激光焊接技术简介武志稳.ppt
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激光焊接简介武志稳摘要幻灯片ll各种焊接技术及其优缺点ll激光焊接技术ll激光焊接的优缺点ll激光焊接的工艺参数ll激光焊接的发展ll激光焊接的应用举例各种焊接技术及其优缺点焊接技术简介ll目前常用的焊接工艺有:
目前常用的焊接工艺有:
ll电弧焊(氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧电弧焊(氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、气体保护焊)焊、等离子弧焊、气体保护焊)ll电阻焊电阻焊ll高能束焊(电子束焊、激光焊)高能束焊(电子束焊、激光焊)ll钎焊钎焊ll以电阻热为能源:
电渣焊、高频焊以电阻热为能源:
电渣焊、高频焊;ll以化学能为焊接能源:
气焊、气压焊、爆炸焊;以化学能为焊接能源:
气焊、气压焊、爆炸焊;ll以机械能为焊接能源:
摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩以机械能为焊接能源:
摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊散焊各种焊接特性对比焊接工艺焊接工艺精度精度变形变形热影响热影响焊缝质量焊缝质量焊料焊料使用条件使用条件激光焊激光焊精密精密小小很小很小好好无无钎焊钎焊精糙精糙一般一般一般一般一般一般需要需要整体加热整体加热电阻焊电阻焊精糙精糙大大大大一般一般无无需要电极需要电极氩弧焊氩弧焊一般一般大大大大一般一般需要需要需要电极需要电极等离子焊等离子焊较好较好一般一般一般一般一般一般需要需要需要电极需要电极电子束焊电子束焊精密精密小小小小好好无无需要真空需要真空1.电弧焊ll电弧焊是目前应用最广泛的焊接方电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。
它包括有:
手弧焊、埋弧焊、法。
它包括有:
手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。
熔化极气体保护焊等。
ll绝大部分电弧焊是以电极与工件之绝大部分电弧焊是以电极与工件之间燃烧的电弧作热源。
在形成接头间燃烧的电弧作热源。
在形成接头时,可以采用也可以不采用填充金时,可以采用也可以不采用填充金属。
属。
ll所用的电极是在焊接过程中熔化的所用的电极是在焊接过程中熔化的焊丝时,叫作熔化极电弧焊,诸如焊丝时,叫作熔化极电弧焊,诸如手弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、手弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、管状焊丝电弧焊等;所用的电极是管状焊丝电弧焊等;所用的电极是在焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒在焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒时,叫作不熔化极电弧焊,诸如钨时,叫作不熔化极电弧焊,诸如钨极氩弧焊、等离子弧焊等。
极氩弧焊、等离子弧焊等。
电弧焊-埋弧焊ll埋弧焊(含埋弧堆焊及电渣堆焊等)是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的埋弧焊(含埋弧堆焊及电渣堆焊等)是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。
方法。
ll其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点,使其成其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点,使其成为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。
为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。
电弧焊-等离子焊ll等离子弧焊是利用等离子弧作等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。
气体由电为热源的焊接方法。
气体由电弧加热产生离解,在高速通过弧加热产生离解,在高速通过水冷喷嘴时受到压缩,增大能水冷喷嘴时受到压缩,增大能量密度和离解度,形成等离子量密度和离解度,形成等离子弧。
弧。
ll它的稳定性、发热量和温度都它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧,因而具有较大高于一般电弧,因而具有较大的熔透力和焊接速度。
形成等的熔透力和焊接速度。
形成等离子弧的气体和它周围的保护离子弧的气体和它周围的保护气体一般用氩。
气体一般用氩。
电弧焊-熔化极气体保护焊ll采用可熔化的焊丝与焊件采用可熔化的焊丝与焊件之间的电弧作为热源来熔之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属,并向化焊丝与母材金属,并向焊接区输送保护气体,使焊接区输送保护气体,使电弧、熔化的焊丝、熔池电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材金属免受周及附近的母材金属免受周围空气的有害作用。
围空气的有害作用。
ll熔化极气体保护电弧焊通熔化极气体保护电弧焊通常用的保护气体有:
氩气、常用的保护气体有:
氩气、氦气、氦气、CO2CO2气或这些气体的气或这些气体的混合气。
混合气。
2.电阻焊ll电阻焊一般是使工件处在一定电阻焊一般是使工件处在一定电极压力作用下并利用电流通电极压力作用下并利用电流通过工件时所产生的电阻热将两过工件时所产生的电阻热将两工件之间的接触表面熔化而实工件之间的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。
通常使用现连接的焊接方法。
通常使用较大的电流。
较大的电流。
ll焊接电流(单相)大(几千至焊接电流(单相)大(几千至几万安培),通电时间短(几几万安培),通电时间短(几周波至几秒),设备昂贵、复周波至几秒),设备昂贵、复杂,生产率高,因此适于大批杂,生产率高,因此适于大批量生产。
主要用于焊接厚度小量生产。
主要用于焊接厚度小于于3mm3mm的薄板组件。
的薄板组件。
3钎焊ll钎焊是指用比母材熔点低的金钎焊是指用比母材熔点低的金属材料作为钎料,用液态钎料属材料作为钎料,用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接并使其与母材相互扩散的焊接方法。
方法。
ll钎焊变形小,接头光滑美观,钎焊变形小,接头光滑美观,适合于焊接精密、复杂和由不适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件,如蜂窝结同材料组成的构件,如蜂窝结构板、透平叶片、硬质合金刀构板、透平叶片、硬质合金刀具和印刷电路板等。
具和印刷电路板等。
ll钎焊前对工件必须进行细致加钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗,除去油污和过工和严格清洗,除去油污和过厚的氧化膜,保证接口装配间厚的氧化膜,保证接口装配间隙。
隙。
ll间隙一般要求在间隙一般要求在0.010.010.10.1毫毫米之间。
