《材料加工工程》课件：Chapter 11 焊接新技术及相关技术-2015.ppt

1、1焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术第第1111章章 Advanced welding & related Tech 第三讲 金属连接成形工艺2重点重点:1) 激光焊激光焊2) 波控焊接波控焊接3) 搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊4) 机器人焊接机器人焊接5) 热切割和喷涂热切割和喷涂第第1111章章: : 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术Advanced welding & related Tech. 第三讲 金属连接成形工艺3I. I. 高能密束焊接高能密束焊接一、激光焊接一、激光焊接 高高能密束作用于焊接件的连接处能密束作用于焊接件的连接处；光光-热转热转换提供焊接所需的热源；换提供

2、焊接所需的热源；1) 激光束激光束 Light Amplification by StimulatedEmission of Radiation 第第1111章章: : 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术4(1) 激光束性质激光束性质v单色性单色性-for Inspection & Com.v方向性方向性-for Remote laser Processing & Inspectionv高亮度和高能量密度高亮度和高能量密度第第1111章章: : 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术5单色性单色性 单色性常用比值单色性常用比值 / 来表征，其中来表征，其中 和和 是辐射波的中心频率和波

3、长，是辐射波的中心频率和波长， 、是谱是谱 线的线宽线的线宽.原有单色性最好的光源是氪原有单色性最好的光源是氪86灯，其灯，其/ 比值为比值为10-6量量级。级。 激光器发出的全部光辐射只集中在很小的频率范激光器发出的全部光辐射只集中在很小的频率范围内，其单色性很高。因为工作粒子反转和激光振荡围内，其单色性很高。因为工作粒子反转和激光振荡只能发生在数目有限的高低能级之间，只有少数几个只能发生在数目有限的高低能级之间，只有少数几个振荡频率振荡频率(不同的纵模不同的纵模)能维持振荡，并且每个振荡频率能维持振荡，并且每个振荡频率的振荡宽度远比整个荧光谱线宽度小得多。用选模技的振荡宽度远比整个荧光谱线

4、宽度小得多。用选模技术可使激光器实现单频振荡，稳频激光器的输出单色术可使激光器实现单频振荡，稳频激光器的输出单色性性 达到达到10-10-10-13量级，比氪量级，比氪86灯的单色性要高灯的单色性要高几万到几千万倍。几万到几千万倍。 第第11章章: 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术6n减少透镜的色散效应n/，/ ，1Mhz-1GHzn原有单色性最好的氪86灯： /106n选模稳频的激光器： /10101013RedYellowGreenBlueVioletWhite LightLaser BeamMONOCHROMATICLaser Safety Training Laser Inst

5、itute of America 第第11章章: 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术7高方向性高方向性v激光束的方向性好亦即光线的发散度小，激光束的方向性好亦即光线的发散度小，是因为从谐振腔发出的只能是反射镜多次是因为从谐振腔发出的只能是反射镜多次反射后无法显著偏离谐振腔轴线的光波。反射后无法显著偏离谐振腔轴线的光波。v q q 2.24 /D 典型典型 q q 1mrad1mradv方向性越好方向性越好 可传播越长的距离，获得可传播越长的距离，获得越小的焦斑，越高的功率密度。越小的焦斑，越高的功率密度。v工业激光器工业激光器 q q 5 mrad 5 mrad 第第11章章: 焊接新技

6、术及相关技术焊接新技术及相关技术8高亮度高亮度v激光束也和其他光束一样，可以通过凸镜或金属激光束也和其他光束一样，可以通过凸镜或金属反射镜加以聚焦。经聚焦后，可以将激光的巨大反射镜加以聚焦。经聚焦后，可以将激光的巨大能量聚焦到直径为光波波长量级的光斑上，形成能量聚焦到直径为光波波长量级的光斑上，形成极高的能量密度，例如可产生极高的能量密度，例如可产生1061013W/cm2的的功率密度。功率密度。 lBP/SW/cm2.Srl太阳光的亮度：太阳光的亮度：2103 W/cm2.Srl气体激光器的亮度：气体激光器的亮度： 108 W/cm2Srl固体激光器的亮度：固体激光器的亮度： 1011 W/

