焊工工艺学-第十一章-其他焊接、切割方法与技术

第十一章其他焊接、切割方法与技术§11-1钎焊§11-2电渣焊§11-3碳弧气刨§11-4摩擦焊与螺柱焊§11-5高能束焊及焊接机器人§11-1钎焊一、钎焊原理钎焊过程示意图ａ)在接头处安置钎料，并对焊件和钎料进行加热ｂ)钎料熔化并开始流入钎缝间隙ｃ)钎料填满整个钎缝间隙，凝固后形成钎焊接头二、钎焊的分类及特点1.钎焊的分类按钎料熔点不同，可分为软钎焊和硬钎焊。按照热源种类和加热方式不同，可分为火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、电弧钎焊、激光钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊等。最简单、最常用的是火焰钎焊和烙铁钎焊。火焰钎焊2.钎焊的特点钎焊与熔焊方法比较，具有如下特点：（1）钎焊时，钎料熔化，焊件不熔化，焊件金属的组织和性能变化较少，钎焊后焊件的应力与变形较少。（2）某些钎焊，可以一次焊几条、几十条钎缝甚至更多，所以生产率高。（3）钎焊不仅可以焊接同种金属，也适宜焊接异种金属，甚至可以焊接金属与非金属。（4）钎焊接头的强度和耐热能力较基本金属低，装配要求比熔焊高，以搭接接头为主，使结构质量增加。三、钎料与钎剂1.钎料（1）钎料的分类根据钎料的熔点不同可以分为两大类：熔点低于450℃的称为软钎料，这类钎料熔点低，强度也低；熔点高于450℃的称为硬钎料，具有较高的强度，可以连接承受重载荷的零件，应用较广。（2）钎料的型号1）钎料型号由两部分组成，钎料型号两部分间用隔线“－”分开。2）型号中第一部分用一个大写英文字母表示钎料的类型：“Ｓ”表示软钎料，“Ｂ”表示硬钎料。3）钎料型号中的第二部分由主要合金组分的化学元素符号组成。（3）钎料的牌号《焊接材料产品样本》中，钎料的牌号有两种表示法：一是前冶金部的编号方法，另一种是原机械电子工业部的编号方法。2.钎剂四、钎焊工艺1.钎焊接头形式接头形式ａ)搭接ｂ)ｃ)对接接头局部搭接ｄ)Ｔ形接头局部搭接ｅ)管件的套接接头ｆ)管件与管座套管接头2.焊前准备焊接前应使用机械方法或化学方法，除去焊件表面的氧化膜，为防止液态钎料随意流动，常在焊件非焊接表面涂阻流剂。3.装配间隙4.钎焊参数钎焊参数主要是钎焊温度和保温时间。5.钎焊后清洗钎剂残渣大多数对钎焊接头起腐蚀作用，同时，也妨碍对钎缝的检查。所以，钎焊后常需清除干净。§11-2电渣焊一、电渣焊的原理及特点1.电渣焊的原理电渣焊的基本原理１—焊件２—金属熔池３—渣池４—导电嘴５—焊丝６—冷却滑块７—焊缝８—金属熔滴９—引出板１０—引弧板2.电渣焊的特点（1）生产率高（2）经济效果好（3）宜在垂直位置焊接（4）焊缝缺欠少（5）焊接接头晶粒粗大二、电渣焊的类型1.丝极电渣焊丝极电渣焊示意图１—导轨２—焊机机头３—控制台４—冷却滑块５—焊件６—导电嘴７—渣池８—熔池2.板极电渣焊板极电渣焊示意图１—板极２—工件３—渣池４—金属熔池５—焊缝６—水冷成形块3.熔嘴电渣焊熔嘴电渣焊示意图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—熔嘴铜块9—水冷成形滑块10—渣池11—金属熔池12—焊缝13—引弧板三、电渣焊焊接材料1.电渣焊焊剂目前常用的电渣焊焊剂有HJ360、HJ170。2.电渣焊的电极材料电渣焊的电极有焊丝、熔嘴、板极等。生产中多采用低合金结构钢焊丝或材料作为电极。四、电渣焊的焊接参数电渣焊的焊接参数繁多，但对于焊缝成形影响比较大的主要是焊接电流、焊接电压、装配间隙、渣池深度。五、电渣焊设备HS－1000型电渣焊机１—导轨２—自动焊机头３—焊丝盘４—BP1－3×1000型焊接变压器５—控制箱§11-3碳弧气刨一、碳弧气刨原理及特点碳弧气刨的原理１—电极２—刨钳３—压缩空气流４—刨件碳弧气刨的特点是：（1）与风铲比较，碳弧气刨可以提高生产率10倍，在仰位或竖位时更具有优越性。（2）与风铲比较，碳弧气刨噪声较小，并减轻了劳动强度，易实现机械化。（3）在对封底焊进行碳弧气刨挑焊根时，易发现细小缺欠，并可以克服风铲由于位置狭窄而无法使用的缺点。（4）碳弧气刨也有一些缺点，如产生烟雾，噪声较大，粉尘污染，弧光辐射等。二、碳弧气刨设备碳弧气刨设备示意图１—电源２—气刨枪３—碳棒４—电缆气管５—空气压缩机６—工件三、碳弧气刨工艺参数1.电源极性碳弧气刨一般都采用直流反极性（铸铁和铜及铜合金采用正极性），这样刨削过程稳定，刨槽光滑。2.电流与碳棒直径碳棒直径根据被刨削金属的厚度来选择。3.刨削速度刨削速度增大，刨削深度减小，一般刨削速度为0.5~1.2m/min较为合适。4.压缩空气压力压缩空气的压力高，能迅速地吹走液体金属，使碳弧气刨顺利进行，一般压缩空气压力为0.4~0.6MPa。5.电弧长度碳弧气刨电弧的长度一般以1~2mm为宜。6.碳棒与工件的倾角7.碳棒伸出长度碳棒从导电嘴到电弧端的长度为伸出长度。碳棒伸出长度越长，就会使压缩空气吹到熔池的风力不足，不能顺利地将熔化金属吹走，同时，伸出长度越长，碳棒的电阻增加，烧损也快，但伸出长度太短会引起操作不方便。