项目9-其他焊接方法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2025/4/1 周二,高等职业教育汽车制造与装配技术专业规划教材,CheshenHanjieJishu,车身焊接技术,宋金虎,邰茜,主编,主审,2025/4/1 周二,绪论,焊条电弧焊,二氧化碳气体保护焊,熔化极惰性气体保护焊、熔化极活性混合气体保护焊,钨极惰性气体保护焊,项目一,项目二,项目三,项目四,项目五,项目六,电阻焊,气焊,项目七,项目八,项目九,项目十,钎焊,等离子弧焊,其他焊接方法,汽车车身焊装工艺,项目九 其他焊接方法,项目描述,学习内容,建议课时,学习目标,1,2,3,4,5,相关知识,随着工业生产的发展，对焊接技术提出了多种多样的要求，焊接方法也在不断地发展之中。目前，在工业生产乃至汽车制造中应用的焊接方法很多，除了常用的电阻焊、气体保护焊、钎焊、等离子弧焊接与切割、焊条电弧焊外，还有一些焊接方法，如螺柱焊、激光焊等。本项目主要讲述一些使用较广的独特的焊接方法，包括螺柱焊、电子束焊、激光焊、摩擦焊、埋弧焊和电渣焊等。如图,9-1,所示。,项目描述,1,图,9-1,激光焊,螺柱焊、电子束焊、激光焊、摩擦焊、埋弧焊、电渣焊的原理、分类、特点及应用,学习内容,2,68,学时。,建议课时,3,掌握螺柱焊、电子束焊、激光焊、摩擦焊、埋弧焊、电渣焊的原理、分类、特点及应用，能够根据实际生产条件和具体的焊接结构及其技术要求，正确选择焊接方法。,学习目标,4,一、螺柱焊,1.,螺柱焊的特点,(1),与普通的电弧焊相比，螺柱焊焊接时间短（通常小于,Is),、对母材热输入小，因此焊缝和热影响区小，焊件变形小、生产率高。,(2),熔深浅，焊接过程不会对焊件背面造成损害，焊后无须清理。,(3),与螺纹拧入的螺柱相比所需母材厚度小，因而节省材料，还可减少连接部件所需的机械加工工序，成本低。,(4),易于将螺柱与薄件连接，且焊接带（镀）涂层的焊件时易于保证质量。,(5),与其他焊接方法相比，可使紧固件之间的间距达到最小，对于需防渗漏的螺柱连接，容易保证密封性要求。,(6),与焊条电弧焊相比，所用设备轻便且便于操作，焊接过程简单。,(7),易于全位置焊接。,(8),对于易淬硬金属，容易在焊缝和热影响区形成淬硬组织，接头延性较差。,相关知识,5,2.,螺柱焊的分类,螺柱焊根据所用电源和接头形成过程的不同通常可分为电弧螺柱焊、电容储能螺柱焊和短周期螺柱焊三种基本形式。它们的主要区别在于供电电源和燃弧时间长短的不同。,3.,螺柱焊的应用,螺柱焊是焊接紧固件的一种快速方法，不仅效率高，而且可以通过专用设备对接头质量进行有效的控制，能够得到全断面熔合的焊接接头，保证接头良好的导电性、导热性和接头强度，在紧固件固定于焊件上可以代替铆接或钻孔螺钉紧固、焊条电弧焊、电阻焊、钎焊等，它可以焊接低碳钢、低合金钢、不锈钢、有色金属以及带镀（涂）层的金属等，广泛应用于汽车、仪表、造船、机车、航空、机械、锅炉、化工设备、变压器及大型建筑结构等行业。,相关知识,5,4.,螺柱焊的原理,1),电弧螺柱焊,电弧螺柱焊的焊接过程大致如下：先将螺柱放入焊枪夹头，在螺柱与焊件间引燃电弧，使螺柱端面和相应的焊件表面被加热到熔化状态，达到适宜的温度时，将螺柱挤压到熔池中去，使两者熔合形成焊缝。靠预加在螺柱引弧端的焊剂或陶瓷保护圈来保护熔融金属。电弧螺柱焊的焊接过程如图,9-2,所示。,(1),将焊枪置于焊件上，如图,9-2a),所示。,(2),预加压力使螺柱与陶瓷保护圈同时紧贴焊件表面，如图,9-2b),所示。,相关知识,5,图,9-2,电弧螺柱焊过程,（箭头表示螺柱运动方向）,(3),扣压焊枪上的按钮开关，接通焊接回路，螺柱被自动提升，在螺柱与焊件之间引弧，如图,9-2c),所示。