7、cm2Sr 第第11章章: 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术9 第第1111章章: : 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术10(2) 激光束模式激光束模式 YAG (yttrium aluminum garnet)Solid Laser;CO2 Gas Laser; Fiber Laser etc Pulsed & Continueced横模横模- 沿垂直传播方向的横截面内的光场强沿垂直传播方向的横截面内的光场强 度分布度分布 TEMmn.第11章: 焊接新技术及相关技术11v横模通常用如下符号横模通常用如下符号TEMmnq标记。标记。TEM表示横表示横电磁波，电磁波，m代表光斑

8、在代表光斑在X方向节线的数目，方向节线的数目，n代表代表在在y方向节线的数目，方向节线的数目，q代表在代表在z方向节线的数目，方向节线的数目，由于由于q值很大，一般可省略。如上图其中值很大，一般可省略。如上图其中TEM00表表示在示在X， y方向都没有节线的光斑，称为基横模，方向都没有节线的光斑，称为基横模，简称简称基模基模。除基模以外的横模均称。除基模以外的横模均称高阶横模高阶横模。TEMl0模代表模代表X方向有一节线，方向有一节线，y方向无节线；方向无节线； TEM02模代表模代表X方向无节线，方向无节线，y方向有一节线；方向有一节线；TEM11模代表模代表X，Y方向各有一节线，依此类推，

9、方向各有一节线，依此类推，一般一般 mn均小于均小于10。 第第11章章: 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术12Several TEM modes with Gaussian energy intensity.Laser Beam PatternLaser Beam Pattern 第第1111章章: : 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术132) 2) 激光焊原理激光焊原理(1) 激光传热焊激光传热焊 Energy Density less then 105W/cm2 The same as Fusion Welding. 第第1111章章: : 焊接新技术及相关技术焊接新技术

10、及相关技术14(2) 激光深熔焊激光深熔焊 Energy Density large then 106W/cm2 Key Hole Laser WeldingPenetration/ width=12:1 第第11章章: 焊接新技术及相关技术15v1-laser beamv2-fusion poolv3-key holev4-weld widthFig.13-2 Deep penetration laser Welding 第第11章章: 焊接新技术及相关技术16Kyungson Ki, Pravansu S Mohanty,Jyotirmoy Mazumder 第第11章章:焊接新技术及相关

11、技术17n深熔焊（deep penetration welding） 106107w/cm2 深宽比12：1n特点特点 ： 焊缝深宽比大； HAZ小； 净化作用。 第第11章章: 焊接新技术及相关技术18 第第11章章: 焊接新技术及相关技术19 (1) 能量密度能量密度 激光功率激光功率能量密度能量密度焊接熔深焊接熔深 . For CO2 Gas Laser welding: 焊缝深度焊缝深度(in mm) 激光功率激光功率(in kilowatt)3) 3) 激光焊技术参数激光焊技术参数 第第11章章: 焊接新技术及相关技术20d(P)0.7304不锈钢 第第11章章: 焊接新技术及相关技

12、术21(2) (2) 焦距和离焦量焦距和离焦量v d0f f d0 Energy density But f b0 F: -1-2mm ,or F-1/3 第第11章章: 焊接新技术及相关技术22离焦量及其对焊缝的影响离焦量及其对焊缝的影响 第第11章章: 焊接新技术及相关技术23(3) 焊接速度焊接速度Welding speed weld penetration Match with Power and 第第11章章: 焊接新技术及相关技术24Laser welding film: 第第11章章: 焊接新技术及相关技术25二、电子束焊接二、电子束焊接Electron Beam Welding

13、v利用加速和聚焦的利用加速和聚焦的高能电子束流轰击高能电子束流轰击焊件接缝，将动能焊件接缝，将动能转化为热能，使焊转化为热能，使焊件加热熔化的一种件加热熔化的一种熔化焊方法。熔化焊方法。Electron beam welding principle 第第11章章: 焊接新技术及相关技术261) 电子束焊接原理电子束焊接原理 从电子枪中产生的电子束在从电子枪中产生的电子束在25300kv的的加速电压下加速到加速电压下加速到0.30.7倍的光速，经过倍的光速，经过电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，形成电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，形成的功率密度很高的电子束流得到一个很小的的功率密度很高的电子束

