chapter11焊接新技術(shù)及相關(guān)2

11材料加工工程材料科學(xué)與工程學(xué)院主講教授：李遠(yuǎn)才、劉順洪、周華民、王新云HUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY22第三講金屬連接成形工藝主講教授：劉順洪33

第10章:金屬連接成形的主要工藝第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)第12章:金屬構(gòu)件焊接的工藝設(shè)計(jì)第13章:焊接成形件的缺陷及檢測(cè)第三講金屬連接成形工藝44焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)

第11章Advancedwelding&relatedTech第三講金屬連接成形工藝55重點(diǎn):

1)激光焊

2)波控焊接

3)攪拌摩擦焊

4)機(jī)器人焊接

5)熱切割和噴涂

第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)Advancedwelding&relatedTech.第三講金屬連接成形工藝66I.高能密束焊接一、激光焊接高能密束作用于焊接件的連接處；光-熱轉(zhuǎn)換提供焊接所需的熱源；激光束LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation

第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)77激光束性質(zhì)單色性--forInspection&Com.方向性---forRemotelaserProcessing&Inspection高亮度和高能量密度第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)88單色性單色性常用比值/＝/來(lái)表征，其中和是輻射波的中心頻率和波長(zhǎng)，、是譜線的線寬。原有單色性最好的光源是氪86燈，其/比值為10-6量級(jí)。激光器發(fā)出的全部光輻射只集中在很小的頻率范圍內(nèi)，其單色性很高。因?yàn)楣ぷ髁Ｗ臃崔D(zhuǎn)和激光振蕩只能發(fā)生在數(shù)目有限的高低能級(jí)之間，只有少數(shù)幾個(gè)振蕩頻率(不同的縱模)能維持振蕩，并且每個(gè)振蕩頻率的振蕩寬度遠(yuǎn)比整個(gè)熒光譜線寬度小得多。用選模技術(shù)可使激光器實(shí)現(xiàn)單頻振蕩，穩(wěn)頻激光器的輸出單色性/達(dá)到10-10--10-13量級(jí)，比氪86燈的單色性要高幾萬(wàn)到幾千萬(wàn)倍。第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)99減少透鏡的色散效應(yīng)△υ/υ，△l/l，△υ～1Mhz-1GHz原有單色性最好的氪86燈：△υ/υ＝10－6選模穩(wěn)頻的激光器：△υ/υ＝10－10～10－13第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1010高方向性激光束的方向性好亦即光線的發(fā)散度小，是因?yàn)閺闹C振腔發(fā)出的只能是反射鏡多次反射后無(wú)法顯著偏離諧振腔軸線的光波。q≈2.24l/D典型q≈1mrad方向性越好→可傳播越長(zhǎng)的距離，獲得越小的焦斑，越高的功率密度。工業(yè)激光器q＝±5mrad第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1111高亮度激光束也和其他光束一樣，可以通過(guò)凸鏡或金屬反射鏡加以聚焦。經(jīng)聚焦后，可以將激光的巨大能量聚焦到直徑為光波波長(zhǎng)量級(jí)的光斑上，形成極高的能量密度，例如可產(chǎn)生106～1013W/cm2的功率密度。B＝P/SΩ W/cm2.Sr太陽(yáng)光的亮度： 2×103W/cm2.Sr氣體激光器的亮度： 108W/cm2Sr固體激光器的亮度： 1011W/cm2Sr第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1212第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1313(2)激光束模式★YAG(yttriumaluminumgarnet)SolidLaser;CO2GasLaser;FiberLaseretc★Pulsed&Continueced橫模---沿垂直傳播方向的橫截面內(nèi)的光場(chǎng)強(qiáng)度分布TEMmn.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1414橫模通常用如下符號(hào)TEMmnq標(biāo)記。TEM表示橫電磁波，m代表光斑在X方向節(jié)線的數(shù)目，n代表在y方向節(jié)線的數(shù)目，q代表在z方向節(jié)線的數(shù)目，由于q值很大，一般可省略。TEM00表示在X，y方向都沒(méi)有節(jié)線的光斑，稱為基橫模，簡(jiǎn)稱基模。除基模以外的橫模均稱高階橫模。TEMl0模代表X方向有一節(jié)線，y方向無(wú)節(jié)線；TEM02模代表X方向無(wú)節(jié)線，y方向有一節(jié)線；TEM11模代表X，Y方向各有一節(jié)線，依此類推，一般mn均小于10。第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1515SeveralTEMmodeswithGaussianenergyintensity.LaserBeamPattern第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)16162)激光焊原理(1)激光傳熱焊

