特种压力焊——高频焊、扩散焊、超声波焊、爆炸焊、冷压焊 - 副本

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五、扩散焊设备
1—真空室(保护系统) 2—工件 3—高频感应加热线圈(加热 系统) 4—抽真空系统(保护系统) 5—高频电源(加热系统) 6—液压加压系统(加压系统)
液压式真空扩散焊机
• 1、加热系统 有直接加热式和间接加热式。 1)直接加热式:利用工件的电阻热,利用感应电流加 热等,适合导磁、导电的金属材料; 2)间接加热式:利用电阻丝的辐射热。 2、加压系统 1)机械、液压、气动加压 利用液压缸、气缸、机械 装置加压,刚性施压,加压效率高,压力大小容易控制 和检测。 2)膨胀加压 利用被焊材料间热膨胀系数差异施压, 简单,但不易控制压力大小。 3)压力差加压 利用真空与高压气体的压力差加压。 加压均匀,可到达各个位置,适合形状复杂、尺寸不大 及某些脆性的材料。 3、保护系统 真空保护比任何保护气氛效果都好。
焊接新技术
材料科学与工程学院 赵霞
第六章 铝热焊
• 热剂焊一般是指利用金属氧化物和还原剂 之间的氧化还原反应所产生的热量,进行 熔融金属母材、填充接头而完成焊接的一 种方法。 • 氧化剂:Fe2O3、CuO、MnO等; • 还原剂:Al、Mg、Ca、Si、B、C等。 • 工业上应用最多的氧化剂为Fe2O3、 CuO , 应用最广泛的还原剂是Al。
二、扩散焊类型
同类材料扩散焊:无中间扩散层,靠原 子自扩散。需要较大的压力和较长的时 间,扩散层组织结构与母材一致。 异种材料扩散焊:无中间扩散层。用于金 属-金属、金属-无机非金属间的焊接。因物 理、化学性质差异,易出现界面应力、低 熔点共晶体、孔洞、电化学腐蚀等。 加中间层扩散焊:有物理扩散、化学扩散。 中间层多为箔、电镀层、喷涂层、气相沉积 层,厚度不超过0.25mm。中间层易于扩散, 可明显减小压力,降低温度,缩短时间,扩 散后成分与母材接近,无明显过渡层。 过渡液相扩散焊(扩散钎焊):中间扩散 层为低熔点材料,在压力下加热熔化,向 两侧母材扩散,润湿母材,填充间隙,凝 固后形成接头。
五、高频焊制管设备
• 2、电极触头 高频电阻焊时用以向工件传导 电流的元件。
• 于高温下工作,连续高频焊时,还与工件产生滑动 摩擦。为此要求有高的导电率、热导率和耐磨性。 由铜合金或银基、铜基镶块元件制成。镶块有铜钨 合金、锆钨合金、银钨合金。
1—触头座 2—镶块 3—钎焊缝 4—冷却 水管
• 3、感应圈 • 高频感应焊时用以传导电流的元件。它的作用是 靠近焊件,使高频交流电产生交流电磁场,在焊 件上感生出交流电用以加热焊件进行焊接。由圆 形截面、方形截面的铜管缠绕而成的1~4匝,内 通循环冷却水。单匝 • 线圈不需绝缘布, • 多匝线圈需要缠绕 • 绝缘玻璃丝布,防 • 止匝间起弧。
四、典型应用
a,b,c—管子纵缝焊 d—板对接连续焊 e—板角接连续焊
四、典型应用
f—管子螺旋缝焊
g—管子螺旋翅片连续焊
h—管子对接断续焊 i—方管纵缝连续焊
j—板搭接点焊
k—半对接断续焊
五、高频焊制管设备
• 高频焊制管设备是个机组,如图所示。它由水平导 向辊、高频发生器及其输出装置、挤压辊、外毛刺 清除器、磨光辊以及一些辅助机构、工具等部分组 成。
第二章 扩散焊
• 扩散焊(或称扩散连接)是在一定的温度和压力下使 待焊表面相互接触,通过微观塑性变形或通过在待 焊表面上产生的微量液相而扩大待焊表面的物理接 触,然后,经较长时间的原子相互扩散来实现结合 的一种焊接方法。
一、原理与过程
a)界面初始接触 b)第一阶段,微观凸起 处变形和交界面形成 c)第二阶段,原子扩散, 界面迁移,微孔开始消除 d)第三阶段,体积扩散, 微孔消除,新界面形成
2、接头形式
• 3、中间扩散层 • 1)可以是纯金属,如铜、镍、铝、钛等,也可 以是它们的合金。 2)厚度一般不超过0.25mm,过厚会增加焊接时 间;过薄则不利于形成过渡层。 3)预先制成箔片、镀层、沉积层、喷涂层。 4、止焊剂 1)其熔点要高于焊接温度。 2)高温下稳定,不分解,不污染接头,不与夹具、 压头反应。 3)不释放出有害气体污染附近的待焊表面,不破 坏保护气氛或真空度。 例:钢-钢焊接时,隔离压头可用云母片;钛-钛焊 接时可用氮化硼或氧化钇粉。