14、流得到一个很小的焦点。焦点。 当电子束流撞击置于真空或非真空的工件当电子束流撞击置于真空或非真空的工件表面时，电子的动能迅速转变为热能，使金表面时，电子的动能迅速转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发，实现焊接过程属迅速熔化和蒸发，实现焊接过程. 第第11章章: 焊接新技术及相关技术27Vacuum EBW system 第第11章章:焊接新技术及相关技术28 第第11章章:焊接新技术及相关技术29 第第11章章:焊接新技术及相关技术302 2）电子束焊接的特征）电子束焊接的特征v 能量密度高能量密度高，电子束焊接时常用的加速电压范围，电子束焊接时常用的加速电压范围 为为30150kV，电子束电流为

15、，电子束电流为20l000mA，电子束，电子束 焦点直径约为焦点直径约为0.11mm，其功率密度可达，其功率密度可达106W cm2以上。以上。焊缝尺寸与位置精确可控焊缝尺寸与位置精确可控; v 由于熔池窄小由于熔池窄小, EBW 焊缝焊缝HAZ窄小窄小;v 焊缝金属具有优良的物理焊缝金属具有优良的物理-力学性能力学性能;v 变形小变形小;v 难焊金属难焊金属,异种金属焊接的有效方法异种金属焊接的有效方法. v 真空条件真空条件 第第11章章:焊接新技术及相关技术31Fig. The longitudinal and transverse macrosections of the weld c

16、losen region in electron beam welding of 150 mm thick steel. 第第11章章:焊接新技术及相关技术32 EBW的真空是理想的纯化焊缝金属的的真空是理想的纯化焊缝金属的惰性保护气氛惰性保护气氛 . 电子束焊控制简单电子束焊控制简单,易于实现焊接过程易于实现焊接过程的全自动化的全自动化. 第第11章章:焊接新技术及相关技术33v真空电子束焊真空电子束焊: 666 10-4Pav低真空电子束焊低真空电子束焊: 1-13Pav非真空非真空: 与氦同时进入大气中焊接与氦同时进入大气中焊接 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术34

17、KL -134 electron beam welding machine with “sliding” gun 第第11章章:焊接新技术及相关技术电子束焊设备35 第第11章章:焊接新技术及相关技术电子束焊设备36 第第11章章:焊接新技术及相关技术电子束焊设备37vEBW 的局限的局限: 设备昂贵设备昂贵; 受真空室尺寸限制受真空室尺寸限制; 抽真空费时抽真空费时; 焊前准备费用大焊前准备费用大; 焊接过程中产生焊接过程中产生X-射线射线; 快速凝固容易导致一些材料的开裂快速凝固容易导致一些材料的开裂;vEBW 缺陷缺陷Undercutting; Porosity;Cracking;Und

18、erfill;Lack of fusion; Shrinkage voids; Missed joints 第第11章章:焊接新技术及相关技术383 3）电子束焊的控制参数）电子束焊的控制参数v电子束电流电子束电流 束流与加速电压一起决定着电子束的功率。在电子束焊接过程中，加速电压往往不变，所以常常要调整电子束流值来满足不同的焊接工艺需要。增加电子束流，熔深和熔宽都会增加。v加速电压加速电压 在电子束焊接中，加速电压的增加可使熔深加大，但加速电压的参数根据电子枪的类型通常选取某一数值不变。在保持其他参数不变的条件下，焊缝横断面深宽比与加速电压成正比。v焊接速度焊接速度 焊接速度太快会使焊缝变窄

19、，熔深减小。 第第11章章:焊接新技术及相关技术39v 聚焦电流聚焦电流 电子束聚焦状态对熔深及焊缝成形影响很大。焦点变小可使焊缝变窄，熔深增加。厚板焊接时，应使焦点位于工件表面以下0.5-0.75mm的熔深处；薄板焊接时，应使焦点位于工件表面。v 工作距离工作距离 工作距离应在设备最佳范围内。工作距离变小时，电子束的斑点直径变小，可增加电子束功率密度。但工作距离过小会造成放电现象，因而在不影响电子枪的稳定工作的前提下，可以采用尽可能短的工作距离。v 对于确定的电子束焊接设备，加速电压一般固定不变，必须时也只做较小的调整。焊接电流和焊接速度是主要调整的工艺参数。热输入与电子束焊接功率成正比，与

