1、项目导入随着工业生产的发展，对焊接技术提出了多种多样的要求，焊接方法也在不断地发展之中。目前，在工业生产中应用的焊接方法很多，除了常用的焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、等离子弧焊接与切割、电阻焊外，还有一些焊接方法，如钎焊、电渣焊等。本项目主要讲述一些使用较广的独特的焊接方法，包括钎焊、电渣焊、螺柱焊、电子束焊、激光焊和摩擦焊等。项目分析 随着焊接领域的发展与进步，焊接新工艺、新技术和新方法不断出现并应用到生产实际中。不同的焊接方法具有不尽相同的焊接设备和焊接工艺。本项目主要学习：钎焊的原理、分类、特点及应用，钎焊材料，钎焊方法及工艺；电渣焊、螺柱焊、电子束焊、激光焊、摩擦焊的原理、分类、特点
2、及应用。项目分析【知识目标】1掌握钎焊、电渣焊、螺柱焊、电子束焊、激光焊和摩擦焊的原理、分类、特点及应用；2掌握钎焊工艺参数和工艺措施的选择；3熟悉常见电渣焊、螺柱焊、电子束焊、激光焊、摩擦焊及钎焊设备的组成、操作使用和维护保养。项目分析【能力目标】1能够正确安装调试、操作使用和维护保养常见电渣焊、螺柱焊、电子束焊、激光焊、摩擦焊及钎焊设备；2能够根据实际生产条件和具体的焊接结构及其技术要求，正确选择焊接方法，并能正确选择其工艺参数和工艺措施。任务9-1 钎焊【任务目标】熟悉钎焊的原理、分类、特点、应用及钎焊工艺，能够根据实际生产条件和具体的焊接结构及其技术要求，正确选择钎焊方法。任务9-1
3、钎焊【任务分析】钎焊利用熔点低于母材的金属作钎料，加热时钎料熔化，并靠润湿作用和毛细作用填满并保持在接头间隙内，而母材处于固态，依靠液态钎料和固态母材间的相互扩散形成钎焊接头。钎焊对母材的物理化学性能影响小，焊接应力和变形较小，可焊接性能差别较大的异种金属，能同时完成多条焊缝，接头外表美观整齐，设备简单，生产投资小。但钎焊接头的强度较低，耐热能力差。相关知识1钎焊的原理钎焊是采用比焊件熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于焊件熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的方法，其过程如图9-1所示。图图9-1 钎焊过程示意图钎焊过程示意图相关知识
4、（1）液态钎料的填隙原理要使熔化的钎料能很好地流入并填满间隙，就必须具备润湿作用和毛细作用两个条件。润湿作用钎焊时，液态钎料对焊件浸润和附着的作用称为润湿作用。液态钎料对焊件的润湿作用越强，焊件金属对液态钎料的吸附力就越大，液态钎料也就越易在焊件上铺展，顺利地填满缝隙。一般来说钎料与焊件金属能相互形成固溶体或者化合物时润湿作用较好。液态钎料对焊件的润湿情况如图9-2所示。相关知识必须注意的是，当钎料和钎焊工件表面存在氧化膜时，润湿作用较差，因此焊前必须做好清理工作。图图9-2 液态钎料对焊件的润湿情况液态钎料对焊件的润湿情况相关知识毛细作用通常钎焊间隙很小，如同毛细管。钎焊时，钎料依靠毛细作用
5、在钎焊间隙内流动。熔化钎料在接头间隙中的毛细作用越强，熔化钎料的填缝作用也就越好。一般来说熔化钎料对固态焊件润湿作用好的，毛细作用也强。间隙大小对毛细作用影响也较大，间隙越小，毛细作用越强，填缝也充分。但是间隙过小，钎焊时焊件金属受热膨胀，反而使填缝困难。相关知识（2）钎料与焊件金属的相互作用液态钎料在填缝过程中，还会与焊件金属发生相互物理化学作用。一是固态焊件溶解于液态钎料，二是液态钎料向焊件扩散，这两个作用对钎焊接头的性能影响很大。当溶解与扩散的结果使它们形成固溶体时，则接头的强度与塑性都高。如果溶解与扩散的结果使它们形成化合物时则接头的塑性就会降低。相关知识2钎焊的分类随着钎焊技术的发展
6、，钎焊的种类越来越多，可按以下方法分类：（1）按钎焊温度的高低，钎焊通常分为低温钎焊（450以下）、中温钎焊（450950）及高温钎焊（950以上）。也可将450以下的钎焊称为软钎焊，450以上的钎焊称为硬钎焊。（2）按加热方法不同，钎焊还可分为烙铁钎焊、火焰钎焊、炉中钎焊、电阻钎焊、感应钎焊以及浸渍钎焊等。近年来，在钎焊蜂窝型零件时，已采用了新的加热技术，如石英加热钎焊、红外线加热钎焊以及保证钎焊零件外形精度的陶瓷膜钎焊等。相关知识3钎焊的特点同熔焊方法相比，钎焊具有以下优点：钎焊接头平整光滑，外观美观。工件变形较小，尤其是对工件采用整体均匀加热的钎焊方法。钎焊加热温度较低，对母材组织性能影
