特種焊接技術(shù)

1、特種焊接方法特種焊接技術(shù)是指除焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊等傳統(tǒng)焊接方法之外的非常規(guī)焊接方 法，主要包含電子束焊、激光焊等先進(jìn)的高能束流焊接方法及擴(kuò)散焊、摩擦焊、高頻焊、超 聲波焊、爆炸焊、變形焊等固相焊接方法。高能束流焊是指利用高能量密度的束流，高能束 流功率密度在1010W/cm2范圍內(nèi)。高能束流焊接被譽(yù)為21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的焊接技 術(shù)。一、電子束焊電子束焊（EBW）是指在真空或非真空環(huán)境中，利用匯聚的高速電子流轟擊焊件接縫處所產(chǎn) 生的熱能，使被焊金屬融合的一種焊接方法。電子束焊由一般熔焊方法的“熱導(dǎo)焊”轉(zhuǎn)變?yōu)?“穿孔焊”。優(yōu)點(diǎn)：焊縫深寬比大；焊接速度快、焊縫組織性能好；焊接變形小；

2、焊縫純度高、接頭質(zhì)量 好；工藝適應(yīng)性強(qiáng)；可焊材料多；再現(xiàn)性好；可簡化加工工藝。缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，一次性投資大，費(fèi)用較昂貴；電子束焊要求接頭位置準(zhǔn)確，間隙小而且均 勻，焊前對接頭加工、裝配要求嚴(yán)格、真空電子束焊接時(shí)，被焊工件尺寸和形狀受到工作室 的限制、容易受雜散電磁場干擾，影響焊接質(zhì)量、焊接是產(chǎn)生X射線，需要操作人員嚴(yán)格防 護(hù)。電子束焊的分類：高真空電子束焊、低真空電子束焊、非真空電子束焊。高真空電子束焊的 真空度為1010Pa，低真空的真空度為1010Pa，非真空在真空條件（W10Pa）下產(chǎn)生的。 電子束焊的應(yīng)用：一般熔焊能焊的金屬都可以采用電子束焊，此外還能焊接稀有金屬、活性 金屬、難熔金屬

3、和非金屬陶瓷等。也可焊接物理性能差異較大的異種金屬。焊接厚板時(shí)無需 開坡口和填充金屬，亦可焊厚度相差懸殊的焊件，可以焊接內(nèi)部需保持真空度的密封件、靠 近熱敏元件的焊件、形狀復(fù)雜且精密的零部件，也可以同時(shí)施焊具有兩層或多層接頭的焊件， 這種接頭層與層之間可以間隔幾十毫米。電子槍高壓型60150kv，電子束焊機(jī)中用以產(chǎn)生電子并使之匯聚成電子束的裝置稱為電子 槍。電子槍是電子束焊的核心部件，主要有陰極、陽極、柵極和聚焦線圈組成，電子槍有二 級槍和三級槍之分，現(xiàn)在多采用三級電子槍。電子束焊的常用接頭：對接、角接、T形接、搭接和端接。電子束焊的主要焊接參數(shù)及選擇：加速電壓（影響熔深）、電子束電流、焊接速

4、度、聚焦電 流和工作距離。這些參數(shù)直接影響到焊縫的熔深和幾何形狀。長空洞及焊縫中裂紋都是深熔透電子束焊接時(shí)所特有的缺陷，降低焊接速度，改進(jìn)材質(zhì)有 利于消除此類缺陷。二、激光焊激光焊（LBW ）是利用能量密度極高的激光束作為熱源的一種高效精密的焊接方法。與傳統(tǒng) 焊接方法比較具有能量密度高、穿透力強(qiáng)、精度高、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：激光束功率密度高，加熱速度快，熱影響區(qū)窄，焊接應(yīng)力和變形小，容易實(shí)現(xiàn)深熔 焊和高速焊，適用于精密焊接和微細(xì)焊接。焊縫熔深比大。適應(yīng)于常規(guī)焊接方法難以焊 接的材料、如難熔金屬、熱敏感性強(qiáng)的材料以及熱物理性能、尺寸和體積差異懸殊的工件間 焊接，也用于非金屬材料的焊接?？山柚?/p>