EnergyDensitylessthen105W/cm2ThesameasFusionWelding.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1717(2)激光深熔焊EnergyDensitylargethen106W/cm2KeyHoleLaserWeldingPenetration/width=12:1第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)18181-laserbeam2-fusionpool3-keyhole4-weldwidthFig.13-2DeeppenetrationlaserWelding第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1919KyungsonKi,PravansuSMohanty,JyotirmoyMazumder第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)20激光深熔焊數(shù)值模擬2121深熔焊（deeppenetrationwelding）106~107w/cm2深寬比12:1特點(diǎn)：焊縫深寬比大；HAZ??；凈化作用。

第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)2222第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)2323(1)能量密度激光功率→能量密度→焊接熔深.ForCO2GasLaserwelding:焊縫深度(inmm)≈激光功率(inkilowatt)3)激光焊技術(shù)參數(shù)第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)2424d(P)0.7304不銹鋼第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)2525(2)焦距和離焦量d0＝fθf(wàn)↓θ↓d0↓→Energydensity↑Butf↓↓→b0↓△F:-1~-2mm,or△F＝-1/3δ第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)2626離焦量及其對(duì)焊縫的影響第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)2727(3)焊接速度Weldingspeed↑→weldpenetration↓MatchwithPowerandOff-focusdistance第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)2828Laserweldingfilm:

2929二、電子束焊接ElectronBeamWelding利用加速和聚焦的高能電子束流轟擊焊件接縫，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使焊件加熱熔化的一種熔化焊方法。Electronbeamweldingprinciple第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)30301)電子束焊接原理從電子槍中產(chǎn)生的電子束在25~300kv的加速電壓下加速到0.3~0.7倍的光速，經(jīng)過(guò)電子槍中靜電透鏡和電磁透鏡的作用，形成的功率密度很高的電子束流得到一個(gè)很小的焦點(diǎn)。當(dāng)電子束流撞擊置于真空或非真空的工件表面時(shí)，電子的動(dòng)能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽菇饘傺杆偃刍驼舭l(fā)，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)3131VacuumEBWsystem第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1、陰極2、聚束極3、陽(yáng)極4、光學(xué)觀察系統(tǒng)5、聚焦磁透鏡6、偏轉(zhuǎn)磁透鏡7、焊接工件8、槍室真空系統(tǒng)9、焊室真空系統(tǒng)10、隔離閥偏壓柵極的控制和聚束作用下形成一束電子從陽(yáng)極孔中穿過(guò)32第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)能量密度高，電子束焊接時(shí)常用的加速電壓范圍為30~150kV，電子束電流為20~l000mA，電子束焦點(diǎn)直徑約為0.1~1mm，其功率密度可達(dá)106W／cm2以上。3333第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)3434第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)35352）電子束焊接的特征第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)焊接時(shí)不需要填充焊絲或其他材料；超精密焊接，焊接深度可在0.05～100mm范圍內(nèi)精確控制；焊縫深寬比大，中壓焊機(jī)可達(dá)25:1以上，高壓焊機(jī)可達(dá)到60:1以上；熱影響區(qū)小，使焊后工件變形??；可進(jìn)行數(shù)控精密焊接，能焊接復(fù)雜幾何形狀；焊后不需要進(jìn)行焊縫表面處理和加工，大大減少機(jī)加工工作量；焊接速度快，效率高，特別適合大批量生產(chǎn)；可焊接各種金屬，包括不同種金屬和難熔金屬；由于焊接是在真空中進(jìn)行，還可采用掃描攪拌焊接，因而有利于焊接過(guò)程中氣體雜質(zhì)的排出，且焊縫表面光亮美觀、無(wú)氧化現(xiàn)象。3636Fig.Thelongitudinalandtransversemacrosectionsoftheweldclosenregioninelectronbeamweldingof150mmthicksteel.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)3737真空電子束焊:666×10-4Pa低真空電子束焊:1-13Pa非真空:與氦同時(shí)進(jìn)入大氣中焊接第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)3838KL-134electronbeamweldingmachinewith“sliding”gun第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)電子束焊設(shè)備3939第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)電子束焊設(shè)備4040第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)電子束焊設(shè)備4141EBW的局限:

設(shè)備昂貴;

受真空室尺寸限制;

抽真空費(fèi)時(shí);

焊前準(zhǔn)備費(fèi)用大;

焊接過(guò)程中產(chǎn)生X-射線;

快速凝固容易導(dǎo)致一些材料的開裂;EBW缺陷Undercutting;Porosity;Cracking;Underfill;Lackoffusion;Shrinkagevoids;

Missedjoints第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)42423）電子束焊的控制參數(shù)電子束電流束流與加速電壓一起決定著電子束的功率。在電子束焊接過(guò)程中，加速電壓往往不變，所以常常要調(diào)整電子束流值來(lái)滿足不同的焊接工藝需要。增加電子束流，熔深和熔寬都會(huì)增加。加速電壓在電子束焊接中，加速電壓的增加可使熔深加大，但加速電壓的參數(shù)根據(jù)電子槍的類型通常選取某一數(shù)值不變。在保持其他參數(shù)不變的條件下，焊縫橫斷面深寬比與加速電壓成正比。焊接速度焊接速度太快會(huì)使焊縫變窄，熔深減小。第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)4343聚焦電流電子束聚焦?fàn)顟B(tài)對(duì)熔深及焊縫成形影響很大。焦點(diǎn)變小可使焊縫變窄，熔深增加。厚板焊接時(shí)，應(yīng)使焦點(diǎn)位于工件表面以下0.5-0.75mm的熔深處；薄板焊接時(shí)，應(yīng)使焦點(diǎn)位于工件表面。工作距離工作距離應(yīng)在設(shè)備最佳范圍內(nèi)。工作距離變小時(shí)，電子束的斑點(diǎn)直徑變小，可增加電子束功率密度。但工作距離過(guò)小會(huì)造成放電現(xiàn)象，因而在不影響電子槍的穩(wěn)定工作的前提下，可以采用盡可能短的工作距離。對(duì)于確定的電子束焊接設(shè)備，加速電壓一般固定不變，必須時(shí)也只做較小的調(diào)整。焊接電流和焊接速度是主要調(diào)整的工藝參數(shù)。熱輸入與電子束焊接功率成正比，與焊接速度成反比。利用焊接熱輸入與焊接厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，初步選定焊接工藝參數(shù)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)修正后方可作為實(shí)際使用的焊接工藝參數(shù)。此外，還應(yīng)考慮焊縫橫斷面、焊縫外形及防止產(chǎn)生焊縫缺陷等因素，綜合選擇和實(shí)驗(yàn)確定焊接工藝參數(shù)。第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)44第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)45第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)46464）電子束焊的應(yīng)用第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)4747第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)電子束焊接在汽車行業(yè)中的應(yīng)用對(duì)液壓成型的凸輪軸進(jìn)行電子束焊