20、焊接速度成反比。利用焊接热输入与焊接厚度的对应关系，初步选定焊接工艺参数，经实验修正后方可作为实际使用的焊接工艺参数。此外，还应考虑焊缝横断面、焊缝外形及防止产生焊缝缺陷等因素，综合选择和实验确定焊接工艺参数。 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术404）电子束焊的应用）电子束焊的应用 第第11章章:焊接新技术及相关技术41 第第11章章:焊接新技术及相关技术电子束焊接在汽车行业中的应用电子束焊接在汽车行业中的应用对液压成型的凸轮轴进行电子束焊接，然后研磨在自动无级变速装置中，电子束焊接 行星齿轮和驱动齿轮行星齿轮架和驱动齿轮的焊接电子束焊接的摩托车铸铝轮箍42电子束焊接在铁

21、路交通中的应用电子束焊接在铁路交通中的应用标准铁轨分叉处的电子束焊接在火车铝制部件上的电子束焊接 ，焊深40 mm 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术43 第第11章章:焊接新技术及相关技术电子束焊接在航空航天中的应用电子束焊接在航空航天中的应用卫星燃料箱卫星轨道推进器上用的锥形喷口在火箭上的锥形喷口，调压器或燃料推进器上大量应用电子束焊接技术44 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术45用电子束焊接义肢上的小齿轮或行星齿轮在固定断裂的骨头上使用骨钉，它经过电子束焊接和退火处理可以将各种钻头焊接在柔性曲轴上，然后用于骨头的钻孔电子束焊接在医疗行业中的应用电

22、子束焊接在医疗行业中的应用 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术46铜/钢，焊深30 mm钢，焊深150 mm 铝，焊深40 mm铜， 焊深35 mm 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术47电子束焊接高灵敏部件电子束焊接高灵敏部件高灵敏部件的焊接，例如阀或传感器 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术48 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术用电子束焊接的压铸铝热交换器用电子束焊接的压铸铝热交换器49用电子束焊接汽车减震器，包括用电子束焊接汽车减震器，包括 12条焊缝和条焊缝和电子束蚀刻标记电子束蚀刻标记 第第11章章:焊

23、接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术50 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术51II. 波形控制焊接技术波形控制焊接技术1.1.短路期间波形控制短路期间波形控制 Short circuit waveform control适用于适用于:CO2焊焊和熔化极气体和熔化极气体保护焊保护焊(GMAW) 第第11章章:焊接新技术及相关技术飞溅影片52 2. 表面张力过渡波形控制表面张力过渡波形控制 Surface Tension Transfer (STT) Welding1. The electrode approaches the work piece with the amp

24、s and volts maintaining steady levels.2. As the electrode shorts, the voltage drops dramatically and the amperes begin to rise. The next two steps differentiate conventional GMAW from STT because of STTs precise control of the waveform.3. The electrode has come in contact (shorted) with the work pie

25、ce and is depositing the filler metal. At this point, the voltage is approximately zero, and the amperes have increased immensely.4. The increase in amperes causes the filler metal to separate from the rest of the electrode in a violent and unpredictable manner, producing greater spatter and smoke t

26、han STT.5. After the separation between the weld deposit and the welding wire, the voltage and amperes decrease back to their preset levels.6. Repeats the process as in step one. 第第11章章:焊接新技术及相关技术5354 第第11章章:焊接新技术及相关技术 2. 表面张力过渡波形控制表面张力过渡波形控制 Surface Tension Transfer (STT) WeldingT0-T1. STT produces

27、 a uniform molten ball and maintains it until the “ball” shorts to the puddle.T1-T2. When the “ball” shorts to the puddle, the current is reduced to a low level allowing the molten ball to wet into the puddle.T2-T3. Automatically, a precision PINCH CURRENT waveform is applied to the short. During th

28、is time, special circuitry determines that the short is about to break and reduces the current to avoid the spatter producing “explosion”.T3-T4. STT circuitry re-establishes the welding arc at a low current level.T5-T7. STT circuitry senses that the arc is re-stablished, and automatically appliesPEA