5、射鏡使光束達(dá)到一般焊接方法無法施焊的部位。 可穿過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行焊接，如焊接置于玻璃密封容器內(nèi)的 合金等劇 毒材料。激光束不受電磁干擾，不存在X射線防護(hù)問題，也不需要真空保護(hù)。缺點(diǎn)：激光焊難以焊接反射率較高的材料。對焊件加工、組裝、定位要求相對較高。 設(shè)備一次性投資較大。按激光對工件的作用方式，激光焊可分為脈沖激光焊和連續(xù)激光焊。根據(jù)實(shí)際作用在工件上 的功率密度，激光焊分為傳熱焊、深熔焊。數(shù)千瓦的高功率CO2激光器的出現(xiàn)，開辟了激 光應(yīng)用于焊接的新紀(jì)元。激光焊設(shè)備主要有激光器、光束傳輸、聚焦系統(tǒng)、焊槍、工作臺、電源控制裝置、氣源、水 源、操作盤、數(shù)控裝置等組成。激光器是產(chǎn)生受激

6、輻射光并將其放大的裝置，是激光焊接設(shè) 備的核心部分。根據(jù)激光器中工作物質(zhì)的形態(tài)分為固體、液體和氣體激光器。脈沖激光焊時(shí)，每個(gè)激光脈沖在焊件上形成一個(gè)焊點(diǎn)。焊件是由點(diǎn)焊或由點(diǎn)焊搭接成的縫焊 方式實(shí)現(xiàn)連接的。由于其加熱斑點(diǎn)很小，主要用于微型、精密元件、一些微電子元件的焊接。 連續(xù)激光焊的焊接參數(shù)：激光功率、焊接速度、光斑直徑、離焦量、保護(hù)氣體。三、擴(kuò)散焊擴(kuò)散焊（DFW）是將緊密接觸的焊件置于真空或保護(hù)氣氛中，并在一定溫度和壓力下保持一 段時(shí)間，使接觸界面間原子相互擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)可靠連接的一種固相焊接方法。尤其是對于熔焊 方法難以焊接的材料，擴(kuò)散焊具有明顯的優(yōu)勢。特點(diǎn)：可以在不降低被焊材料性能的情況下焊

7、接幾乎所有的金屬或非金屬，特別適合于熔 焊和其他焊接方法難以焊接的材料。適應(yīng)新能好，焊接可靠。接頭質(zhì)量好，其顯微組織與 母材接近或相同，在焊縫中不存在熔焊缺陷、過熱組織和熱影響區(qū)。焊接參數(shù)易于精確控制， 在批量生產(chǎn)時(shí)接頭質(zhì)量和性能穩(wěn)定。焊件精度高、變形小，焊件整體塑性變形很小，焊后 的工件一般不再進(jìn)行機(jī)械加工?？梢院附哟髷嗝婀ぜ?。可以焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜、接頭不易接 近以及厚薄相差較大的工件，能對組裝件中許多接頭同時(shí)實(shí)施焊接。缺點(diǎn):焊件表面的制備和裝配質(zhì)量較高，特別對接合表面要求嚴(yán)格。焊接熱循環(huán)時(shí)間長， 生產(chǎn)率低。設(shè)備一次性投資大，且焊接工件的尺寸受到設(shè)備的限制，無法進(jìn)行連續(xù)式批量 生產(chǎn)。中間層材料特

8、點(diǎn)：容易發(fā)生塑性變形，含有加速擴(kuò)散的元素，如Be、B、Si。與母材的 物理化學(xué)性能接近，且不與母材發(fā)生不良冶金反應(yīng)，如產(chǎn)生脆性相與共晶相。不會在結(jié)合 處引起電化學(xué)腐蝕。中間層的選用：可采用箔、粉末、鍍層、離子噴射和噴涂層等多種形式。阻焊劑具有的性能：熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)應(yīng)高于焊接溫度。具有較好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性，在高 溫下不與焊件、夾具或壓頭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。不釋放有害氣體污染附近的待焊接表面，不破 壞保護(hù)氣氛或真空度。擴(kuò)散焊焊接參數(shù)：焊接溫度、焊接壓力、保持時(shí)間、氣氛環(huán)境。焊接溫度：提高加熱溫度還 會造成母材軟化，擴(kuò)散焊溫度大都在0.60.8Tm（Tm為母材的熔點(diǎn)，異種材料焊接時(shí)Tm為 熔點(diǎn)較低一側(cè)母材的

