1、1上节课内容回顾上节课内容回顾CO2CO2焊短路过渡焊短路过渡短路过渡焊接参数选择短路过渡焊接参数选择 电压、电流、极性、焊接回路电感电压、电流、极性、焊接回路电感短路过渡飞溅特点及控制短路过渡飞溅特点及控制 短路爆断与能量积累短路爆断与能量积累 影响飞溅的因素影响飞溅的因素 控制飞溅控制飞溅熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊 气体的选择气体的选择: :单一、混合单一、混合 熔滴过渡方式：喷射过渡熔滴过渡方式：喷射过渡 射滴、射流、旋转射流、亚射流射滴、射流、旋转射流、亚射流埋弧焊埋弧焊 特点、焊剂、渣壁过渡特点、焊剂、渣壁过渡第第10章章 金属连接成形的主要工艺金属连接成形的主要工艺 21.1
2、.原理原理What is GTAW: 惰性气体惰性气体 W 电极电极 (Tungsten/Wolfram) 非熔化极电弧焊非熔化极电弧焊 第10章: 金属连接成形的主要工艺 （六）非熔化极气体保护焊（六）非熔化极气体保护焊( (Gas Tungsten Arc welding) ) 32.2.特点特点（1 1）电弧特性）电弧特性1）氩气电离电位高，引弧困难；采用高频或短路提升引弧；2）氩气热导率低，比热容小，能很好保持弧柱温度，电弧长度稳定，电弧引燃后，有良好的稳定性；（2 2）工艺特性）工艺特性1）保护效果好 ( inert gas )2）热影响区小 (HAZ) 3）飞溅小 第10章: 金属
3、连接成形的主要工艺 4）工艺过程稳定 5）焊缝成形美观43.3.应用应用几乎所有工业用材料几乎所有工业用材料: Al、Ti 及其合金及其合金 不锈钢等不锈钢等.4.4.方法方法 手工和自动手工和自动TIG, 脉冲电流脉冲电流TIG, 热丝热丝 TIG, TIG 点焊等点焊等. 第10章: 金属连接成形的主要工艺 55.5.电极电极(Tungsten)(Tungsten)功能:1)电弧的一极传输能量2)发射电子材料:1)WTh（thorium）Uw 电电子发射子发射 ， 辐射辐射 2)WCe（cerium） Uw 电子发射电子发射 并低辐射并低辐射第10章: 金属连接成形的主要工艺 钨极成分钨极
4、成分WW-CeW-BaW-ThW-Zr逸出功（eV）4.541.361.562.633.146（1) 1) 直流反接直流反接D.C.R.P. electrode (+) 有工件清理效应有工件清理效应;但允但允许电流许电流 ，通常不使用，通常不使用.6.6.电流和极性电流和极性第10章: 金属连接成形的主要工艺 7（2 2）直流正接）直流正接D.C.S.P. D.C.S.P. electrode ()允许电流允许电流 电流电流 ，用于除，用于除Al, Mg及及其合金以外的所有金属其合金以外的所有金属.（3 3）交流）交流A.C. A.C. electrode(+/) half cycle (+)
5、 D.C.R.P. 清理效应；清理效应； () D.C.S.P. 冷却电极冷却电极用于用于Al, Mg 及其合金及其合金.第10章: 金属连接成形的主要工艺 8（4 4）工艺参数选择）工艺参数选择1) 电流和电极电流和电极AC or DC (RP or SP)diameter and tip figure2) 保护气体和喷嘴直径保护气体和喷嘴直径3) 喷嘴高度喷嘴高度,电弧长度和电压电弧长度和电压4) 焊接速度焊接速度第12章: 金属连接成形的主要工艺 97.7.热丝热丝 GTAWGTAW第10章: 金属连接成形的主要工艺 1010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 Ad
6、vanced welding & related Tech 第四篇 金属连接成形工艺重点重点: 1) 高能密度束：激光焊、高能密度束：激光焊、电子束电子束2) 波控焊接：波控焊接：STT3) 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11 第第11章章: 焊接新技术及相关技术一、高能密度束焊接一、高能密度束焊接1212 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 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-热热转转换提供焊接所需的热源；换提供焊接所需的热源；Laser：Light Amplification by St
7、imulated Emission of Radiation（一）激光焊接（一）激光焊接LASER的新意义的新意义： L Lots of AAdvantages for SSound EEconomic RReturns 1313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（一）激光焊接（一）激光焊接Laser BeamPlasmaKeyholeWeld pool 激光焊特点激光焊特点： 加热集中加热集中 焊接变形小焊接变形小 焊后加工量小焊后加工量小 自动化柔性焊接自动化柔性焊接 生产效率高生产效率高激光焊是利用高能量密度的激光束作为热源的的一种激光焊是利用高能量密度的激
8、光束作为热源的的一种高效精密焊接方法。高效精密焊接方法。14141.1.激光束的产生及基本特性激光束的产生及基本特性（1）激光束的产生）激光束的产生第第1111章章: : 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术受激辐射是激光产生的主要物理基础。处于高能级E2的粒子受到频率v=(E2-E1)/h的外来光子的激励，从E2跃迁到E1上去，并发出一个和外来光子完全相同的光子。工作物质工作物质：产生激光的物质激励源激励源：提供能量激励工作物质谐振腔谐振腔： 选模，光发大1515（2 2）激光束的特性）激光束的特性第第1111章章: : 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术v方向性强方向性强l近似平
9、行传播，远距离传输而不显著扩散近似平行传播，远距离传输而不显著扩散v亮度高亮度高l亮度单位发光面积向单位立体角上发散的功率亮度单位发光面积向单位立体角上发散的功率l激光是目前世界上最亮的光源激光是目前世界上最亮的光源v单色性好单色性好l单色性：光源所发出的光所包括的频率范围单色性：光源所发出的光所包括的频率范围l世界上单色性最好的光源世界上单色性最好的光源l聚焦时没有色差聚焦时没有色差16（2 2）激光束的特性）激光束的特性第第1111章章: : 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术v 激光束经聚焦后，可以将激光的巨大能量聚焦到直径为光激光束经聚焦后，可以将激光的巨大能量聚焦到直径为光波波
10、长量级的光斑上，形成极高的能量密度，可产生波波长量级的光斑上，形成极高的能量密度，可产生1061013W/cm2的功率密度。的功率密度。BP/SW/cm2.Sr太阳光的亮度：太阳光的亮度：2103 W/cm2.Sr气体激光器的亮度：气体激光器的亮度：108 W/cm2Sr固体激光器的亮度：固体激光器的亮度：1011 W/cm2Sr方向性单色性高亮度很小面积的光斑上聚集很高的功率理想的加工热源17（3 3）激光的描述参数）激光的描述参数第第1111章章: : 焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术v激光波长：激光波长：热加工激光波长一般在红外波段热加工激光波长一般在红外波段v激光功率：激光功率
11、：一般指激光器的出光功率一般指激光器的出光功率v光束发散角：光束发散角：很小，一般为很小，一般为mradv光斑大小：光斑大小：光强降为中心强度的光强降为中心强度的1/e2时的半径时的半径v激光模式：激光模式：l纵模：激光沿光轴的纵向分布规律，反映激纵模：激光沿光轴的纵向分布规律，反映激光频率特性光频率特性l横模：激光沿光轴的横向分布规律横模：激光沿光轴的横向分布规律1818（4 4）激光束模式）激光束模式横模横模- 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.v横模通常用如下符号横模通常用如下符号TEMmnq标记。标记。TEM表示横电表示横电磁波