29、K CURRENT, which sets the proper arc length. Following PEAK CURRENT,internal circuitry automatically switches to the BACKGROUND CURRENT,which serves as a fine heat control.BACKGROUNDCURRENTPINCHCURRENTPEAKCURRENTTAIL-OUTSPEED55vSTT,源于美国林肯公司源于美国林肯公司,利用波形控制利用波形控制技术在整个焊接过程中精确而迅速地技术在整个焊接过程中精确而迅速地控制焊接电流控

30、制焊接电流.独特的技术既不是恒流独特的技术既不是恒流也不是恒压也不是恒压.而是电源根据电弧的瞬时而是电源根据电弧的瞬时热需求自动调整焊接电流热需求自动调整焊接电流. 第第11章章:焊接新技术及相关技术56STT 方法的优点方法的优点vSTT方法采用了具有波形控制的高频逆变技术方法采用了具有波形控制的高频逆变技术改进了改进了MIG的短路过渡工艺能够得到高质量的短路过渡工艺能够得到高质量的焊缝且减少了烟尘和飞溅的焊缝且减少了烟尘和飞溅.vSTT方法克服了其他工艺的问题且利用了其优方法克服了其他工艺的问题且利用了其优点点.v可能比可能比GTAW的打底焊的效率提高的打底焊的效率提高3-4倍倍,具有具有

31、低的热输出和熔透率高低的热输出和熔透率高. 第第11章章:焊接新技术及相关技术57 第第11章章:焊接新技术及相关技术58 第第11章章:焊接新技术及相关技术59 第第11章章:焊接新技术及相关技术60v 搅拌摩擦焊（搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding），简称，简称FSW是基于摩擦焊技术的基本原理，由英国焊接研究所是基于摩擦焊技术的基本原理，由英国焊接研究所（TWITWI）于）于19911991年发明的一种新型固相连接技术。年发明的一种新型固相连接技术。与常规摩擦焊相比，其不受轴类零件的限制，可进与常规摩擦焊相比，其不受轴类零件的限制，可进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊

32、接。被誉为行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。被誉为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术继激光焊后又一次革命性的焊接技术”。. .搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术61与传统的熔化焊方法相比与传统的熔化焊方法相比: :v生产成本低生产成本低。 不用填充材料，也不用保护气体；厚焊不用填充材料，也不用保护气体；厚焊件边缘不用加工坡口；不必进行去除氧化膜处理（只需要件边缘不用加工坡口；不必进行去除氧化膜处理（只需要去除油污即可）；不苛求装配精度，也不需要事先打底焊去除油污即可）；不苛求装配精度，也不需要事先打底焊。v接头质量高接头质量高。 可以得到等强度接头

33、，塑性降低很少甚可以得到等强度接头，塑性降低很少甚者不降低；属于固态焊接，接头是在塑性状态下受挤压完者不降低；属于固态焊接，接头是在塑性状态下受挤压完成的，避免了熔焊时熔池凝固过程中产生裂纹、气孔等缺成的，避免了熔焊时熔池凝固过程中产生裂纹、气孔等缺陷；解决了熔焊方法不能焊接的一些铝合金的高质量连接陷；解决了熔焊方法不能焊接的一些铝合金的高质量连接问题，如对航天领域中裂纹敏感性强的高强铝合金的焊接问题，如对航天领域中裂纹敏感性强的高强铝合金的焊接。8.3.8.3.搅拌摩擦搅拌摩擦焊焊 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术v安全环保型的连接技术安全环保型的连接技术。 整个焊接过

34、程中无熔化、无整个焊接过程中无熔化、无飞溅、无烟尘、无辐射、无噪声、无污染等有害物质。飞溅、无烟尘、无辐射、无噪声、无污染等有害物质。v广泛的工艺适用性广泛的工艺适用性。 不受是否轴类零件的限制，可实现不受是否轴类零件的限制，可实现多种形式，不同位置的焊接，可进行平板的对接和搭接，可焊接直焊多种形式，不同位置的焊接，可进行平板的对接和搭接，可焊接直焊缝、角焊缝及环焊缝，可进行大型框架结构、大型筒体制造及大型平缝、角焊缝及环焊缝，可进行大型框架结构、大型筒体制造及大型平板对接等。由于不受重力的影响，可以进行仰焊。板对接等。由于不受重力的影响，可以进行仰焊。v便于机械化、自动化操作。质量比较稳定便