,(4),电弧扩展到整个螺柱端面，并使端面少量熔化，电弧同时使螺柱下方的焊件表面熔化形成熔池，如图,9-2d),所示。,(5),电弧按预定时间熄灭，螺柱受弹簧压力，熔化端被快速压入熔池，同时焊接回路断开，如图,9-2e),所示。,(6),将焊枪从焊好的螺柱上抽起，打碎并除去陶瓷保护圈，如图,9-2f),所示。,相关知识,5,2),电容储能螺柱焊,电容储能螺柱焊是利用储存在电容器中的电能瞬时放电产生的电弧热来连接螺柱与工件的方法。,(1),预接触式。,预接触式电容储能螺柱焊的特征是先接触后通电，这种方法必须在螺柱法兰端部预加工出一个凸台。,相关知识,5,图,9-3,预接触式电容储能螺柱焊过程,（箭头表示螺柱运动方向）,(2),预留间隙式。,预留间隙式电容储能螺柱焊的特征是留间隙，先通电后接触放电加压，完成焊接。,(3),拉弧式。,拉弧式电容储能螺柱焊的特征是接触后拉起引弧，再电容放电完成焊接。,相关知识,5,图,9-5,拉弧式电容储能螺柱焊过程,（箭头表示螺柱运动方向）,图,9-4,预接触式电容储能螺柱焊过程,（箭头表示螺柱运动方向）,3),短周期螺柱焊,短周期螺柱焊可看作普通电弧螺柱焊的一种特殊形式，但焊接时间只有电弧螺柱焊的十分之一至几十分之一，所以称为短周期或短时间螺柱焊。,(1),螺柱落下，与焊件定位短路。起动焊枪开关，螺柱与焊件间通电（图,9-6,中）。,相关知识,5,图,9-6,短周期螺柱焊过程,I,w,-,焊接电流；,U,w,-,电弧电压；,T,W,-,焊接时间；,T,d,-,有电顶锻阶段；,I,p,-,先导电流；,T,P,-,先导电弧时间；,T,L,-,落钉时间；,s-,螺柱位移；,p-,焊枪中弹簧对螺柱压力,(2),螺柱提升，引燃小电弧，清扫螺柱端部与焊件表面（图,9-6,中）。,(3),延时数十毫秒后大电流自动接通，焊接电弧产生，使焊件形成熔池、螺柱端部形成熔化层（图,9-6,中）。,(4),螺柱端部侵入熔池，电弧熄灭，同时焊枪的电磁铁释放弹簧压力作用在螺柱上（图,9-6,中）。,(5),接头形成，焊接结束，整个焊接过程不超过,100ms(,图,9-6,中）。,相关知识,5,5.,螺柱焊方法的选择,电弧螺柱焊、电容储能螺柱焊和短周期螺柱焊三类焊接方法既有共同点又分别有各自最佳的应用范围。选择焊接方法时考虑的依据主要是被焊件厚度、材质和紧固件的尺寸。,(1),螺柱直径大于,8mm,的一般是受力接头，适合用电弧螺柱焊方法。,(2),螺柱直径和焊件厚度有一定的合适比例关系。,(3),对于碳钢、不锈钢及铝合金，电弧螺柱焊、电容储能螺柱焊及短周期螺柱焊都可以选用，但对铝合金、铜及涂层钢薄板或异种金属材料最好选用电容储能螺柱焊。,相关知识,5,二、高能束焊,1.,电子束焊,1),电子束焊的原理,电子束焊是把高速运动的电子流会聚成束，轰击焊件接缝处，把机械能转变为热能，使被焊金属熔化形成焊缝的一种熔化焊方法。,相关知识,5,图,9-8,电子束焊的焊缝形成原理,图,9-7,真空电子束焊原理,2),电子束焊的特点,电子束焊与其他焊接方法相比，有以下优点：,(1),功率密度高。,(2),焊缝深宽比大。,(3),焊接金属纯度高。,(4),工艺适应性强。,电子束焊有以下缺点：,(1),设备比较复杂，价格较高。,(2),对接头加工、装配要求严格。,(3),真空电子束焊接时，被焊件尺寸受限。,(4),电子束易受杂散电磁场的干扰。,(5),产生,X,射线，对人体健康有危害。,相关知识,5,3),电子束焊的分类,(1),按被焊工件所处环境的真空度可分为三种：高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。,高真空电子束焊是在,10,-4,10,-1,Pa,的压力下进行的。,低真空电子束焊是在,10,-1,10Pa,的压力下进行的。,在非真空电子束焊机中，电子束仍是在高真空条件下产生的，然后穿过一组光栅、气阻和若干级预真空小室，射到处于大气压力下的工件上。