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文檔簡介
高能束焊接等離子弧焊接電子束焊激光焊2024/9/261焊接熱源的最小加熱面積、最大功率密度和溫度熱源最小加熱面積/cm2最大功率密度/Wcm-2溫度乙炔火焰10-22×1033200℃金屬極電弧10-31046000KTIG10-31.5
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1048000K埋弧焊10-32
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1046400K電渣焊10-31042000KMIG10-4104~105CO2焊等離子10-51.5
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10518000K電子束10-7107~109激光10-82024/9/262等離子弧焊接定義:借助水冷噴嘴對(duì)電弧的拘束作用,獲得高能量密度的等離子弧進(jìn)行焊接的方法(PAW)。2024/9/263等離子弧焊接2024/9/264第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------等離子弧的形成自由電弧2024/9/266第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-----------------等離子弧的形成電極等離子氣保護(hù)氣拘束噴嘴氣室保護(hù)氣噴嘴工件小孔焊縫金屬焊接方向拘束電弧壓縮電弧2024/9/267第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-----------------等離子弧的形成2024/9/268第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------等離子弧的形成三種壓縮機(jī)制:機(jī)械(前提):利用水冷噴嘴孔道限制弧柱直徑,來提高弧柱的能量密度和溫度。熱(主要原因):由于水冷噴嘴溫度較低,從而在噴嘴內(nèi)壁建立起一層冷氣膜,迫使弧柱導(dǎo)電斷面進(jìn)一步減小,電流密度進(jìn)一步提高?;≈@種收縮謂之“熱收縮”,也可稱為“熱壓縮”。電磁(必然存在):弧柱電流本身產(chǎn)生的磁場對(duì)弧柱有壓縮作用(即磁收縮效應(yīng)),電流密度越大,磁收縮作用越強(qiáng)。2024/9/269第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------等離子弧的類型按電源連接方式分為非轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型。
焊接中最常用的類型?2024/9/2610第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------等離子弧的形成等離子弧的影響因素電流噴嘴孔徑尺寸等離子氣種類及流量(H2、N2、Ar)2024/9/2611第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------等離子弧的特性2024/9/2612第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------等離子弧的特性TIG:10000-24000K104w/cm2PAW:24000-50000K
105w/cm22024/9/2613第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------等離子弧的特性TIG:斑點(diǎn)熱量是焊接的主導(dǎo)能量弧柱的傳導(dǎo)輻射對(duì)于焊接是次要能量PAW:弧柱高速高溫等離子體通過接觸傳導(dǎo)與輻射可能成為焊接的主要能量斑點(diǎn)熱量降為次要能量2024/9/2614第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------等離子弧的特性挺度好、沖擊力大面積變化20%2024/9/2615第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-----------等離子弧的基本方法(1)小孔型等離子弧小孔型焊又稱鼻孔、鎖孔或穿透焊,它是利用等離子能量密度大和等離子流力大的特點(diǎn),將工件安全熔透并產(chǎn)生一個(gè)貫穿工件的小孔。被熔化的金屬在電弧吹力、液體金屬重力與表面張力相互作用下保持平衡。焊槍前進(jìn)時(shí),小孔在電弧后方鎖閉,形成完全焊透的焊縫。按焊縫成形原理分,等離子弧焊有三種基本方法:小孔型等離子弧焊、熔透型等離子弧焊和微速等離子弧焊。2024/9/2616第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-----------等離子弧的基本方法