米之间。
4高能束焊-电子束焊ll电子束焊接的基本原理是电子电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子,该电子在高压热而发射电子,该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束,用此电子束去轰高的电子束,用此电子束去轰击工件,巨大的动能转化为热击工件,巨大的动能转化为热能,使焊接处工件熔化,形成能,使焊接处工件熔化,形成熔池,从而实现对工件的焊接。
熔池,从而实现对工件的焊接。
ll电子束焊接具有不用焊条、不电子束焊接具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点。
形量小的优点。
ll焊接准备时间(主要是抽真空焊接准备时间(主要是抽真空时间)较长,工件尺寸受真空时间)较长,工件尺寸受真空室大小限制。
电子束焊与电弧室大小限制。
电子束焊与电弧焊相比,主要的特点是焊缝熔焊相比,主要的特点是焊缝熔深大、熔宽小、焊缝金属纯度深大、熔宽小、焊缝金属纯度高。
高。
4.高能束焊-激光焊接ll激光焊是利用大功率相干单色激光焊是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接。
源进行的焊接。
ll这种焊接方法通常有连续功率这种焊接方法通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。
激光焊和脉冲功率激光焊。
ll激光焊优点是不需要在真空中激光焊优点是不需要在真空中进行,缺点则是穿透力不如电进行,缺点则是穿透力不如电子束焊强。
激光焊时能进行精子束焊强。
激光焊时能进行精确的能量控制,因而可以实现确的能量控制,因而可以实现精密微型器件的焊接。
精密微型器件的焊接。
ll它能应用于很多金属,特别是它能应用于很多金属,特别是能解决一些难焊金属及异种金能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。
属的焊接。
激光焊接技术-基本工作原理1.引言ll激光焊接从上世纪激光焊接从上世纪6060年代激光器诞生不久就开始了研究,年代激光器诞生不久就开始了研究,从开始的薄小零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在从开始的薄小零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用,经历了近工业生产中的大量的应用,经历了近4040年的发展。
年的发展。
ll由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点,近年来接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点,近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段,越来越广泛地应正成为金属材料加工与制造的重要手段,越来越广泛地应用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电设备等领域,所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。
设备等领域,所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。
ll虽然与传统的焊接方法相比,激光焊接尚存在设备昂贵,虽然与传统的焊接方法相比,激光焊接尚存在设备昂贵,一次性投资大,技术要求高的问题,使得激光焊接在我国一次性投资大,技术要求高的问题,使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限,但激光焊接生产效率高和易实现的工业应用还相当有限,但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。
自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。
2、激光焊接技术的进展ll在这里分两部分进行分析:
在这里分两部分进行分析:
ll11)激光技术)激光技术ll22)激光焊接过程监测与质量控制)激光焊接过程监测与质量控制激光的产生原理及特性-说明为什么可以用于焊接说明为什么可以用于焊接ll三要素:
激励源,介质,谐振三要素:
激励源,介质,谐振腔。
介质受到激发至高能量状腔。
介质受到激发至高能量状态,由于受激吸收跃迁光在两态,由于受激吸收跃迁光在两端镜间来回反射,将光波放大,端镜间来回反射,将光波放大,并获得足够能量而开始发射出并获得足够能量而开始发射出激光。
激光。
ll激光的四性:
单色性、相干性、激光的四性:
单色性、相干性、方向性、高亮度方向性、高亮度ll因而高度集中的激光可以提供因而高度集中的激光可以提供焊接、切割及热处理等功能焊接、切割及热处理等功能激光焊接特性激光焊接特性ll激光焊接属于熔融焊接,以激光束为能源,冲击在焊件接头上。
激光焊接属于熔融焊接,以激光束为能源,冲击在焊件接头上。
ll激光束可由平面光学元件(如镜子)导引,随后再以反射聚焦元件或激光束可由平面光学元件(如镜子)导引,随后再以反射聚焦元件或镜片将光束投射在焊缝上。
镜片将光束投射在焊缝上。
ll激光焊接属非接触式焊接,作业过程不需加压,但需使用惰性气体以激光焊接属非接触式焊接,作业过程不需加压,但需使用惰性气体以防熔池氧化,填料金属偶有使用。
防熔池氧化,填料金属偶有使用。
激光焊接示意图激光焊接的优缺点激光焊接的主要优点激光焊接的主要优点ll(11)可将入热量降到最低的需要量,热影响区金相变化)可将入热量降到最低的需要量,热影响区金相变化范围小,且因热传导所导致的变形亦最低。
范围小,且因热传导所导致的变形亦最低。
ll(22)32mm32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格,板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格,可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。
可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。
ll(33)不需使用电极,没有电极污染或受损的顾虑。
且因)不需使用电极,没有电极污染或受损的顾虑。
且因不属于接触式焊接制程,机具的耗损及变形接可降至最低。
不属于接触式焊接制程,机具的耗损及变形接可降至最低。
ll(44)激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引,可放)激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引,可放置在离工件适当之距离,且可在工件周围的机具或障碍间置在离工件适当之距离,且可在工件周围的机具或障碍间再导引,其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。
再导引,其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。
ll(55)工件可放置在封闭的空间(经抽真空或内部气体环)工件可放置在封闭的空间(经抽真空或内部气体环境在控
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