,相关知识,5,(2),按电子束加速电压的高低可分为高压电子束焊接（,120kV,以上）、中压电子束焊接（,60100kV,）和低压电子束焊接（,40kV,以下）三类。工业领域常用的高压真空电子束焊机的加速电压为,150kV,，功率一般都小于,40kW,；中压真空电子束焊机的加速电压为,60kV,，功率一般都小于,75kW,。,高压电子束焊接所需的束流小，加速电压高，易获得直径小、功率密度大的束斑和深宽比大的焊缝，对大厚度板材的单道焊及难熔金属和热敏感性强的材料的焊接特别适宜。,中压电子束焊机的电子枪能保证束斑的直径小于,0.4mm,。,低压电子束焊机不需要采取铅板的特别防护。,相关知识,5,4),电子束焊的应用,随着电子束焊接工艺及设备的发展，特别是工业生产中对高精度、高质量连接技术需求的不断扩大，电子束焊接在航空、航天、核能工业、能源工业、电子、兵器、汽车制造、纺织、机械等许多工业领域已经获得了广泛应用。,相关知识,5,2.,激光焊,1),激光焊的原理,激光焊是利用以聚焦的激光束作为能源轰击工件所产生的热量进行焊接的方法。利用激光器受激产生激光束，通过聚焦系统将其聚集成半径微小的光斑，当调焦到被焊工件的接缝时，光能转换为热能，从而使金属熔化形成焊接接头。,相关知识,5,图,9-9 CO,2,气体激光器结构示意图,相关知识,5,图,9-10 YAG,脉冲固体激光器结构示意图,2),激光焊的特点,(1),聚焦后的功率密度可达,10,5,10,7,W/cm,2,甚至更高，加热集中，热影响区窄，因而焊件产生的应力和变形极小，特别适宜于精密焊接和微小零件的焊接。,(2),可获得深宽比大的焊缝，焊接厚件时可不开坡口一次成形，激光焊缝的深宽比目前已达,12,：,1,，不开坡口单道焊接的厚度已达,50mm,。,(3),适宜于难熔金属、热敏感性强的金属以及热物理性能相差悬殊、尺寸和体积悬殊焊件的焊接，甚至可以焊接陶瓷、有机玻璃等非金属材料。,(4),能透射、反射，有的还可以用光纤传输，在空间远距离传播而衰减很小，可焊接一般焊接方法难以施焊的部位和对密闭容器内的焊件进行焊接。,(5),激光束不受电磁干扰，无磁偏吹现象，适宜于焊接磁性材料。,(6),与电子束焊接相比，不需要真空室，不产生,X,射线，观察及对中方便。,相关知识,5,(7),台激光器可以完成多种工作，既可以焊接，还可以切割、合金化和热处理等。激光焊的不足之处是设备的一次性投资大，对高反射率的金属直接进行焊接比较困难，可焊接的焊件厚度尚比电子束焊的小，对焊件加工、组装、定位要求高，激光器的电光转换及整体运行效率低。,3),激光焊的分类,根据激光的输出方式，激光焊接可分为连续激光焊和脉冲激光焊。,根据实际作用在工件上的功率密度，激光焊接可分为热传导焊接（功率密度,10,5,W/cm,2,）和深熔焊接（功率密度,10,5,W/cm,2,）。,相关知识,5,4),激光焊的应用,激光焊可以焊接低合金高强度钢、不锈钢及铜、镍、钛合金等；异种金属以及非金属材料（如陶瓷、有机玻璃等）。目前主要用于汽车制造、电子仪表、航空、航天、原子核反应堆等领域。,5),激光焊接复合技术,激光焊接复合技术是指将激光焊接与其他焊接组合起来的集约式焊接技术，它是为了克服单纯激光焊的不足、扩展激光焊接的应用而发展起来的一种新的工艺技术，其优点是能充分发挥组合中每种焊接方法的优点并克服其缺点。,相关知识,5,图,9-11,激光深熔焊接示意图,图,9-12,等离子电弧加强激光焊,三、摩擦焊,1.,摩擦焊的原理,在压力作用下，待焊界面通过相对运动进行摩擦，机械能转变为热能。对于给定的材料，在足够的摩擦压力和足够的相对运动速度条件下，被焊材料的温度不断上升。随着摩擦过程的进行，工件产生一定的塑性变形量，在适当时刻停止工件间的相对运动，同时施加较大的顶锻力并维持一定的时间，即可实现材料间的固相连接。