接，然后研磨在自動(dòng)無(wú)級(jí)變速裝置中，電子束焊接行星齒輪和驅(qū)動(dòng)齒輪行星齒輪架和驅(qū)動(dòng)齒輪的焊接電子束焊接的摩托車鑄鋁輪箍4848電子束焊接在鐵路交通中的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)鐵軌分叉處的電子束焊接在火車鋁制部件上的電子束焊接，焊深40mm第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)4949第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)電子束焊接在航空航天中的應(yīng)用衛(wèi)星燃料箱衛(wèi)星軌道推進(jìn)器上用的錐形噴口在火箭上的錐形噴口，調(diào)壓器或燃料推進(jìn)器上大量應(yīng)用電子束焊接技術(shù)5050第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)5151用電子束焊接義肢上的小齒輪或行星齒輪在固定斷裂的骨頭上使用骨釘，它經(jīng)過(guò)電子束焊接和退火處理可以將各種鉆頭焊接在柔性曲軸上，然后用于骨頭的鉆孔電子束焊接在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)5252銅/鋼，焊深30mm鋼，焊深150mm鋁，焊深40mm銅，焊深35mm第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)5353電子束焊接高靈敏部件高靈敏部件的焊接，例如閥或傳感器第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)5454第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)用電子束焊接的壓鑄鋁熱交換器5555用電子束焊接汽車減震器，包括1—2條焊縫和電子束蝕刻標(biāo)記第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)5656第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)5757II.波形控制焊接技術(shù)1.短路期間波形控制Shortcircuitwaveformcontrol適用于:CO2焊和熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)飛濺影片5858第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)5960602.表面張力過(guò)渡波形控制SurfaceTensionTransfer(STT)Welding1.Theelectrodeapproachestheworkpiecewiththeampsandvoltsmaintainingsteadylevels.2.Astheelectrodeshorts,thevoltagedropsdramaticallyandtheamperesbegintorise.ThenexttwostepsdifferentiateconventionalGMAWfromSTTbecauseofSTT’sprecisecontrolofthewaveform.3.Theelectrodehascomeincontact(shorted)withtheworkpieceandisdepositingthefillermetal.Atthispoint,thevoltageisapproximatelyzero,andtheampereshaveincreasedimmensely.4.Theincreaseinamperescausesthefillermetaltoseparatefromtherestoftheelectrodeinaviolentandunpredictablemanner,producinggreaterspatterandsmokethanSTT.5.Aftertheseparationbetweenthewelddepositandtheweldingwire,thevoltageandamperesdecreasebacktotheirpresetlevels.6.Repeatstheprocessasinstepone.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)6161第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)2.表面張力過(guò)渡波形控制SurfaceTensionTransfer(STT)WeldingT0-T1.STTproducesauniformmoltenballandmaintainsituntilthe“ball”shortstothepuddle.T1-T2.Whenthe“ball”shortstothepuddle,thecurrentisreducedtoalowlevelallowingthemoltenballtowetintothepuddle.T2-T3.Automatically,aprecisionPINCHCURRENTwaveformisappliedtotheshort.Duringthistime,specialcircuitrydeterminesthattheshortisabouttobreakandreducesthecurrenttoavoidthespatterproducing“explosion”.T3-T4.STTcircuitryre-establishestheweldingarcatalowcurrentlevel.T5-T7.STTcircuitrysensesthatthearcisre-stablished,andautomaticallyappliesPEAKCURRENT,whichsetstheproperarclength.FollowingPEAKCURRENT,internalcircuitryautomaticallyswitchestotheBACKGROUNDCURRENT,whichservesasafineheatcontrol.BACKGROUNDCURRENTPINCHCURRENTPEAKCURRENTTAIL-OUTSPEED6262STT,源于美國(guó)林肯公司,利用波形控制技術(shù)在整個(gè)焊接過(guò)程中精確而迅速地控制焊接電流.獨(dú)特的技術(shù)既不是恒流也不是恒壓.而是電源根據(jù)電弧的瞬時(shí)熱需求自動(dòng)調(diào)整焊接電流.