电子束焊及等离子弧焊特点
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四种焊接技术的区别
焊接技术有很多种,如电阻焊、氩弧焊、电了束焊、等离子焊等。
那么跟它们有什么区别和不同呢?
1)、电阻焊:它用来焊接薄金属件,在两个电极间夹紧被焊工件通过大的电流熔化电极接触的表面,即通过工件电阻发热来实施焊接。
工件易变形,电阻焊通过接头两边焊合,而激光焊只从单边进行,电阻焊所用电极需经常维护以清除氧化物和从工件粘连着的金属,激光焊接薄金属搭接接头时并不接触工件,再者,光束还可进入常规焊难以焊及的区域,焊接速度快。
2)、氩弧焊:使用非消耗电极与保护气体,常用来焊接薄工件,但焊接速度较慢,且热输入比激光焊大很多,易产生变形。
3)、等离子弧焊:与氩弧类似,但其焊炬会产生压缩电弧,以提高弧温和能量密度,它比氩弧焊速度快、熔深大,但逊于激光焊。
4)、电子束焊:它靠一束加速高能密度电子流撞击工件,在工件表面很小密积内产生巨大的热,形成小孔效应,从而实施深熔焊接。
电子束焊的主要缺点是需要高真空环境以防止电子散射,设备复杂,焊件尺寸和形状受到真空室的限制,对韩件装配质量要求严格,非真空电子束焊也可实施,但由于电子散射而聚焦不好影响效果。
电子束焊还有磁偏移和X 射线问题,由于电子带电,会受磁场偏转影响,故要求电子束焊工件焊前去磁处理。
X射线在高压下特别强,需对操作人员实施保护。
激光焊接则不需真空室和对工件焊前进行去磁处理,它可在大气中进行,也没有防X射线问题,所以可在生产线内联机操作,也可焊接磁性材料。
一、等离子弧焊接方法及工艺特点1.等离子焊接原理等离子态是除固态、液态、气态之外的第四种物质存在形态。
等离子焊接是从钨级氩弧焊的基础上发展起来的一种高能焊接方法。
钨级氩弧焊是自由电弧,而等离子电弧是压缩电弧。
等离子弧是离子气被电离产生高温离子化气体,并经过水冷喷嘴,受到压缩,从而导致电弧的截面积变小,电流密度增大,电弧温度增高。
等离子电弧能量密度可达105-106W/cm2,比自由电弧(约105W/cm2以下)高,其温度可达18000-24000K,也高于自由电弧(5000-8000K)很多。
因此,等离子电弧挺度比自由电弧好,指向性好,喷射有力,熔透能力强,可比自由电弧一次焊透更厚的金属。
因此,等离子电弧焊接与电子束(能量密度105W/mm2)、激光束(能量密度105W/mm2)焊接一同被称为高能密度焊接。
等离子焊接示意图如下图:等离子焊接原理示意图2.等离子电弧的种类等离子电弧主要分为三种类型:◆非转移型等离子电弧主要用于非金属材料的焊接。
◆转移型等离子电弧主要用于金属材料的焊接。
◆联合型等离子电弧主要用于微束等离子的焊接。
3.等离子基本焊接方法按焊缝成型原理,等离子焊接有两种基本的焊接方法:熔透型和小孔型等离子焊接。
◆熔透型等离子焊接在焊接过程中离子气较小,弧柱的压缩程度较弱,只熔透工件,但不产生小孔效应的等离子焊接方法。
其焊缝成型原理与氩弧焊类似,主要用于薄板焊接及厚板多层焊。
◆小孔型等离子焊接利用小孔效应实现等离子弧焊接的方法称为小孔型等离子焊接。
由于等离子具有能量集中﹑电弧力强的特点,在适当的参数条件下,等离子弧可以直接穿透被焊工件,形成一个贯穿工件厚度方向的小孔,小孔周围的液体金属在电弧力﹑液态金属表面张力以及重力下保持平衡,随着等离子弧在焊接方向移动,熔化金属沿着等离子弧周围熔池壁向熔池后方流动,并逐渐凝固形成焊逢,小孔也跟着等离子弧向前移动,如下图所示。
小孔效应示意图小孔效应的优点在于可以单道焊接厚板,一次焊透双面成型。
特种焊接——电子束焊新技术和新工艺目录1.前言2.电子束焊的特点3.电子束焊焊接方法的分类4.电子束焊的主要优缺点5.电子束焊的应用范围6.电子束焊的设备与装备7.电子束焊的焊接工艺8. 电子束焊的工艺参数9.获得深熔焊的工艺方法10.总结1.前言在各种产品制造工业中,焊接与切割(热切割)是一种十分重要的加工工艺。
据工业发达国家统计,每年仅需要进行焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。
金属焊接是指通过适当的手段,使两个分离的金属物体(同种金属或异种金属)产生原子(分子)间结合而连接成一体的连接方法。
焊接不仅可以解决各种钢材的连接,而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接,因而已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。
随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展,焊接技术不断进步。
仅以新型焊接方法而言,到目前为止,已达数十种之多。