35、于机械化、自动化操作。质量比较稳定，重复性高。，重复性高。 v焊接后结构的残余应力和变形小，更适合焊接后结构的残余应力和变形小，更适合于薄板焊接于薄板焊接。搅拌摩擦焊焊接过程中加热温度低，焊接不易搅拌摩擦焊焊接过程中加热温度低，焊接不易变形，这对较薄铝合金结构（如船舱板、小板拼成大板）的焊接极为变形，这对较薄铝合金结构（如船舱板、小板拼成大板）的焊接极为有利。有利。62631. 1. 搅拌摩擦焊焊接原理搅拌摩擦焊焊接原理8.3.8.3.搅拌摩擦搅拌摩擦焊焊 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术搅拌摩擦焊接过程示意图搅拌摩擦焊接过程示意图 648.3.8.3.搅拌摩擦搅拌摩擦焊

36、焊 搅拌焊头边旋转边沿着接缝与焊件作相对运动，搅拌焊头前面的材料发生强烈的塑性变形。随着搅拌焊头向前移动，前沿高度塑性变形的材料被挤压到搅拌焊头的背后。在搅拌头轴肩与焊件表层摩擦产热和锻压共同作用下，形成致密的固相连接接头。 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术v分为四个区域：分为四个区域：v A区为母材区在最外边，无热影响也无变形的影响；区为母材区在最外边，无热影响也无变形的影响；v B区为热影响区，没有受到变形的影响，但受到了从焊接区为热影响区，没有受到变形的影响，但受到了从焊接区传导过来的热量影响；区传导过来的热量影响；v C区为变形热影响区，该区受到了塑性变形的影响，

37、也受区为变形热影响区，该区受到了塑性变形的影响，也受到了焊接温度的影响；到了焊接温度的影响；v D区为焊核，是两块焊件的共有部分区为焊核，是两块焊件的共有部分.65搅拌摩擦焊焊缝组织搅拌摩擦焊焊缝组织2. 搅拌摩擦焊的技术接参数搅拌摩擦焊的技术接参数2.1 搅拌摩擦焊接头形式搅拌摩擦焊接头形式6667 2. 2. 搅拌摩擦焊的技术接参数搅拌摩擦焊的技术接参数2.2 2.2 焊接参数焊接参数v 搅拌摩擦焊接参数主要包括焊接速度（搅拌焊头沿搅拌摩擦焊接参数主要包括焊接速度（搅拌焊头沿焊缝方向的行走速度）、搅拌焊头转速、焊接压力焊缝方向的行走速度）、搅拌焊头转速、焊接压力、搅拌头倾角、搅拌头插入速度

38、和保持时间等。、搅拌头倾角、搅拌头插入速度和保持时间等。v 焊接速度一定，焊接搅拌头旋转速度提高，焊核区焊接速度一定，焊接搅拌头旋转速度提高，焊核区越来越大，层状结构更加稳定，接头性能更好。越来越大，层状结构更加稳定，接头性能更好。v 搅拌头旋转速度一定，随着焊接速度减小，焊件两搅拌头旋转速度一定，随着焊接速度减小，焊件两侧的材料流动更加均匀，接头外形更好。侧的材料流动更加均匀，接头外形更好。8.3.8.3.搅拌摩擦搅拌摩擦焊焊 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术v(1)焊接速度焊接速度V v从焊接热输入可知，当转速为定值且焊接速度较从焊接热输入可知，当转速为定值且焊接速度

39、较低时，搅拌头低时，搅拌头/焊件界面的整体摩擦热输入较高。焊件界面的整体摩擦热输入较高。如果焊接速度过高，使塑性软化材料填充搅拌针如果焊接速度过高，使塑性软化材料填充搅拌针行走所形成的空腔的能力变弱，软化材料填充空行走所形成的空腔的能力变弱，软化材料填充空腔能力不足，焊缝内容易形成一条狭长且平行于腔能力不足，焊缝内容易形成一条狭长且平行于焊接方向的隧道沟，导致接头强度降低。焊接方向的隧道沟，导致接头强度降低。 6869a) DP 980, 1200 rev min-1, 3.3 mm s-1; b) DP 980, 1200 rev min-1, 17.0 mm s-1Weld zone in