12、，磁波，m代表光斑在代表光斑在X方向节线的数目，方向节线的数目，n代表在代表在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，由于方向节线的数目，由于q值很大，一般可省略。如值很大，一般可省略。如TEM00表示在表示在X， y方向方向都没有节线的光斑，称为基横模，简称都没有节线的光斑，称为基横模，简称基模基模。除基。除基模以外的横模均称模以外的横模均称高阶横模高阶横模。TEMl0模代表模代表X方向方向有一节线，有一节线，y方向无节线；方向无节线； TEM02模代表模代表X方向无方向无节线，节线，y方向有一节线；方向有一节线；TEM11模代表模代表X，Y方向各方向各有一节线，依
13、此类推，一般有一节线，依此类推，一般 mn均小于均小于10。 第11章: 焊接新技术及相关技术1919Several 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20202.2.激光加工工艺激光加工工艺 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 激光聚焦功率密度在102W/mm2时，作用于金属表面，主要产生温升相变现象，用作激光相变硬化； 激光聚焦功率密度在102104W/mm2的范围时，金属材料
14、除了产生温升、熔化现象之外，主要是气化，同时还存在激波和骇波，用于熔化、焊接、合金化和熔敷。 激光作用时间在10-6s，聚焦功率密度增加到109W/mm2时，除了产生上述现象外，金属内热压缩激波和金属表面上产生的骇波冲击效应为主要现象，主要用于冲击硬化。21212.2.激光加工工艺激光加工工艺 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22222.2.激光加工工艺激光加工工艺 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（1 1）激光表面加工）激光表面加工2323（2 2）激光焊）激光焊1 1）激光传热焊）激光传热焊 第第1111章章: : 焊接新技术
15、及相关技术焊接新技术及相关技术 功率密度106 W/cm2时，金属表面被激光迅速加热升高到沸点，使金属熔化和汽化。通过热传导方式将热能传向金属内部。汽化汽化反冲压力反冲压力凹陷凹陷加加深深深熔焊深熔焊熔化金属的重力和表面张力熔化金属的重力和表面张力有使小孔弥合的趋势，而连有使小孔弥合的趋势，而连续产生的金属蒸汽则力图维续产生的金属蒸汽则力图维持小孔的存在。持小孔的存在。2525Kyungson Ki, Pravansu S Mohanty,Jyotirmoy Mazumder 第第11章章:焊接新技术及相关技术2626特点特点 焊缝深宽比大：深宽比12：1；HAZ小；净化作用：CO2激光焊接时
16、，有害元素减少或夹杂物减少的现象。对于波长为10.6微米的CO2激光，非金属的吸收率远远大于金属。壁聚焦效应。 第第11章章: 焊接新技术及相关技术2727 1) 1) 能量密度能量密度 激光功率能量密度焊接熔深 . For CO2 Gas Laser welding: 焊缝深度(in mm) 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2828d(P)0.7304不锈钢 第第11章章: 焊接新技术及相关技术29292) 2) 焦距和离焦量焦距和离焦量v d0f f d0 Energy density But f b0 F:
17、-1-2mm ,or F-1/3 第第11章章: 焊接新技术及相关技术3030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31313) 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32上节课内容回顾上节课内容回顾TIGTIG焊焊 搭桥过渡搭桥过渡 极性：正接、反接、交流、变极性极性：正接、反接、交流、变极性高能密度束焊接高能密度束焊接 激光焊激光焊 激光的产生：物理基础和谐振腔激光的产生：物理基础和谐振腔 激光加工激光加工 表面改性表面改性
18、 激光焊接：热传导焊、深熔焊激光焊接：热传导焊、深熔焊 净化效应净化效应 自聚焦效应自聚焦效应 激光加工工艺参数：激光加工工艺参数：D D，f f，v v第第10章章 金属连接成形的主要工艺金属连接成形的主要工艺 3333（二）电子束焊接（二）电子束焊接Electron Beam Weldingv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3434（1 1）
19、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3535Vacu
20、um EBW system 第第11章章:焊接新技术及相关技术1、阴极2、聚束极3、阳极4、光学观察系统5、聚焦磁透镜6、偏转磁透镜7、焊接工件8、枪室真空系统9、焊室真空系统10、隔离阀偏压栅极的控制和聚束作用下形成一束电子从阳极孔中穿过3636（2 2）电子束焊接的特征）电子束焊接的特征 第第11章章:焊接新技术及相关技术 焊接时不需要填充焊丝或其他材料； 超精密焊接，焊接深度可在0.05100mm范围内精确控制； 焊缝深宽比大，中压焊机可达25:1以上，高压焊机可达到60:1以上；热影响区小，使焊后工件变形小； 可进行数控精密焊接，能焊接复杂几何形状； 焊后不需要进行焊缝表面处理和加工，
21、大大减少机加工工作量； 焊接速度快，效率高，特别适合大批量生产； 可焊接各种金属，包括不同种金属和难熔金属； 由于焊接是在真空中进行，还可采用扫描搅拌焊接，因而有利于焊接过程中气体杂质的排出，且焊缝表面光亮美观、无氧化现象。 3737Fig. The longitudinal and transverse macrosections of the weld closen 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3838v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
22、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（2 2）电子束焊机类型）电子束焊机类型3939KL -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4040vEBW 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;
23、vEBW 缺陷缺陷Undercutting; Porosity;Cracking;Underfill;Lack of fusion; Shrinkage voids; Missed joints 第第11章章:焊接新技术及相关技术4141（3 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
24、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，熔深减小。 第第11章章:焊接新技术及相关技术4242v 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