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)6363STT方法的優(yōu)點(diǎn)STT方法采用了具有波形控制的高頻逆變技術(shù)改進(jìn)了MIG的短路過(guò)渡工藝能夠得到高質(zhì)量的焊縫且減少了煙塵和飛濺.STT方法克服了其他工藝的問(wèn)題且利用了其優(yōu)點(diǎn).可能比GTAW的打底焊的效率提高3-4倍,具有低的熱輸出和熔透率高.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)6464第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)6565第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)6666第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)6767攪拌摩擦焊（FrictionStirWelding），簡(jiǎn)稱FSW是基于摩擦焊技術(shù)的基本原理，由英國(guó)焊接研究所（TWI）于1991年發(fā)明的一種新型固相連接技術(shù)。與常規(guī)摩擦焊相比，其不受軸類零件的限制，可進(jìn)行板材的對(duì)接、搭接、角接及全位置焊接。被譽(yù)為“繼激光焊后又一次革命性的焊接技術(shù)”。ⅲ.攪拌摩擦焊第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)6868與傳統(tǒng)的熔化焊方法相比:生產(chǎn)成本低。不用填充材料，也不用保護(hù)氣體；厚焊件邊緣不用加工坡口；不必進(jìn)行去除氧化膜處理（只需要去除油污即可）；不苛求裝配精度，也不需要事先打底焊。接頭質(zhì)量高?？梢缘玫降葟?qiáng)度接頭，塑性降低很少甚者不降低；屬于固態(tài)焊接，接頭是在塑性狀態(tài)下受擠壓完成的，避免了熔焊時(shí)熔池凝固過(guò)程中產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷；解決了熔焊方法不能焊接的一些鋁合金的高質(zhì)量連接問(wèn)題，如對(duì)航天領(lǐng)域中裂紋敏感性強(qiáng)的高強(qiáng)鋁合金的焊接。8.3.攪拌摩擦焊第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)69安全環(huán)保型的連接技術(shù)。整個(gè)焊接過(guò)程中無(wú)熔化、無(wú)飛濺、無(wú)煙塵、無(wú)輻射、無(wú)噪聲、無(wú)污染等有害物質(zhì)。廣泛的工藝適用性。不受是否軸類零件的限制，可實(shí)現(xiàn)多種形式，不同位置的焊接，可進(jìn)行平板的對(duì)接和搭接，可焊接直焊縫、角焊縫及環(huán)焊縫，可進(jìn)行大型框架結(jié)構(gòu)、大型筒體制造及大型平板對(duì)接等。由于不受重力的影響，可以進(jìn)行仰焊。便于機(jī)械化、自動(dòng)化操作。質(zhì)量比較穩(wěn)定，重復(fù)性高。焊接后結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力和變形小，更適合于薄板焊接。攪拌摩擦焊焊接過(guò)程中加熱溫度低，焊接不易變形，這對(duì)較薄鋁合金結(jié)構(gòu)（如船艙板、小板拼成大板）的焊接極為有利。69第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)70701.攪拌摩擦焊焊接原理第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)攪拌摩擦焊接過(guò)程示意圖7171攪拌焊頭邊旋轉(zhuǎn)邊沿著接縫與焊件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，攪拌焊頭前面的材料發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形。隨著攪拌焊頭向前移動(dòng)，前沿高度塑性變形的材料被擠壓到攪拌焊頭的背后。在攪拌頭軸肩與焊件表層摩擦產(chǎn)熱和鍛壓共同作用下，形成致密的固相連接接頭。第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)72分為四個(gè)區(qū)域：A區(qū)為母材區(qū)，無(wú)熱影響也無(wú)變形；B區(qū)為熱影響區(qū)，沒(méi)有受到變形的影響，但受到了從焊接區(qū)傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的熱量影響；C區(qū)為變形熱影響區(qū)，該區(qū)受到了塑性變形的影響，也受到了焊接溫度的影響；D區(qū)為焊核，是兩塊焊件的共有部分.72攪拌摩擦焊焊縫組織第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)732.攪拌摩擦焊的技術(shù)接參數(shù)2.1攪拌摩擦焊接頭形式73第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)74742.攪拌摩擦焊的技術(shù)接參數(shù)2.2焊接參數(shù)攪拌摩擦焊接參數(shù)主要包括焊接速度（攪拌焊頭沿焊縫方向的行走速度）、攪拌焊頭轉(zhuǎn)速、焊接壓力、攪拌頭傾角、攪拌頭插入速度和保持時(shí)間等。焊接速度一定，焊接攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度提高，焊核區(qū)越來(lái)越大，層狀結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，接頭性能更好。攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度一定，隨著焊接速度減小，焊件兩側(cè)的材料流動(dòng)更加均勻，接頭外形更好。第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)75(1)焊接速度V從焊接熱輸入可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速為定值且焊接速度較低時(shí)，攪拌頭/焊件界面的整體摩擦熱輸入較高。如果焊接速度過(guò)高，使塑性軟化材料填充攪拌針行走所形成的空腔的能力變?nèi)?，軟化材料填充空腔能力不足，焊縫內(nèi)容易形成一條狹長(zhǎng)且平行于焊接方向的隧道溝，導(dǎo)致接頭強(qiáng)度降低。