9、熔點(diǎn)），最適合的溫度一般取接近 0.7 Tm。而一般情況下壓力為 1030MPa擴(kuò)散焊接設(shè)備一般包括：加熱系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。常采用感應(yīng)加熱或電 阻加熱方法對焊件進(jìn)行局部或整體加熱。高頻感應(yīng)擴(kuò)散焊焊接設(shè)備采用高頻電源加熱。擴(kuò)散 焊所施加的壓力范圍為1100MPa。正負(fù)離焦：工件表面在焦點(diǎn)以內(nèi)時(shí)為負(fù)離焦，與焦點(diǎn)的距離為負(fù)離焦量；反之為正離焦。四、摩擦焊摩擦焊（FW）是利用焊件接觸的端面相對運(yùn)動(dòng)中相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端面達(dá)到熱塑性 狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種固相焊接方法。摩擦焊的分類：一是根據(jù)焊件的相對運(yùn)動(dòng)形式分類；二是按焊接過程的工藝特點(diǎn)分類。 常規(guī)摩擦焊方法：連續(xù)驅(qū)動(dòng)

10、摩擦焊（最常用）、慣性摩擦焊（又稱儲能焊焊前先將飛輪、主 軸系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)架頭上的焊件加速到預(yù)定的轉(zhuǎn)速，然后，主軸電動(dòng)機(jī)和飛輪脫開或斷電。同時(shí)， 另一個(gè)焊件向前移動(dòng)、接觸并施加軸向壓力，開始摩擦加熱過程）、相位摩擦焊、徑向摩擦 焊、摩擦堆焊、線性摩擦焊、嵌入式摩擦焊、超塑性摩擦焊、第三體摩擦焊。摩擦焊特點(diǎn)：焊接質(zhì)量好且穩(wěn)定；適焊材料范圍廣；焊接時(shí)間短，生產(chǎn)率高；焊件 尺寸精度高、成本低；機(jī)械化、自動(dòng)化程度高；焊機(jī)功率小、節(jié)能、無污染。傳統(tǒng)摩擦焊焊接過程的一個(gè)周期可分為摩擦加熱過程和頂鍛焊接過程兩部分。摩擦加熱過程 又可分為四個(gè)階段：初始摩擦階段；不穩(wěn)定摩擦階段；穩(wěn)定摩擦階段；停車階段； 頂鍛焊接過

11、程也可分為純頂鍛和頂鍛維持兩個(gè)階段。連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊焊接參數(shù)：轉(zhuǎn)速與摩擦壓力；摩擦?xí)r間；摩擦變形量；停車時(shí)間； 頂鍛壓力。攪拌摩擦焊的焊接過程及特點(diǎn):攪拌摩擦焊是利用摩擦熱作為焊接熱源的一種固相焊接方法， 但與常規(guī)摩擦焊有所不同。首先將焊件牢牢地固定在工作平臺上，然后，攪拌焊頭高速旋轉(zhuǎn) 并將攪拌焊針插入焊件的接縫處，直至攪拌焊頭的肩部與焊件表面緊密接觸，攪拌焊針高速 旋轉(zhuǎn)與其周圍母材摩擦產(chǎn)生的熱量和攪拌焊頭的肩部與焊件表面摩擦產(chǎn)生的熱量共同作用， 使接縫處材料溫度升高且軟化，同時(shí)，攪拌焊頭邊旋轉(zhuǎn)邊沿著接縫與焊件作相對運(yùn)動(dòng)，隨著 攪拌焊頭向前移動(dòng)，前沿高度塑性變形的材料被擠壓到攪拌焊頭的背后。在攪拌焊頭與焊件 表面摩擦生熱和鍛壓共同作用下，形成致密牢固的固相焊接接頭。特點(diǎn)：焊縫是在塑性狀態(tài)下受擠壓完成的，屬于固相焊接，因而其接頭不會產(chǎn)生熔焊缺陷 和脆化現(xiàn)象。焊縫性能接近母材，力學(xué)性能優(yōu)異。適合焊接非鐵金屬及其合金以及鋼鐵材料、 復(fù)合材料等，也可用于異種材料的焊接。不受軸類零件的限制，可進(jìn)行平板的對接和搭接， 可焊接直焊縫、角焊縫及環(huán)焊縫、可進(jìn)行大型框架結(jié)構(gòu)及大型筒體制造、大型平板對接等。 質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性高。焊接時(shí)無需填充材料、保護(hù)氣體，焊前無需對焊