7、响较小。某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条焊缝，生产率高。可以实现异种金属或合金以及金属与非金属的连接。然而，钎焊也有明显的缺点：钎焊接头强度较低，耐高温能力差；接头形式以搭接为主，增加了结构重量；钎焊的装配要求比熔化焊高，要严格保证间隙。相关知识4钎焊材料钎焊材料包括钎料和钎剂。合理选择钎焊材料对钎焊接头质量有着重要的作用。（1）钎料钎料是钎焊时使用的填充金属。由于钎焊工件是依靠熔化的钎料凝固后而被连接起来的，因此，钎焊接头的质量与性能在很大程度上取决于钎料。相关知识钎料的分类按钎料的熔点不同，钎料可以分为软钎料（熔点低于450）和硬钎料（熔点高于450）两大类。按钎料的化学成分，根据组成
8、钎料的主要元素，把钎料分成各种金属基的钎料。软钎料包括锡基、铅基、铋基、铟基、锌基、镉基等，其中锡铅钎料是应用最广的一类软钎料。硬钎料包括铝基、银基、铜基、镁基、锰基、镍基、金基、钯基、钼基、钛基等，其中银基钎料是应用最广的一类硬钎料。钎料的编号 国内钎料的编号有多种，这里只介绍国家标准。相关知识相关国家标准规定的钎料编号表示方法如下：钎料型号由两部分组成，两部分用隔线“-”分开；钎料型号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；钎料型号的第二部分由主要合金组分的化学元素符号组成。例如，S-Sn60Pb40Sb表示锡60、铅39、锑0.4（均为质量分数）的软
9、钎料；BAg72Cu表示为银72、铜28（均为质量分数）的硬钎料。相关知识钎料的选择从使用要求出发，对钎焊接头强度要求不高和工作温度不高的，可 用软钎料钎焊，钢结构中应用最广的是锡铅钎料；对钎焊接头强度要求比较高的，则应用硬钎料钎焊，主要是铜基钎料和银基钎料；对在低温下工作的接头，应使用含锡量低的钎料；要求高温强度和抗氧化性好的接头，宜用镍基钎料。选择钎料时，必须考虑钎料与母材的相互作用，加热方法对钎料选择也有一定的影响。除了在工艺上采取相应措施外，在确定钎料上应采用熔点低的钎料。此外，从经济观点出发，应选用价格便宜的钎料。相关知识（2）钎剂钎剂的主要作用是去除母材和液态钎料表面上的氧化物，保
10、护母材和钎料在加热过程中不致进一步氧化，并改善钎料对母材表面的润湿能力。钎剂的分类 钎剂的组分按功能可划分为三类，一是基质，二是去膜剂，三是界面活性剂。基质是钎剂的主要成分，它控制着钎剂的熔点，并且又是钎剂中其他组元的溶剂；去膜剂主要起去除母材和钎料表面氧化膜的作用；界面活性剂的作用是进一步降低熔化钎料与母材的界面张力，加速清除氧化膜并改善钎料的铺展。应该指出，上述每种组分的作用往往不是单一的，而是共同起着三方面的功能。相关知识从不同角度出发，可将钎剂分为多种类型。例如，按使用温度不同，分为软钎剂和硬钎剂；按用途不同，分为普通钎剂和专用钎剂。此外，考虑到作用状态的特征不同，还可分出一类气体钎剂
11、。钎剂的分类如图9-3所示。图图9-3 钎剂分类图钎剂分类图相关知识软钎剂主要是指在450以下钎焊用钎剂。它主要分非腐蚀性钎剂和腐蚀性钎剂两大类。硬钎剂是指在450以上钎焊用钎剂。专用钎剂主要指铝用钎剂。由于铝的氧化膜致密稳定，钎焊铝及铝合金时必须采用专用的钎剂。气体钎剂是炉中钎焊和气体火焰钎焊过程中起钎剂作用的一种气体，它们的最大优点是钎焊后没有固体残渣，工件不需清洗。相关知识钎剂和钎料的匹配 当钎焊采用钎剂去膜时，不能仅从钎剂的去膜能力来作选择，还必须与钎料的特点和具体加热方法结合起来。首先要保证钎剂的活性温度范围（钎剂稳定有效发挥去膜能力的温度区间）覆盖整个钎焊温度。其次是钎剂与钎料的流
12、动、铺展进程要协调。相关知识5钎焊方法钎焊方法通常以实现钎焊加热所使用的热源来命名。钎焊方法有很多，特别是近几年来，又陆续出现了不少新的钎焊方法。诸如红外线钎焊、激光钎焊、光束钎焊等。以下介绍目前生产中广泛采用的几种钎焊方法。（1）烙铁钎焊利用烙铁头积聚的热量来熔化钎料，并加热钎焊处的母材从而完成钎焊的方法。烙铁钎焊时，选用的烙铁的电功率应与焊件的质量相适应，才能保证必要的加热速度和钎焊质量。由于手工操作，烙铁的重量不能太大，通常限制在l kg以下，否则就使用不便。但是，这就使烙铁所能积聚的热量受到限制。因此，烙铁只能适用于以软钎料钎焊薄件和小件，多应用于电子、仪表等工业领域。相关知识（2）火