25、，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43 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44444）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4545 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
26、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4646电子束焊接在铁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4747 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4848 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关
27、技术4949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5050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5151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5252 第第11章章:焊接新技术及相关技术焊接新技术
28、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5353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:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术5454 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5555二、二、 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 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)
29、Welding 第第11章章:焊接新技术及相关技术5757 第第11章章:焊接新技术及相关技术 2. 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) WeldingBACKGROUNDCURRENTPINCHCURRENTPEAKCURRENTTAIL-OUTSPEED5858 第第11章章:焊接新技术及相关技术T0-T1.STT produces a uniform molten ball and maintains it until the “ball” shorts to the puddle.5959 第第11章章:焊接新技
30、术及相关技术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.6060 第第11章章:焊接新技术及相关技术T2-T3. Automatically, a precision PINCH CURRENT waveform is applied to the short. During this time, special circuitry determines that the shor
31、t is about to break and reduces the current to avoid the spatter producing “explosion”.6161 第第11章章:焊接新技术及相关技术T3-T4. STT circuitry re-establishes the welding arc at a low current level.6262 第第11章章:焊接新技术及相关技术T5-T6. STT circuitry senses that the arc is re-stablished, and automatically appliesPEAK CURRE
32、NT, which sets the proper arc length. 6363 第第11章章:焊接新技术及相关技术T6-T7. Following PEAK CURRENT,internal circuitry automatically switches to the BACKGROUND CURRENT,which serves as a fine heat control.6464vSTT,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
33、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6565STT 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改方法采用了具有波形控制的高频逆变技术改进了进了MIG的短路过渡工艺能够得到高质量的焊缝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点方法克服了其他工艺的问题且利用了其优点.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,具有低的具有低的热输出和熔透率高热输出和熔透率高. 第第11章
34、章:焊接新技术及相关技术6666 第第11章章:焊接新技术及相关技术6767v 搅拌摩擦焊（搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding），简称，简称FSW是基于摩是基于摩擦焊技术的基本原理，由英国焊擦焊技术的基本原理，由英国焊接研究所（接研究所（TWITWI）于）于19911991年发明年发明的一种新型固相连接技术。与常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、搭的限制，可进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。被誉为接、角接及全位置焊接。被誉为“继激光焊后又一次革命性的焊继激光焊后又一次革命性的焊接技术接技术”。
35、三、搅拌摩擦焊三、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6868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（只需要去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。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，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成者不降低；属于
36、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、气孔等缺陷；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问题，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。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69v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
37、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
38、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。6970701. 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 71718.3.8.3.搅拌摩擦搅拌摩擦焊焊 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