(2)熔透型等離子弧焊當(dāng)離子氣流量較小、弧柱壓縮強(qiáng)度較弱時(shí),這種等離子弧在焊接過程中只熔化工件而不產(chǎn)生小孔效應(yīng)。焊縫成形原理和鎢氬弧焊相似。其主要用于薄板單面焊雙面成形及厚板的多層焊。
(3)微束等離子弧焊
30A以下熔透型焊接通常稱為微束等離子弧焊。采用小孔徑壓縮噴嘴(Φ0.6~Φ1.2mm)及聯(lián)合型弧。它又稱針狀等離子弧。焊接電流小至1A以下仍有較好的穩(wěn)定性。2024/9/2617第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-----------等離子弧的適用范圍等離子弧焊與鎢極氬弧焊一樣,可手工焊也可自動(dòng)焊,可填加焊絲或不填加焊絲。等離子焊可以焊接碳鋼、不銹鋼、銅合金、鎳合金以及鈦合金等。不開坡口對(duì)接能一次焊透的厚度,見表。2024/9/2618第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------雙弧現(xiàn)象及防止在采用轉(zhuǎn)移弧時(shí),由于某些原因,有時(shí)除了在鎢極和工件之間燃燒的等離子弧外,還會(huì)另外產(chǎn)生一個(gè)在鎢極-噴嘴-工件之間燃燒的串列電弧,這種現(xiàn)象謂之雙弧2024/9/2619第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------雙弧現(xiàn)象及防止危害:破壞穩(wěn)定性、破壞接頭質(zhì)量降低功率、影響穿透力危害噴嘴2024/9/2620第一節(jié)等離子弧的形成及特性
-------------雙弧現(xiàn)象及防止防止措施:正確選擇電流氣體成分及流量噴嘴尺寸、形狀鎢極內(nèi)縮長度、對(duì)中噴嘴冷卻距離焊件的距離送氣方式的改進(jìn)清理噴嘴2024/9/2621定義:利用加速和聚焦電子束轟擊置于真空或非真空中焊件所生的熱能進(jìn)行焊接的方法稱為電子束焊。(EBW)
高能束焊接
-------------電子束焊的定義2024/9/2622
(1)功率密度高
電子束焊接時(shí)常用的加速電壓范圍為30~150kV,電子束電流20~1000mA,電子束焦點(diǎn)直徑約為0.1~1mm,這樣,電子束功率密度可達(dá)106W/cm2以上。
(2)精確、快速的可控性作為物質(zhì)基本粒子的電子具有極小的質(zhì)量(9.1×10-31kg)和一定的負(fù)電荷(1.6×10-19C),電子的荷質(zhì)比高達(dá)1.76×10-11C/kg,通過電場、磁場對(duì)電子束可作快速而精確的控制。電子束的這一特點(diǎn)明顯地優(yōu)于激光束,后者只能用透境和反射鏡控制,速度慢。高能束焊接
-------------電子束的特點(diǎn)2024/9/26231)電子束穿透能力強(qiáng),焊縫深寬比大。目前,電子束焊縫的深寬比可達(dá)到60:1。焊接厚板時(shí)可以不開坡口實(shí)現(xiàn)單道焊,比電弧焊可以節(jié)省輔助材料和能源的消耗。
2)焊接速度快,熱影響區(qū)小,焊接變形小。對(duì)精加工的工件可用作最后連接工序,焊后工件仍保持足夠高的精度。高能束焊接
-------------電子束焊的優(yōu)點(diǎn)-12024/9/2624高能束焊接
-------------電子束焊的優(yōu)點(diǎn)-2
3)真空電子束焊接不僅可以防止熔化金屬受到氧、氮等有害氣體的污染,而且有利于焊縫金屬的除氣和凈化,因而特別適于活潑金屬的焊接。也常用電子束焊接真空密封元件,焊后元件內(nèi)部保持在真空狀態(tài)。
4)電子束在真空中可以傳到較遠(yuǎn)的位置上進(jìn)行焊接,因而也可以焊接難以接近部位的接縫。
5)通過控制電子束的偏移,可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜接縫的自動(dòng)焊接。可以通過電子束掃描熔池來消除缺陷,提高接頭質(zhì)量。2024/9/2625高能束焊接