13、焰钎焊用可燃气体与氧气或压缩空气混合燃烧的火焰作为热源进行焊接。火焰钎焊设备简单、操作方便，根据工件形状可用多火焰同时加热焊接。此方法主要用于铜基钎料、银基钎料钎焊碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金、硬质合金等，特别适用于截面不等的组件。还可用作钎焊铝及铝合金等的小型薄壁工件。（3）浸渍钎焊浸渍钎焊是将工件局部或整体浸入熔态的盐混合物（称盐液）或液态钎料中而实现加热和钎焊的方法。它的优点是加热迅速，生产率高，液态介质保护零件不受氧化，有时还能同时完成淬火和热处理过程，特别适用于大批量生产。浸渍钎焊可分为盐浴钎焊或金属浴钎焊。相关知识（4）电阻钎焊电阻钎焊和电阻焊相似，它是依靠电流通过钎焊处由电
14、阻产生的热量来加热工件和熔化钎料的。电阻钎焊加热快，生产率高，但只能适于焊接接头尺寸不大，形状不太复杂的工件。目前主要用于刀具、带锯、导线端头等的钎焊。（5）感应钎焊感应钎焊时，零件的钎焊部分被置于交变磁场中，这部分母材的加热是通过它在交变磁场中产生的感应电流的电阻热来实现的。感应钎焊加热快，质量好；但温度不易精确控制，工件形状受限，适于批量钎焊钢、高温合金、铜及铜合金等。既可用于软钎焊，又可用于硬钎焊。主要用于钎焊较小的工件，特别适用于对称形状的工件，如管件套接、管子与法兰、轴与轴套之类的接头。相关知识（6）炉中钎焊将装配好钎料的工件放在炉中进行加热焊接，常需要加钎剂，也可用还原性气体或惰性
15、气体保护，加热比较均匀。按钎焊过程中钎焊区气氛组成可分为四类：空气炉中钎焊、中性气氛炉中钎焊、活性气氛炉中钎焊和真空炉中钎焊，大批量生产时可采用连续式炉。空气炉中钎焊一般可钎焊碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金等材料。真空炉中钎焊常用于含有铬、铝、钛等元素的不锈钢和高温合金，以及活性金属钛、锆，难熔金属钨、钼、钽、铌及其合金的钎焊。各种钎焊方法的优缺点及适用范围见表9-1。相关知识表表9-1 各种钎焊方法的优缺点及适用范围各种钎焊方法的优缺点及适用范围钎焊方法钎焊方法主要特点主要特点用途用途烙铁钎焊烙铁钎焊设备简单、灵活性好，适用于微细钎焊设备简单、灵活性好，适用于微细钎焊需使用钎剂需使用钎
16、剂只能用于软钎焊，钎焊只能用于软钎焊，钎焊小件小件火焰钎焊火焰钎焊设备简单、灵活性好设备简单、灵活性好控制温度困难，操作技术要求高控制温度困难，操作技术要求高钎焊小件钎焊小件盐浴钎焊盐浴钎焊加热快，能精确控制温度加热快，能精确控制温度设备费用高，焊后需仔细清洗设备费用高，焊后需仔细清洗用于批量生产用于批量生产电阻钎焊电阻钎焊加热快，生产率高，成本低加热快，生产率高，成本低控制温度困难，工件形状、尺寸受控制温度困难，工件形状、尺寸受限制限制钎焊小件钎焊小件感应钎焊感应钎焊加热快，钎焊质量好加热快，钎焊质量好温度不能精确控制，工件形状受限温度不能精确控制，工件形状受限制制批量钎焊小件批量钎焊小件保
17、护气体保护气体炉中钎焊炉中钎焊能精确控制温度，加热均匀，变形小，一能精确控制温度，加热均匀，变形小，一般不用钎剂，钎焊质量高般不用钎剂，钎焊质量高设备费用较高，加热慢，钎焊的工设备费用较高，加热慢，钎焊的工件不宜含大量挥发元素件不宜含大量挥发元素大小件的批量生产，多大小件的批量生产，多钎缝工件的钎焊钎缝工件的钎焊真空炉中真空炉中钎焊钎焊能精确控制温度，加热均匀，变形小，能能精确控制温度，加热均匀，变形小，能钎焊难焊的高温合金，不用钎剂。钎焊质钎焊难焊的高温合金，不用钎剂。钎焊质量好量好设备费用高，钎料和工件不宜含较设备费用高，钎料和工件不宜含较多的易挥发元素多的易挥发元素重要工件重要工件任务实
18、施1钎焊接头设计设计钎焊接头时，首先应考虑接头的强度，其次还要考虑如何保证组件的尺寸精度、零件的装配和定位、钎料的放置、钎焊接头间隙等问题。（1）钎焊接头的基本形式钎焊接头形式很多，但经常使用的有搭接、对接、斜接及T形接四种基本形式，如图9-4所示。图图9-4 钎焊接头的基本形式钎焊接头的基本形式任务实施搭接接头的强度最高，其次是斜接，最差的是对接，所以承受载荷的零件，一般用搭接。采用搭接可通过改变搭接长度达到接头与母材等强度，如果搭接长度太长，就会耗费材料，增加构件重量；但搭接长度太短，不能满足强度要求。在生产实践中，搭接长度通常为钎焊金属厚度3倍以上，但很少超过15mm。因为搭接长度超过1
19、5mm以上时，在钎焊操作时很难获得完美的钎缝。薄壁零件钎焊时，可采用锁边接头，以提高接头强度及密封性，如图9-5所示。图图9-5 锁边接头锁边接头任务实施（2）接头的装配间隙接头装配间隙大小是影响钎缝致密性和接头强度的关键因素之一。间隙过小，会妨碍钎料的流入；间隙过大，则破坏钎料的毛细作用，钎料不能填满接头的间隙，致使接头强度降低。装配间隙的大小与钎料和母材有无合金化、钎焊温度、钎焊时间、钎料的安置等有直接关系。一般来说，钎料与母材相互作用较弱，则要求较小的间隙；钎料与母材的相互作用较强，间隙就要求较大。应该指出，这里所要求的间隙是指在钎焊温度下的间隙，与室温时不一定相同。质量相同的同种金属接
