束焊接過程中焊接熔池始終存在的這個(gè)小孔，從根本上改變了焊接熔池的傳質(zhì)、傳熱規(guī)律，由一般熔焊方法的熱傳導(dǎo)焊轉(zhuǎn)變?yōu)樯钊酆福ù┛缀福@是高能束流焊接的共同特點(diǎn)。相關(guān)知識(shí)圖9-18 電子束焊的焊縫形成原理（a）接頭局部熔化、蒸發(fā)；（b）金屬蒸氣排開液體金屬，電子束“鉆人”母材；（c）電子束穿透焊件小孔由液態(tài)金屬包圍；（d）電子束后方形成姆攝相關(guān)知識(shí)按電子束加速電壓的高低可分為高壓電子束焊接（120kV以上）、中壓電子束焊接（60100kV）和低壓電子

42、束焊接（40kV以下）三類。工業(yè)領(lǐng)域常用的高壓真空電子束焊機(jī)的加速電壓為150kV，功率一般都小于40kW；中壓真空電子束焊機(jī)的加速電壓為60kV，功率一般都小于75kW。高壓電子束焊接所需的束流小，加速電壓高，易獲得直徑小、功率密度大的束斑和深寬比大的焊縫，對(duì)大厚度板材的單道焊及難熔金屬和熱敏感性強(qiáng)的材料的焊接特別適宜。相關(guān)知識(shí)中壓電子束焊機(jī)的電子槍能保證束斑的直徑小于0.4 mm。除極薄的材料外，這樣的束斑尺寸完全能滿足焊接要求。中壓電子束焊接時(shí)產(chǎn)生的X射線完全能由適當(dāng)厚度的鋼制真空室壁所吸收，不需要采用鉛板防護(hù)；電子槍極間不要求特殊的絕緣子，所以電子槍可以做成固定式或移動(dòng)式。低壓電子束焊

43、機(jī)不需要采取鉛板的特別防護(hù)。也不存在電子槍間跳高壓的危險(xiǎn)，所以設(shè)備簡(jiǎn)單，電子槍可做成小型移動(dòng)式的。低壓電子束焊接只適宜于焊縫深寬比要求不高的薄板材料的焊接。相關(guān)知識(shí)（2）電子束焊的特點(diǎn)電子束焊與其他焊接方法相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：功率密度高 由于電子束焊加熱集中，能量密度高，所以適宜焊接難熔金屬及熱敏感性強(qiáng)的金屬。又因焊接速度（125200m/h）快，焊接變形小，熱影響區(qū)很小，故可對(duì)精加工后的零件進(jìn)行焊接。焊縫深寬比大 通常電弧焊的深寬比不超過2，而電子束焊的深寬比可達(dá)1030，所以電子束焊接基本上不產(chǎn)生角變形，適宜于厚度較大鋼板不開坡口的單道焊。焊接金屬純度高 電子束的焊接工作室一般處于高真空狀態(tài)

44、，真空工作室為焊接創(chuàng)造高純潔的環(huán)境，因而不需要保護(hù)氣體就能獲得無氧化、無氣孔和無夾渣的優(yōu)質(zhì)焊接接頭。相關(guān)知識(shí)工藝適應(yīng)性強(qiáng) 工藝參數(shù)便于調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)范圍很寬，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的適應(yīng)性。電子束焊有以下缺點(diǎn)：設(shè)備比較復(fù)雜，價(jià)格較高。對(duì)接頭加工、裝配要求嚴(yán)格。真空電子束焊接時(shí)，被焊件尺寸受限。電子束易受雜散電磁場(chǎng)的干擾。產(chǎn)生x射線，對(duì)人體健康有危害。相關(guān)知識(shí)（3）電子束焊的分類按被焊工件所處環(huán)境的真空度可分為三種：高真空電子束焊、低真空電子束焊和非真空電子束焊。高真空電子束焊是在10-410-1Pa的壓強(qiáng)下進(jìn)行的。良好的真空條件，可以保證對(duì)熔池的保護(hù)，防止金屬元素的氧化和燒損。這種方法適用于活性金屬、