三、特点
• (1)焊接速度快 由于集肤效应和邻近 效应,电流集中于焊接区,加热速度极快, 焊接速度可达150~200m/min。 • (2)热影响区小 热量集中且加热冷却快。 而且还不易发生氧化,从而可获得具有良 好组织与性能的焊缝。 • (3)焊前清理简单 由于是熔化焊且有压 力作用,不需要清理接头表面。
三、冷压焊的应用
• (1)特别适合异种金属的焊接,铜、铝、镍、 金、银、镉、钛、锡、铅等材料任意组合均可。 (2)对接冷压焊适合的截面范围大,从 0.5mm2到500mm2,断面形状多样,可以是线、 管、棒、异型截面。 (3)搭接冷压焊可焊厚度在0.01mm~20mm 的箔、板、带,用于电工产品中的导线连接, 要求气密性的容器,电子产品的封装等。 (4)特别适合焊接不允许加热的材料,比如 铝皮电缆,其焊接温度不允许超过120℃。
• 5、工艺参数 • 3)时间t 一定范围内,时间越长,原子 扩散距离越远,接头强度越高。但超过一 定临界值,可能会造成金属组织粗大,反 而降低强度。材料性质不同、厚度不同、 有无中间层都影响焊接时间。 4)保护气氛 真空度越高,焊缝越纯净, 接头强度越高。常用的保护气有惰性气体 Ar,还原性气体N2等。
四、扩散焊工艺
• 真空扩散焊工艺流程包括:工件表面处理→工件装配→装 炉→扩散焊接→炉冷。
Байду номын сангаас
• 1、表面处理 • 1)粗糙度:Ra3.2μm以下。用车、铣、刨、磨等 方法加工。对于加中间扩散层的接头,粗糙度可 以放宽。 2)洁净度:要求无油污、无吸附物、无氧化膜。 用有机溶剂(乙醇、丙酮、三氯乙烯、洗洁精等) 进行清洗。注意不能出现腐蚀坑。
高频焊管生产
五、高频焊制管设备
• 1、高频发生器 • 产生高频电流。升压变压器和整流器将工频电 变为高压直流电→振荡器→高压高频低电流直 流电→输出变压器→低压高频大电流直流电→ 电极触头(感应圈)。 • 制管用的高频发生器有三种: • 频率为l0kHz的电动机一发电机组、 • 固体变频器 • 频率高达100-500kHz的电子管高频振荡器 • 常用的高频振荡器功率范围是60-400KW。
第三章 冷压焊
• 一、冷压焊原理 • 室温下,通过给金属加压使之产生塑性变形进 行焊接,又叫变形焊。
搭接接头冷压焊 对接接头冷压焊
1,2—焊件 4—活动夹具
1—焊件 2—预压模具 3—压头 4—焊缝 3—钳口 5—固定夹具 H—焊缝厚度t1,t2—焊件厚度 P1—预压力 P2—焊接压力
二、冷压焊的特点
例:管子纵缝高频电阻焊 1—阻抗器 2—电极触头 3—V 形开口 4—电流通道 5—压辊 6—焊点 7—焊缝
• (2)高频断续焊 适用于短焊缝产品。
例:管子对接高频感应焊
1—感应圈 2—导磁环 3—焊件 4—间隙
工艺路线:管子对接同轴,接触→感应 圈通电→接头处产生感生电流→电阻热将管 子软化→顶锻力将管子焊合。
5、工艺参数
• 1)温度T 最重要的参数,提供扩散条件,也增 加金属的塑性。在一定范围内提高温度,可以有效 提高焊接速度和接头强度。但不能一味以高温度, 因为会造成材料晶粒粗大甚至熔化,也会降低夹具 的强度、刚度。对于多数金属及合金, T =(0.6~ 0.8)Tm。对于扩散钎焊,T应略高于中间层(钎料) 的熔点。 • 2)压力P 产生金属的塑性变形,为金属键的形 成和原子的扩散提供条件,也可以防止孔洞的产生, 提高接头强度。压力不允许超过焊接温度下材料的 屈服强度。对于扩散钎焊,可适当降低压力。
三、扩散焊的特点
• (6)可焊大截面接头——移动加压。 • (7)接头表面清理和装配要求高,不能有 杂质、污物。 • (8)由于温度低、压力小,所以焊接时间 长,生产率低,某些金属会出现晶粒粗大。 • (9)因需要真空或保护气氛环境,还要自 动控制系统,因此,设备投入大,且工件 大小受到工作空间的限制。
六、扩散焊的应用