75第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)7676a)DP980,1200revmin-1,3.3mms-1;b)DP980,1200revmin-1,17.0mms-1WeldzoneinDP980MaterialCMnPSSiCrDP9800.1501.4400.0110.0070.3200.020焊接速度對(duì)顯微組織的影響第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)a.大量馬氏體b.馬氏體和大塊貝氏體或魏氏體77(2) 攪拌頭轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)速度較低時(shí)，焊接熱輸入較低，攪拌頭前后不能形成足夠的軟化材料填充攪拌頭后方所形成的空腔，焊縫內(nèi)易形成孔洞缺陷或攪拌頭的后邊有一條溝槽，不能形成良好的焊縫，從而弱化接頭強(qiáng)度。在一定范圍內(nèi)隨著攪拌頭轉(zhuǎn)速的提高，焊接峰值溫度升高，熱輸入增加，有利于提高軟化材料填充空腔的能力，避免接頭內(nèi)缺陷的形成，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高到一定值時(shí)，焊縫外觀良好，內(nèi)部孔洞也逐漸消失。77第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)787826mm,母材2.0mm,400revmin-110.0mm,800revmin-1Fe–0.016C–0.48Si–0.49Mn–0.023P–0.001S–17.78Ni–19.82Cr–6.13Mo–0.20N–0.63Cu旋轉(zhuǎn)速度對(duì)顯微組織的影響第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)7979a)DP590,800revmin-1;b)DP590,1200revmin-1Micrographsofweldzonefortwodifferenttoolspeeds:feedratewassameinbothcases(17mms-1);magnificationwas2500×第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)a)alargeamountofprimaryferritewithgrainboundarycarbidesandbainite.b)martensite,primaryferrite,andpossiblyotherlowtransformationtemperatureproductssuchasbainite.80（3）焊接壓力P攪拌頭與被焊焊件表面之間的接觸狀態(tài)對(duì)焊縫的成形也有較大的影響。當(dāng)壓緊力不足時(shí)，表面熱塑性金屬“上浮”，溢出焊接表面，焊縫底部在冷卻后會(huì)由于金屬的“上浮”而形成孔洞。當(dāng)壓緊力過(guò)大時(shí)，軸肩與焊件表面摩擦力增大，摩擦熱將使軸肩發(fā)生“粘頭”現(xiàn)象，使焊縫表面出現(xiàn)飛邊、毛刺等缺陷。攪拌摩擦焊壓力適中時(shí)，焊核呈規(guī)則橢圓狀，接頭區(qū)域有明顯分區(qū)，焊縫底部完全焊透。焊接時(shí)攪拌針首先從前面帶動(dòng)材料往回撤面旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)回撤面?zhèn)纫淮位蚨啻涡D(zhuǎn)后沉積。80第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)81（4）攪拌頭傾角攪拌頭傾角是指攪拌頭與焊接工件法線的夾角，表示攪拌頭向后傾斜的程度，攪拌頭向后傾斜的目的是對(duì)焊縫施加壓力。傾角主要是通過(guò)改變接頭致密性、軟化材料填充能力、熱循環(huán)和殘余應(yīng)力來(lái)影響接頭性能。傾角較小，則軸肩壓入量不足，軸肩下方軟化材料填充空腔的能力較弱，焊核區(qū)/熱-機(jī)影響區(qū)界面處易形成孔洞缺陷，導(dǎo)致焊接接頭強(qiáng)度降低。傾角增大，則攪拌頭軸肩與焊件的摩擦力增大，焊接熱作用程度增大。81第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)82（5）攪拌頭插入速度和保持時(shí)間攪拌摩擦焊接過(guò)程起始插入速度不可過(guò)快，否則容易造成攪拌頭折損。但過(guò)慢則造成生產(chǎn)率低下。選擇適當(dāng)?shù)牟迦胨俣确浅Ｖ匾?。插入速度的快慢最終決定焊接起始階段預(yù)熱溫度是否足夠，以便產(chǎn)生足夠的塑性變形和流體流動(dòng)。而保持時(shí)間一般為10~15s,過(guò)短則產(chǎn)生塑性材料不足，過(guò)長(zhǎng)容易造成局部過(guò)熱和生產(chǎn)率的下降。攪拌頭的形狀直接決定了攪拌摩擦焊過(guò)程的產(chǎn)熱及焊縫金屬的塑性流動(dòng)，最終影響焊縫的成形及焊縫性能。82第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)83833.攪拌摩擦焊焊頭第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)84844．?dāng)嚢枘Σ梁傅膽?yīng)用第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)85854．?dāng)嚢枘Σ梁傅膽?yīng)用第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)8686第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)87第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)88第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)89第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)90第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)91第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)92第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)93第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)94第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)959696攪拌摩擦焊視頻第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)9797ⅳ機(jī)器人焊接技術(shù)Robotwelding焊接機(jī)器人Weldingrobot工業(yè)機(jī)器人被認(rèn)為是焊接自動(dòng)化最有前途的工具.