40、 DP 980Material C Mn P S Si Cr DP 980 0.150 1.440 0.011 0.007 0.320 0.020焊接速度对焊接速度对显微组织的显微组织的影响影响 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术a.大量马氏体b.马氏体和大块贝氏体或魏氏体第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术v(2)搅拌头转速搅拌头转速n v旋转速度较低时，焊接热输入较低，搅拌头前后旋转速度较低时，焊接热输入较低，搅拌头前后不能形成足够的软化材料填充搅拌头后方所形成不能形成足够的软化材料填充搅拌头后方所形成的空腔，焊缝内易形成孔洞缺陷或搅拌头的后边的空腔，

41、焊缝内易形成孔洞缺陷或搅拌头的后边有一条沟槽，不能形成良好的焊缝，从而弱化接有一条沟槽，不能形成良好的焊缝，从而弱化接头强度。头强度。v在一定范围内随着搅拌头转速的提高，焊接峰值在一定范围内随着搅拌头转速的提高，焊接峰值温度升高，热输入增加，有利于提高软化材料填温度升高，热输入增加，有利于提高软化材料填充空腔的能力，避免接头内缺陷的形成，充空腔的能力，避免接头内缺陷的形成，v当转速提高到一定值时，焊缝外观良好，内部孔当转速提高到一定值时，焊缝外观良好，内部孔洞也逐渐消失。洞也逐渐消失。707126mm,母材2.0mm, 400rev min-110.0 mm, 800rev min-1Fe0.

42、016C0.48Si0.49Mn0.023P0.001S17.78Ni19.82Cr6.13Mo0.20N0.63Cu旋转速度对显微组织的影响 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术72 a) DP 590, 800 rev min-1; b) DP 590, 1200 rev min-1Micrographs of weld zone for two different tool speeds: feedrate was same in both cases (17 mm s-1); magnification was 2500 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及

43、相关技术a) a large amount of primary ferrite with grain boundary carbides and bainite.b)martensite, primary ferrite, and possibly other low transformation temperature products such as bainite.v（3）焊接压力）焊接压力P v 搅拌头与被焊焊件表面之间的接触状态对焊缝的成形也有搅拌头与被焊焊件表面之间的接触状态对焊缝的成形也有较大的影响。当压紧力不足时，表面热塑性金属较大的影响。当压紧力不足时，表面热塑性金属“上浮

44、上浮”，溢出焊接表面，焊缝底部在冷却后会由于金属的，溢出焊接表面，焊缝底部在冷却后会由于金属的“上浮上浮”而形成孔洞。而形成孔洞。v 当压紧力过大时，轴肩与焊件表面摩擦力增大，摩擦热将当压紧力过大时，轴肩与焊件表面摩擦力增大，摩擦热将使轴肩发生使轴肩发生“粘头粘头”现象，使焊缝表面出现飞边、毛刺等现象，使焊缝表面出现飞边、毛刺等缺陷。缺陷。v 搅拌摩擦焊压力适中时，焊核呈规则椭圆状，接头区域有搅拌摩擦焊压力适中时，焊核呈规则椭圆状，接头区域有明显分区，焊缝底部完全焊透。焊接时搅拌针首先从前面明显分区，焊缝底部完全焊透。焊接时搅拌针首先从前面带动材料往回撤面旋转，经过回撤面侧一次或多次旋转后带动

45、材料往回撤面旋转，经过回撤面侧一次或多次旋转后沉积。沉积。73v（4）搅拌头倾角）搅拌头倾角v搅拌头倾角是指搅拌头与焊接工件法线的夹角，搅拌头倾角是指搅拌头与焊接工件法线的夹角，表示搅拌头向后倾斜的程度，搅拌头向后倾斜的表示搅拌头向后倾斜的程度，搅拌头向后倾斜的目的是对焊缝施加压力。目的是对焊缝施加压力。v倾角主要是通过改变接头致密性、软化材料填充倾角主要是通过改变接头致密性、软化材料填充能力、热循环和残余应力来影响接头性能。倾角能力、热循环和残余应力来影响接头性能。倾角较小，则轴肩压入量不足，轴肩下方软化材料填较小，则轴肩压入量不足，轴肩下方软化材料填充空腔的能力较弱，焊核区充空腔的能力较弱