-------------電子束焊的缺點(diǎn)1)設(shè)備比較復(fù)雜、費(fèi)用比較昂貴。
2)焊接前對(duì)接頭加工、裝配要求嚴(yán)格,以保證接頭位置準(zhǔn)確、間隙小而且均勻。
3)真空電子束焊接時(shí),被焊工件尺寸和形狀常常受到工作室的限制。
4)電子束易受雜散電磁場的干擾,影響焊接質(zhì)量。
5)電子束焊接時(shí)產(chǎn)生的X射線需要嚴(yán)加防護(hù)以保證操作人員的健康和安全。2024/9/2626高能束焊接
-------------電子束焊的設(shè)備ElectronBeamWeldingprecisioncomponents-technicianoperating3KW,12inchcubedchamberElectronBeamWelder2024/9/2627高能束焊接
-------------電子束焊的設(shè)備真空電子束焊接-上海交大焊接研究所2024/9/2628高能束焊接
-----------電子束焊的工作原理
電子束是從電子槍中產(chǎn)生的。通常電子是以熱發(fā)射或場致發(fā)射的方式從發(fā)射體(陰極)逸出。在25~300kV的加速電壓的作用下,電子被加速到0.3~0.7倍的光速,具有一定的動(dòng)能,經(jīng)電子槍中靜電透鏡和電磁透鏡的作用,電子會(huì)聚成功率密度很高的電子束。
這種電子束撞擊到工作表面,電子的動(dòng)能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,使金屬迅速熔化和蒸發(fā)。在高壓金屬蒸氣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,很快在被焊工件上“鉆”出一個(gè)鎖形小孔,小孔的周圍被液態(tài)金屬包圍。隨著電子束與工件的相對(duì)移動(dòng),液態(tài)金屬沿小孔周圍流向熔池后部,逐漸冷卻、凝固形成了焊縫。2024/9/2629高能束焊接
-----------電子束焊的工作原理2024/9/2630高能束焊接
-----------電子束焊的工作原理2024/9/2631高能束焊接
-----------電子束焊的工作原理2024/9/2632高能束焊接
-------------電子束焊的分類按被焊工件所處的環(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10-4~10-1Pa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,適用于活性金屬、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10-1~10Pa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的焊接和在生產(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。2024/9/2633高能束焊接
-------------電子束焊的分類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,然后穿過一組光闌、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。在壓強(qiáng)增加到7~15Pa時(shí),由于散射,電子束功率密度明顯下降。在大氣壓下,電子束散射更加強(qiáng)烈。即使將電子槍的工作距離限制在20~50mm,焊縫深寬比最大也只能達(dá)到5:1。目前,非真空電子束焊接能夠達(dá)到的最大熔深為30mm。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需真空室,因而可以焊接尺寸大的工件,生產(chǎn)率較高。近年來,移動(dòng)式真空室或局部真空電子束焊接方法,既保留了真空電子束高功率密度的優(yōu)點(diǎn),又不需要真空室,因而在大型工件的焊接工程上有應(yīng)用前景。2024/9/2634高能束焊接
-------------電子束焊電子束焊可焊接所有的金屬材料和某些異種金屬接頭,從箔片至板材均可一道焊成,鋼板可焊厚度達(dá)100毫米,鋁板達(dá)150毫米,銅板可達(dá)25毫米。碳鋼在真空中焊接時(shí),由于鋼中原含有的氣體會(huì)釋放出來,焊縫金屬容易產(chǎn)生微氣孔。2024/9/2635高能束焊接
-------------激光焊激光焊是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高校精密焊接方法。(LBW)2024/9/2636高能束焊接