45、難熔金屬和質(zhì)量要求高的工件的焊接。低真空電子束焊是在10-110Pa的壓強(qiáng)下進(jìn)行的。壓強(qiáng)為4Pa時(shí)束流密度及其相應(yīng)的功率密度的最大值與高真空的最大值相差很小。因此，低真空電子束焊也具有束流密度和功率密度高的特點(diǎn)。由于只需抽到低真空，明顯地縮短了抽真空時(shí)間，提高了生產(chǎn)率，適用于批量大的零件焊接和在生產(chǎn)線上使用。例如變速器組合齒輪多采用低真空電子束焊接。相關(guān)知識(shí)在非真空電子束焊機(jī)中，電子束仍是在高真空條件下產(chǎn)生的，然后穿過一組光柵、氣阻和若干級(jí)預(yù)真空小室，射到處于大氣壓力下的工件上。這種焊接方法的最大優(yōu)點(diǎn)是擺脫了工作室的限制，因而擴(kuò)大了電子束焊接的應(yīng)用范圍，并推動(dòng)這一技術(shù)向更高階段的自動(dòng)化方向發(fā)展

46、。相關(guān)知識(shí)（4）電子束焊的應(yīng)用隨著電子束焊接工藝及設(shè)備的發(fā)展，特別是工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)高精度、高質(zhì)量連接技術(shù)需求的不斷擴(kuò)大，電子束焊接在航空、航天、核、能源工業(yè)、電子、兵器、汽車制造、紡織、機(jī)械等許多工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用。在能源工業(yè)中，各種壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子、葉輪組件、儀表膜盆等；在核能工業(yè)中，反應(yīng)堆殼體、送料控制系統(tǒng)部件、熱交換器等；在飛機(jī)制造業(yè)中，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)座、轉(zhuǎn)子部件、起落架等；在化工和金屬結(jié)構(gòu)制造業(yè)中，高壓容器殼體等；在汽車制造業(yè)中，齒輪組合體、后橋、傳動(dòng)箱體等；在儀器制造業(yè)中，各種膜片、繼電器外殼、異種金屬的接頭等都成功地應(yīng)用了電子束焊。相關(guān)知識(shí)另外，電子束焊還是一種適合于在太空進(jìn)行的焊接方法

47、，早在1984年，人類已在太空環(huán)境中利用一種手工電子束焊槍進(jìn)行了焊接試驗(yàn)。電子束焊將成為太空環(huán)境中焊接人造天體的一種重要的焊接方法。相關(guān)知識(shí)2激光焊（1）激光焊的原理激光焊是利用以聚焦的激光束作為能源轟擊工件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法。利用激光器受激產(chǎn)生激光束，通過聚焦系統(tǒng)將其聚集成半徑微小的光斑，當(dāng)調(diào)焦到被焊工件的接縫時(shí)，光能轉(zhuǎn)換為熱能，從而使金屬熔化形成焊接接頭。激光焊能得以實(shí)現(xiàn)，不僅是因?yàn)榧す獗旧砭哂袠O高的能量，更重要的是因?yàn)榧す饽芰勘患す馄鞲叨燃杏谝稽c(diǎn)，使其能量密度很大。圖9-19為CO2氣體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖9-20為YAG脈沖固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。相關(guān)知識(shí)圖9-19 CO2

48、氣體激光器結(jié)構(gòu)示意圖相關(guān)知識(shí)圖9-20 YAG脈沖固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖相關(guān)知識(shí)激光器通過高壓電源獲得能量，相同種類的分子群受電能激發(fā)并吸收電能，當(dāng)分子群在瞬間釋放所儲(chǔ)存的能量時(shí)，這些能量就以特定頻率的光子形式釋放出來。產(chǎn)生激光的關(guān)鍵步驟是，在激光器中安裝光學(xué)諧振回路（諧振腔），并使其與受激氣體或固體分子產(chǎn)生的光子頻率相協(xié)調(diào)。該諧振回路的工作原理與發(fā)聲管相似，發(fā)聲管是利用氣流產(chǎn)生共振而發(fā)聲，激光發(fā)生器利用高壓產(chǎn)生諧振而發(fā)光。CO2氣體或固體激光器通過諧振回路吸收能量，并同時(shí)釋放相同頻率的光子便產(chǎn)生了激光。反射鏡和透鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦并傳遞到被焊工件上。大多數(shù)激光焊接是在計(jì)算機(jī)控制下完成的