39、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72v分为四个区域：分为四个区域：v A区为母材区，无热影响也无变形；区为母材区，无热影响也无变形；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，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
40、分区为焊核，是两块焊件的共有部分.72搅拌摩擦焊焊缝组织搅拌摩擦焊焊缝组织732. 搅拌摩擦焊的技术接参数搅拌摩擦焊的技术接参数（1 1）搅拌摩擦焊接头形式）搅拌摩擦焊接头形式737474 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）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（搅拌焊头沿焊缝方向的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、搅拌头倾角、搅拌头插行走速度）、搅拌焊头转速、焊接压力、搅拌头倾角、搅拌头插入速度和保持时间等。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，焊核区越来越大，焊接速度
41、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。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，焊件两侧的材料流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。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751)1)焊接速度焊接速度V 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。如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
42、化材料填充搅拌针行走果焊接速度过高，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，软化材料填充空腔能力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焊接方向不足，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。的隧道沟，导致接头强度降低。 757676a) 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 DP 980Material C Mn P S Si Cr DP 980 0.150 1.440 0.011
43、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772)2)搅拌头转速搅拌头转速n 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的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有一空腔，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，从而弱化接头强度条沟槽，不能形成良好的焊缝，从而弱化接头强度。v在一定范围内随着搅拌头转
44、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充温度升高，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，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。77787826mm,母材2.0mm, 400rev min-110.0 mm, 800rev min-1Fe0.016C0.48Si0.49Mn0.023P0.001S17.78Ni19.82Cr6.13Mo0.20N0.63Cu旋转速度对显微组织的影响 第第11章章
45、:焊接新技术及相关技术焊接新技术及相关技术7979 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相关技术a) a large amount of primary ferrite with grain boundary carbides and ba
46、inite.b)martensite, primary ferrite, and possibly other low transformation temperature products such as bainite.803 3）焊接压力）焊接压力P 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”而而形成孔洞。形成孔洞。v当压紧力过大时，
47、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、毛刺等缺现象，使焊缝表面出现飞边、毛刺等缺陷。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带明显分区，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沉积动材料往回撤面旋转，经过回撤面侧一次或多次旋转后沉积。80814 4）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
48、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，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
49、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。818282v3.3.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83834 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84844 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8585 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86 第第11章章:焊接新技
50、术及相关技术焊接新技术及相关技术87 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88 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89 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90 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91 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92 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93 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94第第12章章金属构件的焊接工艺设计金属构件的焊接工艺设计Metal structure welding & design 第四篇 金属连接成形工