,从焊接过程可以看出，摩擦焊接头是在被焊金属熔点以下形成的，所以摩擦焊属于固相焊接。不管采用何种摩擦焊方法，其共同的特点是工件高速相对运动，加压摩擦，加热至红热状态后工件旋转停止的瞬间，加压顶锻。整个焊接过程在几秒至几十秒之内完成。因此，具有相当高的焊接效率。摩擦焊过程中无须加任何填充金属，也不需焊剂和保护气体，因此摩擦焊是一种低耗材的焊接方法。,相关知识,5,2.,摩擦焊的分类,摩擦焊的具体形式有很多，分类的方法也各种各样。根据工件相对摩擦运动的轨迹，可将摩擦焊分为旋转式和轨道式。,相关知识,5,图,9-13,摩擦焊工艺方法及分类,3.,摩擦焊的特点,(1),接头质量高。,(2),适合异种材料的连接。,(3),生产效率高、质量稳定。,此外，摩擦焊还具有节能省电；环境清洁，劳动条件好；设备操作简单，易实现机械化、自动化等优点。但也存在如下的缺点：,(1),对非圆形截面焊接较困难，设备复杂；对盘状薄零件和薄壁管件，由于不易夹持固定，施焊也很困难。,(2),焊机的一次性投资较大，大批量生产时才能降低生产成本。,相关知识,5,4.,摩擦焊的应用,摩擦焊是一种专业性较强的焊接方法，其具体形式已由原来的几种发展到现在的十几种。起初主要用于杆、轴、管类零件的接长焊接，在这些领域中的应用具有其他焊接方法无可比拟的优越性。后来发展的线性摩擦焊、嵌入摩擦焊、搅拌摩擦焊等形式则进一步扩展了摩擦焊的应用，可以焊接板件、航空发动机叶片等形状更加复杂的零件，也扩展了摩擦焊所焊材料的范围和组合，同时极大地提高了焊接质量。摩擦焊所焊材料已由传统的金属材料,(,包括不同种类金属材料的组合,),拓宽到粉末合金、复合材料、功能材料、难熔材料以及陶瓷,-,金属等新型材料和异种材料领域。除了通常以连接为目的的焊接外，还用于零件的堆焊。目前，摩擦焊已在各种工具、轴瓦、阀门、石油钻杆、电机与电力设备、工程机械、交通运输工具以至于航空、航天设备制造等方面获得了越来越广泛的应用。,相关知识,5,5.,典型摩擦焊方法,1),连续驱动摩擦焊,相关知识,5,图,9-14,连续驱动摩擦焊过程示意图,2),惯性摩擦焊,相关知识,5,图,9-15,惯性摩擦焊过程示意图,3),轨道摩擦焊,相关知识,5,图,9-16,轨道摩擦焊示意图,4),搅拌摩擦焊,相关知识,5,图,9-17,搅拌摩擦焊原理示意图,四、埋弧焊,1.,埋弧焊的原理,埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，这种方法是利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生热量，使焊丝、焊件和焊剂熔化而形成焊缝的。由于焊接时电弧被埋在焊剂层下燃烧，电弧光不外露，因此被称为埋弧焊。,相关知识,5,图,9-18,埋弧焊接装置及焊接过程,1-,焊剂；,2-,焊件；,3-,焊件坡口；,4-,软管；,5-,焊剂漏斗；,6-,焊丝；,7-,送丝机构；,8-,导电嘴；,9-,焊缝,埋弧焊的基本原理及焊缝形成过程如图,9-19,所示。,相关知识,5,图,9-19,埋弧焊的基本原理及焊缝形成过程,1-,焊剂；,2-,焊丝；,3-,电弧；,4-,熔池；,5-,熔渣；,6-,焊缝；,7-,工件；,8-,焊渣,2.,埋弧焊的特点,与焊条电弧焊或其他焊接方法比较有如下优点：,(1),焊接生产率高。,(2),焊缝质量高。,(3),焊接成本低。,(4),劳动条件好。,埋弧焊在存在很多优点的同时，也存在以下缺点：,(1),难以在空间位置施焊。,(2),不适于焊接薄板和短焊缝。,(3),对焊件装配质量要求高。,(4),焊接辅助装置较多。,相关知识,5,3.,埋弧焊的分类,按焊丝的数目分有单丝埋弧焊和多丝埋弧焊。前者在生产中应用最普遍；后者则采用双丝、三丝和更多焊丝，目的是为了提高生产率和改善焊缝成形。