49、，被焊工件可以通過二維或三維計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的平臺(tái)移動(dòng)（如數(shù)控機(jī)床）；也可以固定工件，通過改變激光束的位置來完成焊接過程。相關(guān)知識(shí)（2）激光焊的特點(diǎn)聚焦后的功率密度可達(dá)105107W/cm2甚至更高，加熱集中，熱影響區(qū)窄，因而焊件產(chǎn)生的應(yīng)力和變形極小，特別適宜于精密焊接和微小零件的焊接?？色@得深寬比大的焊縫，焊接厚件時(shí)可不開坡口一次成形，激光焊縫的深寬比目前已達(dá)12:1，不開坡口單道焊接的厚度已達(dá)50mm。適宜于難熔金屬、熱敏感性強(qiáng)的金屬以及熱物理性能相差懸殊、尺寸和體積懸殊焊件的焊接，其至可以焊接陶瓷、有機(jī)玻璃等非金屬材料。能透射、反射，有的還可以用光纖傳輸，在空間遠(yuǎn)距離傳播而衰減很小，可焊接一般

50、焊接方法方法難以施焊的部位和對(duì)密閉容器內(nèi)的焊件進(jìn)行焊接。相關(guān)知識(shí)激光束不受電磁干擾，無磁偏吹現(xiàn)象，適宜于焊接磁性材料。與電子束焊接相比，不需要真空室，不產(chǎn)生X射線，觀察及對(duì)中方便。一臺(tái)激光器可以完成多種工作，既可以焊接，還可以切割、合金化和熱處理等。激光焊的不足之處是設(shè)備的一次性投資大，對(duì)高反射率的金屬直接進(jìn)行焊接比較困難，可焊接的焊件厚度尚比電子束焊的小，對(duì)焊件加工、組裝、定位要求高，激光器的電光轉(zhuǎn)換及整體運(yùn)行效率低。相關(guān)知識(shí)（3）激光焊的分類根據(jù)激光的輸出方式，激光焊接可分為連續(xù)激光焊和脈沖激光焊。根據(jù)實(shí)際作用在工件上的功率密度，激光焊接可分為熱傳導(dǎo)焊接（功率密度105W/cm2）和深熔焊

51、接（功率密度105W/cm2）。熱傳導(dǎo)焊接時(shí)，工件表面溫度不超過材料的沸點(diǎn)，工件吸收的光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎?，通過熱傳導(dǎo)將工件熔化，無小孔效應(yīng)發(fā)生，焊接過程與非熔化極電弧焊相似，熔池形狀近似為半球形。深熔焊接時(shí)，金屬表面在光束作用下，溫度迅速上升到沸點(diǎn)，金屬迅速蒸發(fā)形成的蒸氣壓力、反沖力等能克服熔融金屬的表面張力以及液體的靜壓力等而形成小孔，激光束可直接深入材料內(nèi)部，所以也叫小孔型或穿孔型焊接，光斑的功率密度更高時(shí)，所產(chǎn)生的小孔能貫穿整個(gè)板厚，因而能獲得深寬比大的焊縫。圖9-21為激光深熔焊接示意圖。相關(guān)知識(shí)圖9-21 激光深熔焊接示意圖相關(guān)知識(shí)（4）激光焊的應(yīng)用激光焊可以焊接低合金高強(qiáng)度鋼、不銹鋼

52、及銅、鎳、鈦合金等；異種金屬以及非金屬材料（如陶瓷、有機(jī)玻璃等）；目前主要用于電子儀表、航空、航天、原子核反應(yīng)堆等領(lǐng)域。相關(guān)知識(shí)（5）激光焊接復(fù)合技術(shù)單純的激光焊接由于激光束流細(xì)小，因此對(duì)接頭的間隙要求比較高，熔池的搭橋能力較差，同時(shí)由于反射、等離子云等問題，嚴(yán)重影響焊接過程的穩(wěn)定性，光能利用率低，能量浪費(fèi)大，嚴(yán)重影響了激光焊接應(yīng)用的進(jìn)一步擴(kuò)展。運(yùn)用激光焊接復(fù)合技術(shù)能夠較好地解決這些些問題。激光焊接復(fù)合技術(shù)是指將激光焊接與其他焊接組合起來的集約式焊接技術(shù)，它是為了克服單純激光焊的不足、擴(kuò)展激光焊接的應(yīng)用而發(fā)展起來的一種新的工藝技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是能充分發(fā)揮組合中每種焊接方法的優(yōu)點(diǎn)并克服其不足。相關(guān)知