-------------激光焊2024/9/2637激光束基本特性
單色性好、方向性好、亮度高、相干性好。1、單色性
激光中單色性最好的是氣體激光器產(chǎn)生的激光。
He-Ne激光器產(chǎn)生的632.8nm譜線,線寬只有10-9nm。普通光源中單色性最好的用來作為長度基準(zhǔn)器的氪燈(Kr86),其譜線寬度為4.7×10-3nm。激光的單色性比一般光要高出106~107倍以上.自然光由波場范圍較寬的光構(gòu)成,激光的譜線展寬極小,具有很好的單色性。單色性決定物質(zhì)對(duì)激光能量的吸收和精細(xì)聚焦的可能性;CO2:10.6μmCO:5.4μmYAG:1.06μm準(zhǔn)分子:0.24μm;激光自然光波長能量2024/9/26382、方向性好、亮度高從光源發(fā)出的激光平行傳播的程度成為方向性。激光器輸出的光束發(fā)散角度很小,可以小于或等于10-3~10-5弧度。激光通過直徑為D的孔徑時(shí),由于衍射會(huì)產(chǎn)生一定發(fā)散:激光的方向性帶來兩個(gè)結(jié)果:
光源表面的亮度高;被照射地方光的照度大。
一個(gè)具有10mW功率的He-Ne激光器可產(chǎn)生比太陽高幾千倍的亮度,可在屏幕上形成面積很小但照度很大的光斑。2024/9/26393、相干性好以適當(dāng)方法將統(tǒng)一光源發(fā)出的光分成兩束,再使兩束光重合便產(chǎn)生明暗相間的條紋,這就是光的干涉。自然光由無數(shù)的原子與分子發(fā)射,產(chǎn)生波長各不相同的雜亂光,合成后不能形成整齊有序的大振幅光波。
激光的相位在時(shí)間上是保持不變的,合成后能形成相位整齊、規(guī)則有序的大振幅光波。
2024/9/2640高能束焊接
-------------激光焊優(yōu)點(diǎn)能量集中、熱影響區(qū)小、應(yīng)力變形小深寬比大適應(yīng)性強(qiáng)可達(dá)性好、易傳輸不受電磁干擾不用真空室、無射線2024/9/2641遠(yuǎn)距離焊接系統(tǒng)原理2024/9/2642激光焊接的主要問題:設(shè)備貴反射問題組裝定位合金元素的揮發(fā)焊接過程中一些高揮發(fā)性的合金元素(如硫和磷)從熔池中揮發(fā)出來,會(huì)導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生,而且有很可能產(chǎn)生咬邊。冷卻速度非??觳牧系暮剂砍蔀橐粋€(gè)非常重要的影響參數(shù),對(duì)材料的脆化、微裂紋及疲勞強(qiáng)度都會(huì)有影響。2024/9/2643一、激光焊接原理
熱導(dǎo)焊接深熔焊接熱導(dǎo)焊焊縫深熔焊焊縫
激光焊接原理及應(yīng)用2024/9/2644二、激光深熔焊的焊接原理激光深熔焊幾何特征1激光束2焊接熔池3小孔4焊縫寬度5熔池深度激光深熔焊腔內(nèi)液體金屬的流動(dòng)1激光束2小孔后部流動(dòng)區(qū)3小孔內(nèi)流動(dòng)區(qū)
小孔內(nèi)激光的吸收過程1激光束2等離子體3熔池后部熔化區(qū)4焊件運(yùn)動(dòng)方向2024/9/2645高能束焊接
-------------激光焊原理自由輻射受激吸收受激輻射條件粒子集居數(shù)反轉(zhuǎn)(粒子數(shù)反轉(zhuǎn))2024/9/2646高能束焊接
-------------激光焊激光的形成過程
工作物質(zhì)激勵(lì)、受激輻射自激振蕩增益
外界能量注入(泵浦)光學(xué)諧振腔
2024/9/2647高能束焊接
-------------激光焊2024/9/2648CO2激光的產(chǎn)生1.激光束2.切向排風(fēng)機(jī)
3.氣流方向4.熱交換器
5.后鏡6.折疊鏡
7.高頻電極
8.輸出鏡
9.輸出窗口CO2激光器系統(tǒng)一般氣流的流動(dòng)速度較慢,將熱量從放電腔中帶走。2024/9/2649YAG激光的產(chǎn)生根據(jù)工作物質(zhì)分類:紅寶石:激活離子Cr3+,波長:694.3nm,三能級(jí);
Nd:YAG:激活離子:Nd,波長:1.06m,四能級(jí);釹玻璃:激活離子:Nd,波長:1.06m,四能級(jí)脈沖寬度:100~500ns,頻率:幾百~62kHz。
2024/9/2650YAG激光的產(chǎn)生燈泵浦Nd:YAG激光器
大功率激光器中,典型的Nd:YAG棒一般是
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