焊接機(jī)器人在制造業(yè)中獲得廣泛的使用.它是柔性制造技術(shù);高質(zhì)量的焊接性能;極大改善勞動(dòng)條件.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)9898Robotwelding1)點(diǎn)焊機(jī)器人Spotweldingrobots廣泛應(yīng)用于汽車制造等行業(yè)。汽車焊點(diǎn)4000-5000點(diǎn)。在生產(chǎn)線上，通過(guò)傳感器將車型信息通知機(jī)器人的控制器，選擇預(yù)存的程序執(zhí)行任務(wù)。可將機(jī)器人系統(tǒng)與CAD/CAM技術(shù)結(jié)合，大大提高生產(chǎn)效率。第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)99992)弧焊機(jī)器人Arcweldingrobots弧焊是工業(yè)中機(jī)器人應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一.MIG焊機(jī)器人起始于1970s.系統(tǒng)由6部分組成:焊槍;液壓驅(qū)動(dòng)的夾緊裝置;自驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置;集成控制器;焊接電源.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)100100第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)101101102102弧焊機(jī)器人順序控制使用焊接順序控制來(lái)決定不同焊縫的焊接順序，其要考慮焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率.。設(shè)置目標(biāo)函數(shù)并發(fā)展了有效焊接順序算法優(yōu)化包括焊縫數(shù),焊接層數(shù)和焊接機(jī)器人的焊接參數(shù)。第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)103103機(jī)器人焊接程序是非常費(fèi)時(shí)的工序;在機(jī)器人技術(shù)和焊接工藝兩者都需要堅(jiān)實(shí)的專門技術(shù);機(jī)器人弧焊程序中所作的努力集中在離線編程,包括規(guī)劃,模擬,修改和在遙控計(jì)算機(jī)再寫程序.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)104104弧焊機(jī)器人順序控制的特點(diǎn)對(duì)焊接順序主要關(guān)心的是生產(chǎn)率以及優(yōu)良的焊接質(zhì)量。因此,在質(zhì)量和生產(chǎn)率之間需要折中妥協(xié)。為了改善焊接可靠性，在厚板制造的結(jié)構(gòu)中和鋁合金結(jié)構(gòu)中使用多道焊。使用多道焊能夠減少脆性斷裂和拉伸殘余應(yīng)力。第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)105105典型的工藝規(guī)劃包括焊接順序，多道焊規(guī)劃，碰撞－空程規(guī)劃，和含有焊接次序，機(jī)器人和位置運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，焊縫跟蹤以及機(jī)器人手臂和工件位置校準(zhǔn)的焊接操作規(guī)劃。第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)106106Classificationofweldingoperations第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)107107OperationExample第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)108108摩托車車架弧焊機(jī)器人焊接影片第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)109109Ⅳ相關(guān)技術(shù)Relatedtechnology1.Thermalcutting1)Air-Carbon-ArcCuttingAir-carbon-arccuttingandgougingseversorremovesmetalbymeltingitwiththeheatofanarcstruckbetweenacarbon-graphiteelectrodeandthebasemetal.Astreamofcompressedair,usuallyat80-100PSI,blowsthemoltenmetaloutofthekerforgroove.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1101102)MixedgascuttingTwo-tubeattachmentsmixoxygenandgasinthelargerbottomtube;themixedgasflowsthroughthetube,entersthetorchhead,andleavesfromthetip.Portablemanualoxyacetyleneequipmentcomprisesoxygenandfuelgasesstoredunderpressureinsteelcylindersfittedwithregulatorsandflexiblehosesthatleadtoatorchassembly.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)111111GascuttingremovesmetalbymeltingitwiththeheatofanoxyfuelflameAstreamofcompressedair,usuallyat80-100PSI,blowsthemoltenmetaloutofthekerforgroove.oxyfuelcuttingcanusemultiplecuttingtorchesforaccurate,high-quality,large-volumecutting.Travelcarriagescutstraight,contouredorbevelededges.Thecuttingtorchonamechanizedsetupmountstoamotor-drivencarriagethatadjustsfortorchheightandtravelspeed.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)112112第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1131133)Plasma-ArcCuttingOneofthepopularmethodstocutgalvanizedsteelisplasma-arccutting(PAC)uniqueinitsabilitytomakefast,cleancuts.Comparedtooxyfuelcutting,PACcutsmaterialsfourtofivetimesfaster.Thefasttravelspeedandthenarrow,localizedheatingofthemetalproduceslittleornodistortion.