46、，焊核区/热热-机影响区界面处机影响区界面处易形成孔洞缺陷，导致焊接接头强度降低。倾角易形成孔洞缺陷，导致焊接接头强度降低。倾角增大，则搅拌头轴肩与焊件的摩擦力增大，焊接增大，则搅拌头轴肩与焊件的摩擦力增大，焊接热作用程度增大。热作用程度增大。74v（5）搅拌头插入速度和保持时间）搅拌头插入速度和保持时间v搅拌摩擦焊接过程起始插入速度不可过快，否则搅拌摩擦焊接过程起始插入速度不可过快，否则容易造成搅拌头折损。但过慢则造成生产率低下容易造成搅拌头折损。但过慢则造成生产率低下。选择适当的插入速度非常重要。插入速度的快。选择适当的插入速度非常重要。插入速度的快慢最终决定焊接起始阶段预热温度是否足够，

47、以慢最终决定焊接起始阶段预热温度是否足够，以便产生足够的塑性变形和流体流动。而保持时间便产生足够的塑性变形和流体流动。而保持时间一般为一般为1015s,过短则产生塑性材料不足，过长容过短则产生塑性材料不足，过长容易造成局部过热和生产率的下降。易造成局部过热和生产率的下降。v搅拌头的形状直接决定了搅拌摩擦焊过程的产热搅拌头的形状直接决定了搅拌摩擦焊过程的产热及焊缝金属的塑性流动，最终影响焊缝的成形及及焊缝金属的塑性流动，最终影响焊缝的成形及焊缝性能。焊缝性能。7576v3.3.搅拌摩擦焊焊头搅拌摩擦焊焊头 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术774 4搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊

48、的应用8.3.8.3.搅拌摩擦搅拌摩擦焊焊 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术784 4搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊的应用8.3.8.3.搅拌摩擦搅拌摩擦焊焊 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术79 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术80搅拌摩擦焊视频 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术81 机器人焊接技术机器人焊接技术 Robot welding v 焊接机器人焊接机器人 Welding robotv工业机器人被认为是焊接自动化最有前途工业机器人被认为是焊接自动化最有前途的工具的工具.v焊接机器人在制造业中获得广泛

49、的使用焊接机器人在制造业中获得广泛的使用.v它是柔性制造技术它是柔性制造技术;v高质量的焊接性能高质量的焊接性能;v极大改善劳动条件极大改善劳动条件. 第第11章章:焊接新技术及相关技术82 Robot welding 1) 1) 点焊机器人点焊机器人 Spot welding robots广泛应用于汽车制造等行业。汽车焊点广泛应用于汽车制造等行业。汽车焊点4000-5000点。点。在生产线上，通过传感器将车型信息通知机器在生产线上，通过传感器将车型信息通知机器人的控制器，选择预存的程序执行任务。人的控制器，选择预存的程序执行任务。可将机器人系统与可将机器人系统与CAD/CAM技术结合，大大提

50、技术结合，大大提高生产效率。高生产效率。 第第11章章:焊接新技术及相关技术83v2) 弧焊机器人弧焊机器人 Arc welding robotsv弧焊是工业中机器人应用最广泛的领域之弧焊是工业中机器人应用最广泛的领域之一一. vMIG焊机器人起始于焊机器人起始于 1970s.v系统由系统由6部分组成部分组成:焊枪焊枪;液压驱动的夹紧装液压驱动的夹紧装置置;自驱动的机械装置自驱动的机械装置;集成控制器集成控制器;焊接电焊接电源源. 第第11章章:焊接新技术及相关技术84 第第11章章: 焊接新技术及相关技术8586v弧焊机器人顺序控制弧焊机器人顺序控制v使用焊接顺序控制来决定不同焊缝的焊接顺序