53、識(shí)近年來，激光焊接復(fù)合技術(shù)發(fā)展很快，已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。目前，激光焊接復(fù)合技術(shù)主要有激光-電弧焊、激光-高頻焊、激光-壓焊等形式。圖9-22是用等離子電弧加強(qiáng)激光焊的方法，焊接的主要熱源是激光，等離子電弧起輔助作用。圖9-22 等離子電弧加強(qiáng)激光焊任務(wù)9-5 摩擦焊【任務(wù)目標(biāo)】熟悉摩擦焊的原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用。相關(guān)知識(shí)1摩擦焊的原理在壓力作用下，待焊界面通過相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行摩擦，機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?duì)于給定的材料，在足夠的摩擦壓力和足夠的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度條件下，被焊材料的溫度不斷上升。隨著摩擦過程的進(jìn)行，工件產(chǎn)生一定的塑性變形量，在適當(dāng)時(shí)刻停止工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)施加較大的頂鍛力并維持一定的時(shí)間，即可

54、實(shí)現(xiàn)材料間的固相連接。相關(guān)知識(shí)兩工件接合面之間在壓力下高速相對(duì)摩擦產(chǎn)生兩個(gè)很重要的效果：一是破壞了接合面上的氧化膜或其他污染層，使干凈金屬暴露出來；二是發(fā)熱使接合面很快形成熱塑性層。在隨后的摩擦轉(zhuǎn)矩和軸向壓力作用下，這些破碎的氧化物和部分塑性層被擠出接合面外而形成飛邊，剩余的塑性變形金屬就構(gòu)成焊縫金屬，最后的頂鍛使焊縫金屬獲得進(jìn)一步的鍛造，形成了質(zhì)量良好的焊接接頭。相關(guān)知識(shí)從焊接過程可以看出，摩擦焊接頭是在被焊金屬熔點(diǎn)以下形成的，所以摩擦焊屬于固相焊接。不管采用何種摩擦焊方法，其共同的特點(diǎn)是工件高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加壓摩擦，加熱至紅熱狀態(tài)后工件旋轉(zhuǎn)停止的瞬間，加壓頂鍛。整個(gè)焊接過程在幾秒至幾十秒之內(nèi)

55、完成。因此，具有相當(dāng)高的焊接效率。摩擦焊過程中無需加任何填充金屬，也不需焊劑和保護(hù)氣體，因此摩擦焊是一種低耗材的焊接方法。相關(guān)知識(shí)2摩擦焊的分類摩擦焊的具體形式有很多，分類的方法也各種各樣。根據(jù)工件相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)的軌跡，可將摩擦焊分為旋轉(zhuǎn)式的和軌道式的。旋轉(zhuǎn)式摩擦焊的基本特點(diǎn)是至少有一個(gè)工件在焊接過程中繞著垂直于接合面的對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)。這類摩擦焊主要用于具有圓形截面的工件的焊接，是目前應(yīng)用最廣、形式最多的摩擦焊類型。軌道式摩擦焊是使一工件接合面上的每一點(diǎn)都相對(duì)于另一工件的接合面作同樣大小軌跡的運(yùn)動(dòng)。軌道式摩擦焊主要用于焊接非圓形截面的工件。除此之外，摩擦焊還可以從焊接時(shí)的界面溫度、所采取的工藝措施等

56、方面進(jìn)行分類。圖9-23是摩擦焊的一種分類圖。相關(guān)知識(shí)圖9-23 摩擦焊工藝方法及分類相關(guān)知識(shí)3摩擦焊的特點(diǎn)接頭質(zhì)量高 摩擦焊屬于固相焊接，正常情況下接合面不發(fā)生熔化，焊合區(qū)金屬為鍛造組織，不會(huì)產(chǎn)生與熔化和凝固相關(guān)的焊接缺陷；壓力與轉(zhuǎn)矩的力學(xué)冶金效應(yīng)使得晶粒細(xì)化、組織致密、夾雜物彌散分布，不僅接頭質(zhì)量高，而且延性好。適合異種材料的連接 對(duì)于通常難以焊接的金屬材料組合如鋁-鋼、鋁-銅、鈦-銅等都可進(jìn)行焊接。一般來說，凡是可以進(jìn)行鍛造的金屬材料都可以進(jìn)行摩擦焊接，摩擦焊還可以焊接非金屬材料，甚至曾通過普通車床成功地對(duì)木材進(jìn)行過焊接。相關(guān)知識(shí)生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定 如發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門雙頭自動(dòng)摩擦焊的生產(chǎn)率