,按送丝方式分有等速送丝和变速送丝埋弧焊两大类，前者焊丝送进速度恒定，适用于细焊丝、高电流密度焊接的场合；后者焊丝送进速度随弧压变化而变化，适用于粗焊丝低电流密度焊接。,按电极形状分有丝极埋弧焊和带极埋弧焊，后者作为电极的填充材料为卷状的金属带，它主要用于耐磨、耐蚀合金表面堆焊。,相关知识,5,4.,埋弧焊的应用,1),适合焊接的材料范围,随着焊接技术的发展，适合用埋弧焊焊接的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及某些有色金属（如镍、铜及其合金）。,2),适合的焊缝类型和厚度范围,平位或倾斜角度不大的焊件，不论是对接、角接或搭接接头，都可以用埋弧焊焊接。埋弧焊适合焊接的厚度范围非常大，除了,5mm,以下的焊件由于易烧穿而不使用埋弧焊外，其他厚度的焊件都适合用埋弧焊焊接。目前，埋弧焊焊接的最大厚度已达到,670mm,。,3),应用行业领域,埋弧焊在造船、锅炉及压力容器、原子能设备、石油化工设备及储罐、桥梁、起重机械、管道、冶金机械、海洋工程等金属结构的制造中，都得到了广泛的应用。,相关知识,5,五、电渣焊,1.,电渣焊的原理,相关知识,5,图,9-20,电渣焊原理示意图,1-,工件；,2-,金属熔池；,3-,渣池；,4-,导电嘴；,5-,焊丝；,6-,强迫成形装置；,7-,引出板；,8-,金属熔滴；,9-,焊缝；,10-,引弧板（槽形）,2.,电渣焊的特点,(1),生产率高。,(2),焊接成本低。,(3),宜在垂直位置焊接。,(4),焊缝缺陷少。,(5),焊接接头晶粒粗大。,相关知识,5,3.,电淹焊的分类,电渣焊根据所用的电极形状不同可分为：丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊（包括管极电渣焊）。,(1),丝极电渣焊。用焊丝作为熔化电极的电渣焊。,(2),板极电渣焊。用金属板条作为电极的电渣焊。,相关知识,5,图,9-21,丝极电渣焊示意图,1-,焊接电源；,2-,送丝机构；,3-,工件；,4-,焊丝；,5-,渣池；,6-,金属熔池；,7-,水冷滑块；,8-,焊缝；,9-,导轨；,10-,垂直行走机构,图,9-22,板极电渣焊示意图,1-,板极；,2-,工件；,3-,渣池；,4-,金属熔池；,5-,焊缝；,6-,强迫成形装置,(3),熔嘴电渣焊。熔嘴电渣焊如图,9-23,所示，其电极为固定在接头间隙中的熔嘴（由钢板和钢管定位焊而成）和焊丝构成。,相关知识,5,图,9-23,熔嘴电渣焊示意图,1-,电源；,2-,引出板；,3-,焊丝；,4-,熔嘴钢管；,5-,熔嘴夹持架；,6-,绝缘块；,7-,工件；,8-,熔嘴；,9-,水冷成形滑块；,10-,渣池；,11-,金属熔池；,12-,焊缝；,13-,引弧槽,图,9-24,管极电渣焊示意图,1-,焊丝；,2-,送丝滚轮；,3-,管极夹持机构；,4-,管极钢管；,5-,管极涂料；,6-,工件；,7-,水冷成形滑块,除上述的电渣焊方法外，生产中应用较多的还有一种被称为电渣压力焊的方法，如图,9-25,所示。,相关知识,5,图,9-25,电渣压力焊示意图,1-,工件；,2-,顶压机构；,3-,渣池；,4-,水冷套；,5-,金属熔池,4.,电淹焊的应用,电渣焊适用于焊接厚度较大的工件（最大厚度达,300mm,）、难于采用埋弧焊或气电焊的某些曲线或曲面焊缝、由于现场施工或起重设备的限制必须在垂直位置焊接的焊缝以及大面积的堆焊等。,电渣焊不仅是一种优质、高效、低成本的焊接方法，而且它还为生产、制造大型构件和重型设备开辟了新途径。一些外形尺寸和质量受到生产条件限制的大型铸造和锻造结构，借助于电渣焊方法，可用铸,-,焊或锻,-,焊结构来代替，从而使企业的生产能力得到显著提高。,相关知识,5,谢谢观看！,