现代焊接技术

现代焊接方法分类的依据：母材是否熔化：液相连接：母材熔化；

固相连接：母材不熔化。（钎焊：固-液相接）固相连接：压力焊：塑性变形（主因）。<压力大，焊接时间短>；

扩散连接：界面扩散（主因）。<压力小，高温，焊接时间长>。

激光焊特性：1、单色性（高能量）；2、方向性（高能量密度）；3、相干性（高能量密度）。激光焊的两种类型：

传热焊（薄板）：ρp<10^6w/cm2 液态熔池：半球形，液态金属环流。焊缝成形：H/B不大，焊接变形大；

匙孔焊（厚板）：ρp>10^6w/cm2，液态熔池：匙孔状；液态金属不规则波动。焊缝成形：H/B 大，焊缝变形小。

激光焊匙孔焊（深熔焊）原理

1、高能量密度激光照射工件，母材熔化并汽化，形成金属蒸汽。

2、金属蒸汽的反作用力使液态熔池凹陷。

3、由于光壁聚焦效应，激光深入熔池内部，形成匙孔。

4、当金属蒸汽的反作用力使液态金属表面张力和重力平衡时，匙孔稳定。

5、当工件移动时，液态金属凝固形成焊缝。

激光焊中的等离子体

形成原因：金属蒸汽和保护气体：吸收激光，产生电离，形成等离子体。

危害：1、在熔池上方吸收激光，对熔池形成屏蔽；2、对激光形成散射，形成图顶状焊缝。防止措施：1、对于熔池上方通惰性气体；2、对熔池上方通低温气体；

3、采用高频脉冲激光焊；

4、采用短波长激光。

激光器组成：工作介质，激励源，光子谐振腔。

激光的产生原理：

1、受激辐射：高能级粒子受到光子作用，向低能级跃迁，并发射出于入社光子相同的光子的过程。

2、工作物质：激光活性物质：合适的能级及适当的激励。

3、粒子的反转：平衡态时，高能级粒子数少于低能级粒子数；

反转态时，高能级粒子书多余低能级粒子数。

原理：在外界激励作用下，工作物质产生粒子数反转，高能级粒子发生受激辐射，在光学谐振腔的作用下，产生大量的固态受激辐射光子，耦合形成激光。

光学谐振腔的作用：1、提供正反转，保证产生大量固态受激辐射光子；2、耦合输出激光；

3、保证激光单色性和方向性。

激光器的分类：气体激光器和固体激光器

透射式（固体激光器）和反射式（co2气体激光器）

Cu和Si为什么能做反光材料？

Cu：对co2激光反射率高；破坏阀值高；不易抛光，成本高；

Si：对co2激光反射率低（镀银）；破坏阀值低（激光功率小）；热稳定性好，热变形小，易抛光。

熔池的行为特征：熔池含高流动波动

1、熔深周期性变化；

2、形成层状结构；

3、焊根部形成细晶；

4、易形成气孔。

为什么激光焊不容易形成热裂纹？

热裂纹敏感度不高：1、凝固速度快，S、P不易偏析；

2、激光净化效应，降低焊缝S、p含量；

3、形成相变压应力。

离焦量F：工件上表面与激光焦表面的距离。正离焦量（F>0）；负离焦量（F<0）

薄板：正离焦量厚板：负离焦量

电子束焊原理：

1、给阴极通电流，阴极被加热产生电子；

2、在阴极和阳极之间加强电场，使电子加速，具有高能量（加速电压）；

3、电子经静透镜和磁透镜两次聚焦，具有高能量密度；

4、光电子束轰击工件，材料熔化并蒸发，金属蒸气的反作用力使液态熔池凹陷；

5、当金属蒸汽的反作用力、液态金属的重力表面张力平衡时，形成稳定匙孔。

6、液态金属凝固形成焊缝。

电子束焊的特点

1. 高能量密度，焊缝密度比大

2.热变形，焊缝强度高

3.可控性好，控制响应快

4.材料的运用广

5.工件尺寸，形状受真空的限制6发生x射线，严加防护

7电子束受磁力干扰8对对中调整要求高

电子枪（核心）作用：阴极产生加速阴阳极间强电场聚焦电子束（静透镜：栅极；磁透镜）磁偏转线圈——1、电子束偏转2、电子枪偏转3、工件偏转

避免措施金属蒸汽进入电子枪：1、电子散射，能量降低；2、高压击穿（最怕发生）。

真空系统：低真空（10~1pa）：机械泵

高真空（10^-1~10^-3pa）：机械泵+扩散泵分子泵

接头设计

焊缝可达性好：1、有足够宽度允许电子束通过；2、工件处于电子束工作距离之内；3、电子束工作距离内无干扰磁场。

电子束焊工艺参数：1、加速电压Ua；2、束流Ib；3、焊接速度v；4、聚焦电流If；

5、工作距离d——聚焦。

电子束焊的特有缺陷

1、熔深不均匀：改变方法：1、变焦点焊；

2、增大匙孔；

3、电子束扫描；

4、散焦适度

2、焊缝偏离干扰磁场——退磁把它放到交变磁场中；温度加热到居里点以上

等离子弧形成原理

1、将钨极内缩在压缩喷嘴内，迫使电弧只能由压缩喷嘴中释放出来；

2、在钨极与压缩喷嘴间通李子奇，对钨极高频激发产生电子；

3、电子与离子气分子碰撞，形成带电粒子，带电粒子与电子、离子气分子形成反复碰撞；

4、离子气分子产生“雪崩”式电离，形成等离子弧。

等离子弧是压缩电弧。三个压缩作用：1、机械压缩：前提条件；2、热压缩：本质因素；

3、电磁压缩：附加作用。

不同：能量密度：10^6w/cm2；电弧形态：柱状；热量来源：弧柱区的等离子体；

电弧静特性：电弧电压高。

等离子弧的类型：非转移弧（ρp较低）；

转移弧（ρp高）1、先正极接压缩喷嘴，非转移弧；2、将正极转移到工件上，非转移弧熄灭，转移弧形成；

联合弧：先正极接压缩喷嘴，非转移弧；2、将正极转到工件上，联合弧形成。

等离子弧焊电源接法：直流正接（W极——阴极负极熔深大，好）；

直流反接（W极接正极，工件接负极不好）破坏氧化膜，钨极烧损严重，熔深小。