20、头，在钎焊温度下的间隙与室温差别不大；但质量相差悬殊的同种金属，以及异种金属的接头，由于加热膨胀量不同，在钎焊温度下的间隙就与室温不同，在这种情况下，设计时必须考虑保证在钎焊温度下的接头间隙。间隙大小可通过实践确定，表9-2所示为部分金属的搭接接头的间隙。任务实施表表9-2 钎焊接头推荐的间隙钎焊接头推荐的间隙母材的种类钎料的种类钎焊接头间隙母材的种类钎料的种类钎焊接头间隙碳钢铜钎科黄铜钎科银基钎科锡铅钎科0.010.050.050.200.020.150.050.20铜及铜合金黄铜钎料银基钎科锡铅钎科锡磷钎科0.070.250.050.250.050.200.050.25不锈钢铜钎科镍基钎科
21、银基钎科锡铅钎料0.020.070.050.100.070.250.050.20铝及铝合金铝基钎科锡锌钎科0.100.300.100.30任务实施2工件表面准备钎焊前必须仔细地清除工件表面的油脂、氧化物等。因为液态钎料不能润湿未经清理的工件表面，也无法填充接头间隙；有时，为了改善母材的钎焊性、提高接头的耐蚀性，焊前还必须将工件预先镀覆某种金属；为限制液态钎科随意流动，可在工件非焊表面涂覆阻流剂。3零件的装配和固定经过表面准备处理的零件在实施钎焊前必须先按图样进行装配。对于尺寸小、结构简单的零件，可采用较简易的固定方法，诸如依靠自重、紧配合、滚花、翻边、扩口、旋压、模锻、收口、咬边、开槽和弯边、
22、夹紧、定位销、螺钉、铆接、定位焊等。对于结构复杂、生产量较大的工件，主要装配固定方法是使用夹具。任务实施4钎料的放置钎料既可在钎焊过程中送给，也可在钎焊前预先放置。在各种钎焊方法中，除火焰钎焊和烙铁钎焊外，大多数是将钎料预先放置在接头上的。钎料的放置方式主要取决于钎焊方法、工件结构、生产类型及钎料的形态等。5钎焊工艺参数的确定钎焊过程的主要工艺参数有钎焊温度和保温时间。钎焊温度通常选高于钎料液相线温度2560，对某些结晶温度间隔宽的钎料，钎焊温度可以高于液相线温度100以上。保温时间视工件大小、钎料与母材相互作用的剧烈程度而定。大件保温时间应长些，以保证均匀加热。钎料与母材作用强的，保温时间要
23、短。任务实施6钎焊后的清洗对使用钎剂的钎焊方法，除使用气体钎剂外，大多数钎剂残渣对钎焊接头都有腐蚀作用，也会妨碍对钎缝质量的检查，钎焊后必须将其清除干净。有机类软钎剂的残渣可用汽油、酒精、丙酮等有机溶剂擦拭或清洗；氧化锌和氯化胺等的残渣腐蚀性很强，应在10NaOH的溶液中清洗，然后用热水或冷水洗净，硼砂和硼酸钎剂的残渣一般用机械方法或在沸水中长时间浸煮来解决。任务小结 钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的焊接方法。钎焊时，通常要清除焊件表面污物，增加钎料的润湿性，这就需要采用钎
24、剂。本任务主要讲述了钎焊的原理、分类、特点、应用及钎焊工艺。任务9-2 电渣焊【任务目标】熟悉电渣焊的原理、分类、特点及应用。相关知识1电渣焊的原理电渣焊原理如图9-6所示。焊前先把工件垂直放置，两工件间预留一定间隙（一般为2040mm）。并在工件上、下两端分别装好引弧槽和引出板，在工件两侧表面装好强迫成形装置。由于高温的液态熔渣具有一定的导电性，焊接电流流经渣池时在渣池内产生大量电阻热将工件边缘和焊丝熔化，熔化的金属沉积到渣池下面形成金属熔池。随着焊丝的不断送进，熔池不断上升并冷却凝固形成焊缝。由于熔渣始终浮于金属熔池的上部，不但保证了电渣过程的顺利进行，而且对金属熔池起到了良好的保护作用。
25、随着熔池不断上升，焊丝送进装置和强迫成形装置也随之不断提升，焊接过程得以连续进行。相关知识图图9-6 电渣焊原理示意图电渣焊原理示意图1 1工件；工件；2金属熔池；金属熔池；3渣池；渣池；4导电嘴；导电嘴；5焊丝；焊丝；6强迫成形装置；强迫成形装置；7 7引出板；引出板；8金属熔滴；金属熔滴；9焊缝；焊缝；10引弧板（槽形）引弧板（槽形）相关知识2电渣焊的特点生产率高 对于大厚度的焊件，可以一次焊好，且不必开坡口。还可以一次焊接焊缝截面变化大的焊件。因此电渣焊要比电弧焊的生产效率高得多。焊接成本低 焊件不需要进行坡口加工，即可进行焊接，因而可以节约大量金属和加工时间。此外，焊剂的消耗量也比埋弧