57、可達(dá)8001200件/h；外徑127mm、內(nèi)徑95mm的石油鉆桿與接頭的焊接，連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊僅需十幾秒，如采用慣性摩擦焊，所需時(shí)間更短，也曾經(jīng)產(chǎn)生過用摩擦焊焊接200萬件汽車后橋無一廢品的記錄。此外，摩擦焊還具有節(jié)能省電；環(huán)境清潔，勞動(dòng)條件好；設(shè)備操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。但也存在如下的缺點(diǎn)與局限性：對(duì)非圓形截面焊接較困難，設(shè)備復(fù)雜；對(duì)盤狀薄零件和薄壁管件，由于不易夾持固定，施焊也很困難。焊機(jī)的一次性投資較大，大批量生產(chǎn)時(shí)才能降低生產(chǎn)成本。相關(guān)知識(shí)4摩擦焊的應(yīng)用摩擦焊是一種專業(yè)性較強(qiáng)的焊接方法，其具體形式已由原來的幾種發(fā)展到現(xiàn)在的十幾種。起初主要用于桿、軸、管類零件的接長(zhǎng)焊接，在這

58、些領(lǐng)域中的應(yīng)用具有其他焊接方法無可比擬的優(yōu)越性。后來發(fā)展的線性摩擦焊、嵌入摩擦焊、攪拌摩擦焊等形式則進(jìn)一步擴(kuò)展了摩擦焊的應(yīng)用，可以焊接板件、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等形狀更加復(fù)雜的零件，也擴(kuò)展了摩擦焊所焊材料的范圍和組合，同時(shí)極大地提高了焊接質(zhì)量。摩擦焊所焊材料已由傳統(tǒng)的金屬材料（包括不同種類金屬材料的組合）拓寬到粉末合金、復(fù)合材料、功能材料、難熔材料以及陶瓷-金屬等新型材料和異種材料領(lǐng)域。除了通常以連接為目的的焊接外，還用于零件的堆焊。目前，摩擦焊已在各種工具、軸瓦、閥門、石油鉆桿、電機(jī)與電力設(shè)備、工程機(jī)械、交通運(yùn)輸工具以至于航空、航天設(shè)備制造等方面獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。相關(guān)知識(shí)5典型摩擦焊方法（1

59、）連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊過程如圖9-24所示，兩待焊工件分別固定在旋轉(zhuǎn)夾具（通常軸向固定）和移動(dòng)夾具內(nèi)。工件被夾緊后，移動(dòng)夾具夾持工件向旋轉(zhuǎn)端移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)端工件開始旋轉(zhuǎn)，待兩邊工件接觸后開始摩擦加熱，此后則可進(jìn)行摩擦?xí)r間控制或摩擦縮短量（又稱摩擦變形量）控制，當(dāng)控制量達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止旋轉(zhuǎn)，開始頂鍛并維持一定時(shí)間以便接頭牢固連接，最后夾具松開、退出，取出工件，焊接過程結(jié)束。相關(guān)知識(shí)圖9-24 連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊過程示意圖相關(guān)知識(shí)（2）慣性摩擦焊慣性摩擦焊過程分三個(gè)階段，如圖9-25所示，第一階段飛輪帶動(dòng)夾持工件的夾頭高速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到預(yù)定速度后，飛輪與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)脫開。此時(shí)夾持工件另一端的移動(dòng)夾具向旋轉(zhuǎn)工件靠近，接觸后開始摩擦產(chǎn)生熱量，而飛輪受摩擦轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)作用，轉(zhuǎn)速逐漸降低到零，這是慣性摩擦焊的第二階段。由于對(duì)工件施加了恒定的軸向壓力，在第三階段工件端部被加熱至紅熱狀態(tài)而加大了軸向位移，即接合面產(chǎn)生較大的塑性流變而完成焊接過程。相關(guān)知識(shí)圖9-25 慣性摩擦焊過程示意圖相關(guān)知識(shí)（3）軌道摩擦焊軌道摩擦焊是使一工件接合面上的每一點(diǎn)都相對(duì)于另一工件的接合面作同樣大小軌 跡的運(yùn)動(dòng)，如圖9-2