• (1)钛合金件的焊接 因其比强度高,耐腐蚀, 广泛用于人造卫星、宇宙飞船、飞机、导弹。 • (2)铝合金件的焊接 重量轻、导热性好,广泛 用于热交换器、冰箱蒸发器、太阳能热水器。 • (3)耐热钢及耐热合金件的焊接 广泛用于燃气 轮机的燃烧室、涡轮发动机叶片。 • (4)陶瓷、石墨、石英等电子工业元件的焊接。
三、扩散焊的特点
• (1)与熔焊相比,焊接时母材不熔化,几乎 可焊各种金属-金属、金属-无机非金属材料。 • (2)与冷压焊相比,因为需要加热,所以不 需要太高的压力,母材宏观变形很小。 • (3)与钎焊相比,接头成分与母材一致(扩 散钎焊除外),性能基本无差异。 • (4)焊接的工艺参数(压力、温度、时间) 容易控制,易于实现自动化。 • (5)在真空环境下或保护气氛下焊接,接头 无污染,不会产生气孔、夹渣等缺陷。
• 变形焊由于不需填料,没有高温,因此: 1、设备简单、节约能源; 2、焊接的主要工艺参数已由模具尺寸确定,故易于操 作和自动化,焊接质量稳定,生产率高,成本低; 3、不用焊剂,接头不会引起腐蚀,没有污染; 4、焊接时接头温度不升高,材料结晶状态不变,特别 适于异种金属和怕升温的金属材料和产品的焊接。 (5)接头变形大,对接接头有凸缘,搭接接头有凹坑 (6)受设备吨位和模具材质的影响,对接接头的材料 硬度和截面不能太高;搭接接头材料厚度不能太大。
一、原理
2、邻近效应:高 频电流在两导体 中彼此反向流动 或在一个往复导 体中流动时,就 会出现电流集中 流动于导体邻近 侧的现象称邻近 效应。
• 高频焊过程及实质藉助高频电流的集肤效应可使 高频电能量集中于工件的表层,而利用邻近效应, 又可控制高频电流流动路线的位置和范围。
二、方法
• 有高频电阻焊和高频感应焊两种:高频电阻焊时, 电流是通过电极触头(又叫接触子)直接接触导入工 件进行焊接的,故又称接触高频焊;而高频感应 焊时.则是通过外部感应线圈的耦合而在工件内 部产生感应电流进行焊接的,电源与工件不发生 直接接触。
三、特点
• (4)电能消耗小 与电阻焊相比,由于电 流的集肤效应,电能集中作用于接头附近, 因此能耗大大降低。 • (5)可焊多种材料 碳钢、合金钢、不锈 钢、铝、铜、钛、镍、锆,可焊异种金属。 • (6)对接头装配精度要求高 尤其是自动 连续焊接时,装配精度差则焊件精度差。 • (7)另外,电源回路的高压、高频电流 对人体和其他设备有伤害,对绝缘要求较 高,需要特殊防护。
特种压力焊
• • • • • 高频焊 扩散焊 冷压焊 爆炸焊 超声波焊等
第一章 高频焊
• 一、原理 • 1、集肤效应:是高频电流倾向于在金属 导体表面流动的现象。
• 集肤效应用电流的透入深度来衡量,其值愈小, 表示集肤效应愈显著。电流的透入深度△与电 流频率f材料的电阻率ρ及磁导率μT有关,其关 系式是:
1—方管多匝 2—圆管多匝
• (4)阻抗器 在管子或筒形件焊接时, 为减小管子内壁无用电流的消耗,在管子 内加阻抗器,即铁磁棒。
六、高频焊工艺
• (1)高频连续焊 适用于长焊缝的产品,如管子 纵缝焊接、管子与螺旋散热片环缝焊接等。
工艺路线:钢带→卷制成 形→前方留出V形开口→电流 由一个触头流经V形开口汇合 点再流入另一个触头产生邻近 效应→电阻热将V形开口边缘 加热熔化或软化(伴有火花) →压辊将边缘挤压焊合。可焊 直径1200mm以下,壁厚15mm 以下的管子。
一、铝热焊原理:Fe2O3+Al→Al2O3
一、铝热焊原理:Fe2O3+Al→Al2O3
二、铝热焊特点与应用
• 1、设备简单,投资省,焊接操作简便,无 需电源,适于野外作业。 • 2、热容量大; • 3、接头平顺性好; • 4、铝热焊方法的缺点是焊缝金属为较粗大 的铸造组织,韧性、塑性较差。
管子高频电阻焊原理
管子高频感应焊原理
感应焊与接触焊相比的优势:
• 1)对管坯接头及表面质量要求 比较低; • 2)不会引起管坯局部失稳变形 及擦伤; • 3)焊管表面光滑,焊道内表面 较平整; • 4) 没有触头材料的消耗,节 约金属; • 5)不存在电极触头开路问题, 功率传输及焊接电流稳定。 • 缺点是无效电流引起的能量 损失较大,使高频电能利用 率和焊接效率大为降低。
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