26、焊少得多，故焊接成本较低。宜在垂直位置焊接 当焊缝中心线处于垂直位置时，电渣焊形成熔池及焊缝成形条件最好，一般适合于垂直位置焊缝的焊接。相关知识焊缝缺陷少 电渣焊时，渣池在整个焊接过程中总是覆盖在焊缝上面，一定深度的渣池使液态金属得到良好的保护，以避免空气的有害作用，并对焊件进行预热，使冷却速度缓慢有利用于熔池中气体、杂质有充分的时间析出，所以焊缝不易产生气孔及夹渣等缺陷。焊接接头晶粒粗大 电渣焊时焊接热输入比其他熔焊方法大得多，焊缝和热影响区在高温停留时间长，造成焊缝和热影响区的晶粒粗大，使焊接接头的塑性和冲击韧性降低，但是通过焊后热处理，能够细化晶粒，满足对力学性能的要求。相关知识3电渣焊
27、的分类电渣焊根据所用的电极形状不同可分为：丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊（包括管极电渣焊）。（1）丝极电渣焊用焊丝作为熔化电极的电渣焊，根据焊件的厚度不同可以用一根焊丝或多根焊丝焊接。焊丝还可作横向摆动，此方法一般适用于40mm以上厚度焊件及较长焊缝的焊接，如图9-7所示相关知识图图9-7 丝极电渣焊示意图丝极电渣焊示意图1 1焊接电源；焊接电源；2送丝机构；送丝机构；3工件；工件；4焊丝；焊丝；5渣池；渣池；6金属熔池；金属熔池；7 7水冷滑块；水冷滑块；8焊缝；焊缝；9导轨；导轨；10垂直行走机构垂直行走机构相关知识（2）板极电渣焊 用金属板条作为电极的电渣焊，如图9-8所示。其特点是
28、设备简单，不需要电极横向摆动，可利用边料作电极。此法要求板极长度为焊缝长度的34倍，由于板极太长而造成操作不方便，因而使焊缝长度受到限制。故多用于大断面而长度小于1.5m的短焊缝及堆焊等。图图9-8 板极电渣焊示意图板极电渣焊示意图l l板极；板极；2工件；工件；3渣池；渣池；4金属熔池；金属熔池；5焊缝；焊缝；6强迫成形装置强迫成形装置相关知识（3）熔嘴电渣焊熔嘴电渣焊如图9-9所示，其电极为固定在接头间隙中的熔嘴（由钢板和钢管定位焊而成）和焊丝构成。熔嘴起着导电、填充金属和送丝的导向作用。熔嘴电渣焊的特点是设备简单，可焊接大断面的长焊缝和变断面的焊缝，目前可焊焊件厚度达2m，焊缝长度达10
29、m以上。图图9-9 熔嘴电渣焊示意图熔嘴电渣焊示意图l l电源；电源；2引出板；引出板；3焊丝；焊丝；4熔嘴钢管；熔嘴钢管；5熔嘴夹持架；熔嘴夹持架；6绝缘块；绝缘块；7工件工件8 8熔嘴；熔嘴；9水冷成形滑块；水冷成形滑块；10渣池；渣池；11金属熔池；金属熔池；12焊缝；焊缝；13引弧槽引弧槽相关知识当被焊工件较薄时，熔嘴可简化为涂有涂料的一根或两根管子，因此也可称为管极电渣焊，它是熔嘴电渣焊的特例，如图9-10所示。在焊接过程中，药皮除可起绝缘作用并使装配间隙减小的作用外，还可以起到随时补充熔渣及向焊缝过渡合金元素的作用。这种方法适用于焊接厚度为2060mm的焊件。图图9-10 管极电渣
30、焊示意图管极电渣焊示意图1 1焊丝；焊丝；2送丝滚轮；送丝滚轮；3管极夹持机构；管极夹持机构；4管极钢管；管极钢管；5 5管极涂料；管极涂料；6工件；工件；7水冷成形滑块水冷成形滑块相关知识除上述的电渣焊方法外，生产中应用较多的还有一种被称为电渣压力焊的方法，如图9-11所示。电渣压力焊主要用于钢筋混凝土建筑工程中竖向钢筋的连接，所以也叫钢筋电渣压力焊，它具有电弧焊、电渣焊和压力焊的特点，在焊接方法的分类上属于熔化压力焊的范畴。钢筋电渣压力焊是将两钢筋安放在竖直位置，采用对接形式，利用焊接电流通过端面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生电弧热和电阻热熔化钢筋端部，最后加压完成连接的一种
31、焊接方法。相关知识图图9-11 电渣压力焊示意图电渣压力焊示意图1 1工件；工件；2顶压机构；顶压机构；3渣池；渣池；4水冷套；水冷套；5金属熔池金属熔池相关知识4电渣焊的应用电渣焊适用于焊接厚度较大的工件（最大厚度达300mm）、难于采用埋弧焊或气电焊的某些曲线或曲面焊缝、由于现场施工或起重设备的限制必须在垂直位置焊接的焊缝以及大面积的堆焊等。电渣焊不仅是一种优质、高效、低成本的焊接方法，而且它还为生产、制造大型构件和重型设备开辟了新途径。一些外形尺寸和重量受到生产条件限制的大型铸造和锻造结构，借助于电渣焊方法，可用铸-焊或锻-焊结构来代替，从而使企业的生产能力得到显著提高。任务9-3 螺柱