一般碳棒伸出长度以80~100mm为宜。§11-4摩擦焊与螺柱焊一、摩擦焊1.摩擦焊的原理摩擦焊原理示意图ａ)形成相对运动ｂ)施加压力，两界面接触ｃ)进行焊接ｄ)焊接结束2.摩擦焊的分类（1）连续驱动摩擦焊（2）惯性摩擦焊（3）搅拌摩擦焊3.摩擦焊的特点（1）摩擦焊的优点1）接头质量高2）适合异种材质的连接3）生产效率高4）尺寸精度高5）设备易于机械化、自动化，操作简单6）环境清洁7）生产费用低（2）摩擦焊的缺点与局限性1）对非圆形截面焊接较为困难，所需设备复杂，对盘状薄零件和薄壁管件，由于不易夹固，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。4.搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊的原理二、螺柱焊1.螺柱焊的特点（1）焊接时间短，不需要填充金属，生产率高，热输入小，焊缝金属和热影响区窄，焊接变形极小。（2）只需单面焊，熔深浅，焊接过程不会对焊件背面造成损害。（3）对焊件表面清理要求不高，焊后也无须清理。（4）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。（5）螺柱焊可焊接小螺柱、薄母材和异种金属，也可以把螺柱焊到有金属涂层的母材上，且有利于保证焊接质量。（6）易于全位置焊接。（7）螺柱的形状和尺寸受焊枪夹持和电源容量限制，螺柱的底端尺寸受母材厚度的限制。（8）易在焊缝和热影响区形成淬硬组织，接头延性较差。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（也称标准螺柱焊）、电容储能螺柱焊和短周期螺柱焊三种基本形式。3.电弧螺柱焊（1）电弧螺柱焊的过程电弧螺柱焊的焊接过程（2）电弧螺柱焊的设备电弧螺柱焊设备ａ)焊接电源ｂ)焊枪（3）电弧螺柱焊的焊接参数输入足够的能量是保证获得优质电弧螺柱焊接接头的基本条件，而这个能量又与螺柱的横截面积大小、焊接电流、电弧电压及燃弧时间有关。§11-5高能束焊及焊接机器人一、真空电子束焊1.真空电子束焊的原理电子束焊焊缝成形的原理ａ)接头局部熔化、蒸发ｂ)金属蒸气排开液体金属，电子束“钻入”母材，形成“匙孔”ｃ)电子束穿透工件，“匙孔”由液态金属包围ｄ)焊缝凝固成形2.真空电子束焊的特点及应用（1）电子束功率密度很高，约为电弧焊的5000~10000倍。（2）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大，深宽比可达50:1。（3）真空环境下焊接，不仅可防止熔化金属受到氢、氧、氮气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化。（4）真空电子束焊能焊接用其他焊接工艺难于或根本不能焊接的形状复杂的焊件。二、激光焊接与切割激光焊接与切割1.激光焊接（1）激光焊接的原理激光焊就是利用激光器产生的单色性、方向性非常高的激光束，经过光学聚焦后，把其聚焦到直径10μm的焦点上，能量密度达到106W/cm2以上，通过光能转变为热能，从而熔化金属进行焊接。（2）激光焊接的特点及应用1）能准确聚焦为很小的光束（直径10μm），焊缝极为窄小，变形极小，热影响区极窄。2）功率密度高，加热集中，可获得宽深比大的焊缝。3）焊接过程非常快，焊件不易氧化。4）激光焊的不足之处在于，设备的一次性投资大，设备较复杂，对高反射率的金属直接进行焊接较困难。5）由于激光焊接具有上述特点，所以它常被应用于仪器、微型电子工业中的超小型元件及航天技术中的特殊材料的焊接。2.激光切割（1）激光切割的原理激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件切割开。激光切割属于热切割方法之一。（2）激光切割的特点1）激光切割质量好2）切割材料的种类多3）切割效率高4）非接触式加工5）激光切割噪声低，污染小6）激光切割的不足之处在于设备费用高，一次性投资大（3）激光切割工艺及其应用1）激光汽化切割2）激光熔化切割3）激光氧气切割4）激光划片与控制断裂（4）激光切割设备激光切割时割炬与工件间的相对移动有如下三种情况：1）割炬不动，工件通过工作台作运动，主要用于尺寸比较小的工件。2）工件不动，割炬移动。3）割炬和工作台同时移动。三、焊接机器人1.焊接机器人概况焊接机器人2.焊接机器人的特点（1）焊接质量的稳定和提高易于实现，保证其均一性。（2）提高生产率，在一天内可24h连续生产。（3）改善焊工劳动条件，可在有害环境下长期工作。（4）降低对工人操作技术难度的要求。（5）缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。（6）可实现小批量产品焊接自动化。（7）为焊接柔性生产线提供基础。3.焊接机器人的构造弧焊机器人的构造4.焊接机器人的操作弧焊机器人普遍采用示教方式工作，即通过示教盒的操作键引导到其始点，然后用按键确定位置、运动方式（直线或圆弧）、摆动方式、焊枪姿态以及各种焊接参数，同时还可通过示教盒确定周围设备的运动速度等。