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1141143)Plasma-ArcCuttingThesmallheat-affectedzone(HAz)fromPACminimizesanychangesinthezinccoating,maintainingthecorrosionresistanceofthecoating.ThePACprocessstartsmakingcutswithoutpreheating,reducingthroughputtimeandminimizingcuttingtimewhenmakinginterruptedcuts,suchasonmetalgratingormesh.Thismethodappliestopartswithcomplicatedgeometriesorwithmanysurfaces.ThekerfofatypicalPAccutis1.5to2timestheorificediameter.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)115115Plasma-arccuttingrequiresdirectcurrentpower,suppliedbysourcesratedat400-Vopencircuitand200-Vunderloadforheavycutting.Thepower-supplycircuitresemblesthatusedforgas-tungsten-arc-weldingpowersuppliesAirplasma,aviablelow-costalternative,tocutstainlesssteeloraluminum.Portableair-plasmacuttingunitsthatrunonlinepower-rated15-to150-Acapacity-cutsteelupto2in.thick,leavingedgesclean第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)116116Air-Plasma-Arc-Cutting第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)117117第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1181184)LaserBeamCuttingTypesofLasersforMetalCuttingCO2LasersCuttingThetheoryonwhichaCO2laseroperatesisfairlysimple.PlaceavolumeofCO2gas,usuallymixedwithheliumandnitrogen,inbetweentworeflectivemirrors,pumpelectricalenergyintoit(viaeitherradiofrequency(RF)ordirectcurrent(DC)discharge),andastheCO2gasatomsabsorbtheelectricalenergytheye"excited"causingthemtogiveoffphotonsoflight.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)119119SolidStateLasersCuttingAsolid-statelaserdescribesanopticallypurematerialdopedwithspecificelementsthatwillworkwhenhighintensitylightisappliedtothem.Themostcommonmaterial,neodymium-dopedyttriumaluminumgarnet(Nd:YAG)comesineitherrodorrectangular-shapeddesigns.AmorerecentdevelopmentincorporatesaytterbiumdopedYAGcrystal(Yb:YAG)intheforniofathindisk.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)120120LaserbeamcuttingparametersLaserbeamPowerCuttingspeedOff-focusdistanceGasflowrate第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)121121Flying-opticmachinesarewidelyacceptedasthemostcapableandproductivedesign.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)1221222.thermalsprayingThethermalsprayprocesshasbeeninuseformorethan90years.Itisidealformaintenancerepairandmanufacturingapplicationsandcanbeappliedtoawiderangeofsubstratesincludingmetals,oxides,ceramics,glass,plastics,andevenwood.Powderissprayedontoabackwearplate.Usingthehighvelocityoxy-fuel(HVOF)orplasmaprocess,theresultantcoatingwilldoublethewearplateservicelife.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)123123BondingThebondestablishedbetweenthecoatingmaterialandthesubstratecanbemetallurgical,mechanicaloracombinationofboth.Coatingdensitydependsonmaterialsprayedandthethermalsprayprocessused.Thefinishedpropertiesofthecoatingwilldependonporosity,cohesionbetweencoatingparticles,adhesiontothesubstrateandthematerialchemistry.第11章:焊接新技術(shù)及相關(guān)技術(shù)124124ApplicationsThermalsprayhasawiderangeofapplicationsinbothmanufacturingandmaintenance.Inth