32、焊【任务目标】熟悉螺柱焊的原理、分类、特点及应用。相关知识1螺柱焊的特点与普通的电弧焊相比，螺柱焊焊接时间短（通常小于1s）、对母材热输入小，因此焊缝和热影响区小，焊件变形小、生产率高。熔深浅，焊接过程不会对焊件背面造成损害，焊后无须清理。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。易于将螺柱与薄件连接，且焊接带（镀）涂层的焊件时易于保证质量。相关知识与其他焊接方法相比，可使紧固件之间的间距达到最小，对于需防渗漏的螺柱连接，容易保证密封性要求。与焊条电弧焊相比，所用设备轻便且便于操作，焊接过程简单。易于全位置焊接。对于易淬硬金属，容易在焊缝和热
33、影响区形成淬硬组织，接头延性较差。相关知识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、电容储能螺柱焊和短周期螺柱焊三种基本形式。它们的主要区别在于供电电源和燃弧时间长短的不同。电弧螺柱焊由弧焊电源供电，燃弧时间约0.11s；电容储能螺柱焊由电容储能电源供电，燃弧时间非常短，约l15ms。短周期螺柱焊是电弧螺柱焊的一种特殊形式，焊接时间只有电弧螺柱焊的十分之一到几十分之一，在焊接过程中与电容储能螺柱焊一样，不用采取像普通电弧螺柱焊所用的陶瓷环、焊剂及保护气体等保护措施。相关知识 3螺柱焊的应用 螺柱焊是焊接紧固件的种快速方法，不仅效率高，而且可以通过专用设备对接头质
34、量进行有效的控制，能够得到全断面熔合的焊接接头，保证接头良好的导电性、导热性和接头强度，在紧出件固定于焊件上可以代替铆接或钻孔螺钉紧固、焊条电弧焊、电阻焊、钎焊等，它可以焊接低碳钢、低合金钢、不锈钢、有色金属以及带镀（涂）层的金属等，广泛应用于汽车、仪表、造船、机车、航空、机械、锅炉、化工设备、变压器及大型建筑结构等行业。相关知识 4螺柱焊的原理（1）电弧螺柱焊电弧螺柱焊是电弧焊方法的一种特殊应用。电弧螺柱焊的焊接过程大致如下：先将螺柱放入焊枪夹头，在螺柱与焊件间引燃电弧，使螺柱端面和相应的焊件表面被加热到熔化状态，达到适宜的温度时，将螺柱挤压到熔池中去，使两者熔合形成焊缝。靠预加在螺柱引弧端
35、的焊剂或陶瓷保护圈来保护熔融金属。电弧螺柱焊的焊接过程如图9-12所示。相关知识图图9-12 电弧螺柱焊过程电弧螺柱焊过程 （箭头表示螺柱运动方向）（箭头表示螺柱运动方向）相关知识将焊枪置于焊件上（图9-12a）。预加压力使螺柱与陶瓷保护圈同时紧贴焊件表面（图9-12b）。扣压焊枪上的按钮开关，接通焊接回路，螺柱被自动提升，在螺柱与焊件之间引弧（图9-12c）。电弧扩展到整个螺柱端面，并使端面少量熔化，电弧同时使螺柱下方的焊件表面熔化形成熔池（图9-12d）。电弧按预定时间熄灭，螺柱受弹簧压力，熔化端被快速压入熔池，同时焊接回路断开（图9-12e）。将焊枪从焊好的螺柱上抽起，打碎并除去保护套圈
36、（图9-12f）。相关知识（2）电容储能螺柱焊电容储能螺柱焊是利用储存在电容器中的电能瞬时放电产生的电弧热来连接螺柱与工件的方法，根据引燃电弧方式的不同，将电容储能螺柱焊分成预接触式、预留间隙式和拉弧式三种焊接方法。预接触式预接触式电容储能螺柱焊的特征是先接触后通电，这种方法必须在螺柱法兰端部预加工出一个凸台。预接触式电容储能螺柱焊的焊接过程如图9-13所示。首先将螺柱插入焊枪的螺柱夹头中，螺柱的起弧尖端直接抵在工件的焊接位置上（图9-13a）。按压焊枪开关，电容放电，激发出电弧，形成熔化层（图9-13b、c）。同时，螺柱在弹簧的作用下向工件运动，插入熔池，电弧熄灭，形成焊接接头（图9-13d
37、）。螺柱的运动速度为0.41.0m/s，速度的大小取决于焊枪的弹簧力和放电尖端的长度，此过程在23ms内完成。相关知识9-13 9-13 预接触式电容储能螺柱焊过程预接触式电容储能螺柱焊过程（箭头表示螺柱运动方向）（箭头表示螺柱运动方向）相关知识预留间隙式预留间隙式电容储能螺柱焊的特征是留间隙，先通电后接触放电加压，完成焊接。预留间隙式电容储能螺柱焊的焊接过程如图9-14所示。和预接触式电容储能螺柱焊不同之处在于焊接开始后，焊枪中提升机构将螺柱从焊件表面提升一段距离，在螺柱与工件表面之间形成一定的间隙（图9-14a）。螺柱在焊枪弹簧的作用下向焊件移动。同时电容器放电开关接通，在螺柱与焊件之间加
38、上一个放电电压，当螺柱与焊件接触时，其存储的电能放电，大电流使小凸起熔化而引燃电弧。在电弧作用下螺柱和焊件表面熔化，螺柱插入焊件完成焊接（图9-14b、c、d、e），但电弧燃烧时间只有12ms，故预留间隙式螺柱焊接可以在没有保护气体的条件下，焊接非铁金属。相关知识9-14 9-14 预接触式电容储能螺柱焊过程预接触式电容储能螺柱焊过程（箭头表示螺柱运动方向）（箭头表示螺柱运动方向）相关知识拉弧式拉弧式电容储能螺柱焊的特征是接触后拉起引弧，再电容放电完成焊接。该方法的螺柱待焊端不需小凸台，但需加工成锥形或略呈球面。拉弧式电容储能螺柱焊原理与电弧螺柱焊相似，但焊接时的电弧由先导电弧与焊接电弧两部分
39、组成。先导电弧由整流电源供电，焊接电弧由电容器组供电。焊接过程如图9-15所示。焊接时，先将螺柱在焊件上定位并使之接触（图9-15a），按动焊枪开关，接通焊接回路和焊枪体内的电磁线圈；线圈的作用是把螺柱拉离焊件，使它们之间引燃小电流电弧（图9-15b）。当提升线圈断电时，螺柱在弹簧或汽缸力作用下返回向焊件移动，电容器通过电弧放电，大电流将螺柱和焊件待焊面熔化（图9-15c），当插入焊件时电弧熄灭，完成焊接（图9-15d）。相关知识图图9-15 9-15 拉弧式电容储能螺柱焊过程拉弧式电容储能螺柱焊过程（箭头表示螺柱运动方向）（箭头表示螺柱运动方向）相关知识（3）短周期螺柱焊 短周期螺柱焊可看作
40、普通电弧螺柱焊的一种特殊形式，但因为二者焊接接头形成的本质小同，所以单独分类成一种方法。短周期螺柱焊也是由短路提升焊接落钉有电顶锻等几个过程组成，但焊接时间只有电弧螺柱焊的十分之一到几十分之一，所以叫短周期或短时间螺柱焊，焊接过程如图9-16所示。图图9-9-1 16 6 短周期螺柱焊过程短周期螺柱焊过程I Iw w焊接电流；焊接电流；U Uw w电弧电压；电弧电压；T Tw w焊接时间；焊接时间；T Td d有电顶锻阶段；有电顶锻阶段；I Ip p先导电流；先导电流；T Tp p先导电弧时间；先导电弧时间；T TL L落钉时间；落钉时间；s s螺柱位移；螺柱位移；p p焊枪中弹簧对螺柱压力焊
41、枪中弹簧对螺柱压力相关知识螺柱落下，与焊件定位短路。起动焊枪开关，螺柱与焊件间通电（图9-16中）。螺柱提升，引燃小电弧，清扫螺柱端部与焊件表面（图9-16中）。延时数十毫秒后大电流自动接通，焊接电弧产生，使焊件形成熔池、螺柱端部形成熔化层（图9-16中）。螺柱端部侵入熔池，电弧熄灭，同时焊枪的电磁铁释放弹簧压力作用在螺柱上（图9-16中）。接头形成焊接结束，整个焊接过程不超过100 ms（图9-16中）。相关知识5螺柱焊方法的选择电弧螺柱焊、电容储能螺柱焊和短周期螺柱焊三类焊接方法既有共同点又分别有各自最佳的应用范围。选择焊接方法时考虑的依据主要是被焊件厚度、材质和紧固件的尺寸。螺柱直径大于
42、8mm的一般是受力接头，适合用电弧螺柱焊方法。虽然电弧螺柱焊可以焊直径约在325mm之间的螺柱，但8mm以下采用其他方法如电容储能螺柱焊或短周期螺柱焊更为合适。螺柱直径和焊件厚度有一定的合适比例关系。对电弧螺桂焊，这一比例为34，对电容储能螺柱焊和短周期螺柱焊这个比例可以达到810，所以板厚3mm以下最好采用电容储能螺柱焊或短周期螺柱焊，而不宜采用电弧螺柱焊，虽然电弧螺柱焊也勉强可以焊23mm的钢板。相关知识对于碳钢、不锈钢及铝合金，电弧螺柱焊、电容储能螺柱焊及短周期螺柱焊都可以选用，但对铝合金、铜及涂层钢薄板或异种金属材料最好选用电容储能螺柱焊。任务9-4 高能束焊【任务目标】熟悉电子束焊、
43、激光焊的原理、分类、特点及应用。相关知识1电子束焊（1）电子束焊的原理电子束焊是把高速运动的电子流会聚成束，轰击焊件接缝处，把机械能转变为热能，使被焊金属熔化形成焊缝的一种熔化焊方法。真空电子束焊原理如图9-17所示，图图9-9-1 17 7 真空电子束焊原理真空电子束焊原理相关知识从电子枪中产生的电子在25300kV的电压下，被加速到0.30.7倍的光速，经静电透镜和电磁透镜会聚成功率密度很高的电子束流（其功率密度可达106109W/cm2），撞击到焊件表面，电子的动能转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸汽的作用下熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属，在被焊件上很快形
44、成一个锁形小孔（图9-18），小孔周围被液态金属包围。随着电子束与焊件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部，因远离热源而逐渐冷却、凝固形成焊缝。电子束焊接过程中焊接熔池始终存在的这个小孔，从根本上改变了焊接熔池的传质、传热规律，由一般熔焊方法的热传导焊转变为深熔焊（穿孔焊），这是高能束流焊接的共同特点。相关知识图图9-9-1 18 8 电子束焊的焊缝形成原理电子束焊的焊缝形成原理（a a）接头局部熔化、蒸发；）接头局部熔化、蒸发；（b b）金属蒸气排开液体金属，电子束）金属蒸气排开液体金属，电子束“钻人钻人”母材；母材；（c c）电子束穿透焊件小孔由液态金属包围；）电子束穿透焊件小孔由液
45、态金属包围；（d d）电子束后方形成姆摄）电子束后方形成姆摄相关知识按电子束加速电压的高低可分为高压电子束焊接（120kV以上）、中压电子束焊接（60100kV）和低压电子束焊接（40kV以下）三类。工业领域常用的高压真空电子束焊机的加速电压为150kV，功率一般都小于40kW；中压真空电子束焊机的加速电压为60kV，功率一般都小于75kW。高压电子束焊接所需的束流小，加速电压高，易获得直径小、功率密度大的束斑和深宽比大的焊缝，对大厚度板材的单道焊及难熔金属和热敏感性强的材料的焊接特别适宜。相关知识中压电子束焊机的电子枪能保证束斑的直径小于0.4 mm。除极薄的材料外，这样的束斑尺寸完全能满足
46、焊接要求。中压电子束焊接时产生的X射线完全能由适当厚度的钢制真空室壁所吸收，不需要采用铅板防护；电子枪极间不要求特殊的绝缘子，所以电子枪可以做成固定式或移动式。低压电子束焊机不需要采取铅板的特别防护。也不存在电子枪间跳高压的危险，所以设备简单，电子枪可做成小型移动式的。低压电子束焊接只适宜于焊缝深宽比要求不高的薄板材料的焊接。相关知识（2）电子束焊的特点电子束焊与其他焊接方法相比，有以下优点：功率密度高 由于电子束焊加热集中，能量密度高，所以适宜焊接难熔金属及热敏感性强的金属。又因焊接速度（125200m/h）快，焊接变形小，热影响区很小，故可对精加工后的零件进行焊接。焊缝深宽比大 通常电弧焊
47、的深宽比不超过2，而电子束焊的深宽比可达1030，所以电子束焊接基本上不产生角变形，适宜于厚度较大钢板不开坡口的单道焊。焊接金属纯度高 电子束的焊接工作室一般处于高真空状态，真空工作室为焊接创造高纯洁的环境，因而不需要保护气体就能获得无氧化、无气孔和无夹渣的优质焊接接头。相关知识工艺适应性强 工艺参数便于调节，且调节范围很宽，对焊接结构有很强的适应性。电子束焊有以下缺点：设备比较复杂，价格较高。对接头加工、装配要求严格。真空电子束焊接时，被焊件尺寸受限。电子束易受杂散电磁场的干扰。产生x射线，对人体健康有危害。相关知识（3）电子束焊的分类按被焊工件所处环境的真空度可分为三种：高真空电子束焊、低
48、真空电子束焊和非真空电子束焊。高真空电子束焊是在10-410-1Pa的压强下进行的。良好的真空条件，可以保证对熔池的保护，防止金属元素的氧化和烧损。这种方法适用于活性金属、难熔金属和质量要求高的工件的焊接。低真空电子束焊是在10-110Pa的压强下进行的。压强为4Pa时束流密度及其相应的功率密度的最大值与高真空的最大值相差很小。因此，低真空电子束焊也具有束流密度和功率密度高的特点。由于只需抽到低真空，明显地缩短了抽真空时间，提高了生产率，适用于批量大的零件焊接和在生产线上使用。例如变速器组合齿轮多采用低真空电子束焊接。相关知识在非真空电子束焊机中，电子束仍是在高真空条件下产生的，然后穿过一组光
49、栅、气阻和若干级预真空小室，射到处于大气压力下的工件上。这种焊接方法的最大优点是摆脱了工作室的限制，因而扩大了电子束焊接的应用范围，并推动这一技术向更高阶段的自动化方向发展。相关知识（4）电子束焊的应用随着电子束焊接工艺及设备的发展，特别是工业生产中对高精度、高质量连接技术需求的不断扩大，电子束焊接在航空、航天、核、能源工业、电子、兵器、汽车制造、纺织、机械等许多工业领域已经获得了广泛应用。在能源工业中，各种压缩机转子、叶轮组件、仪表膜盆等；在核能工业中，反应堆壳体、送料控制系统部件、热交换器等；在飞机制造业中，发动机机座、转子部件、起落架等；在化工和金属结构制造业中，高压容器壳体等；在汽车制
50、造业中，齿轮组合体、后桥、传动箱体等；在仪器制造业中，各种膜片、继电器外壳、异种金属的接头等都成功地应用了电子束焊。相关知识另外，电子束焊还是一种适合于在太空进行的焊接方法，早在1984年，人类已在太空环境中利用一种手工电子束焊枪进行了焊接试验。电子束焊将成为太空环境中焊接人造天体的一种重要的焊接方法。相关知识2激光焊（1）激光焊的原理激光焊是利用以聚焦的激光束作为能源轰击工件所产生的热量进行焊接的方法。利用激光器受激产生激光束，通过聚焦系统将其聚集成半径微小的光斑，当调焦到被焊工件的接缝时，光能转换为热能，从而使金属熔化形成焊接接头。激光焊能得以实现，不仅是因为激光本身具有极高的能量，更重要