特种焊接技术是指除了焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等一些常规的焊接方法之外的一些先进的焊接方法,如激光焊、电子束焊、等离子弧焊、扩散焊等。
生产中选择焊接方法时,不但要了解各种焊接方法的特点和选用范围,而且要考虑产品的要求,然后还要根据所焊产品的结构、材料以及生产技术等条件做出初步选择。
电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。
电子束撞击工件时,其动能的96%可转化为焊接所需的热能,能量密度高达310~510KW/2cm ,而焦点处的最高温度达5953C 左右。
电子束焊是一种先进的焊接方法,在工业上的应用只有不到60年的历史,首先是用于原子能及宇航工业,继而扩大到航空、汽车、电子、电器、机械、医疗、石油化工、造船、能源等工业部门,创造了巨大的社会经济效益,并日益受到人们的关注。
2.电子束焊的特点电子束焊(electronic beam welding )是高能量密度的焊接方法,它利用空间定向高速运动的电子束,撞击工件表面并将动能转化为热能,使被焊金属迅速融化和蒸发。
等离子弧焊等离子弧焊成品等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。
气体由电弧加热产生离解,在高速通过水冷喷嘴时受到压缩,增大能量密度和离解度,形成等离子弧。
它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧,因而具有较大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气体一般用氩。
根据各种工件的材料性质,也有使用氦或氩氦、氩氢等混合气体的。
目录基本信息工作方式过程特点应用等离子弧焊接和切割各种焊接方法及设备等离子弧焊设备国外焊接技术最新进展等离子弧焊的工艺参数等离子弧焊直接金属成形技术的工艺研究等离子焊优点等离子弧的特性合金材料的等离子弧焊•超薄壁管子的微束等离子弧焊安全防护技术基本信息缩写abbr. :PAW.[军] Plasma-Arc Welding, 等离子弧焊——简明英汉词典工作方式等离子弧有两种工作方式。
一种是“非转移弧”,电弧在钨极与喷嘴之间燃烧,主要用於等离子喷镀或加热非导电材料;另一种是“转移弧”,电弧由辅助电极高频引弧后,电弧燃烧在钨极与工件之间,用於焊接。
形成焊缝的方式有熔透式和穿孔式两种。
前一种形式的等离子弧只熔透母材,形成焊接熔池,多用於0.8~3毫米厚的板材焊接;后一种形式的等离子弧只熔穿板材,形成钥匙孔形的熔池,多用於 3~12毫米厚的板材焊接。
此外,还有小电流的微束等离子弧焊,特别适合於0.02~1.5毫米的薄板焊接。
等离子弧焊接属于高质量焊接方法。
焊缝的深/宽比大,热影响区窄,工件变形小,可焊材料种类多。
特别是脉冲电流等离子弧焊和熔化极等离子弧焊的发展,更扩大了等离子弧焊的使用范围。
过程特点操作方式等离子弧焊与TIG焊十分相似,它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。
但是,通过在焊炬中安置电极,能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来,随后推动等离子通过孔型良好的铜喷管将弧压缩。
通过改变孔的直径和等离子气流速度,可以实现三种操作方式:1、微束等离子:0.1~15A在很低的焊接电流下,材苁褂梦⑹?壤胱踊<词乖诨〕け浠?怀??0mm时,柱状弧仍能保持稳定。
焊接方法焊接:通常是指金属的焊接。
是通过加热或加压,或两者同时并用,使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。
分类:根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同,焊接方法可以分为三大类。
(1)熔焊。
将工件焊接处局部加热到熔化状态,形成熔池(通常还加入填充金属),冷却结晶后形成焊缝,被焊工件结合为不可分离的整体。
常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。
(2)压焊。
在焊接过程中无论加热与否,均需要加压的焊接方法。
常见的压焊有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊等。
(3)钎焊。
采用熔点低于被焊金属的钎料(填充金属)熔化之后,填充接头间隙,并与被焊金属相互扩散实现连接。
钎焊过程中被焊工件不熔化,且一般没有塑性变形。
焊接生产的特点:(1)节省金属材料,结构重量轻。
(2)以小拼大、化大为小,制造重型、复杂的机器零部件,简化铸造、锻造及切削加工工艺,获得最佳技术经济效果。
(3)焊接接头具有良好的力学性能和密封性。
(4)能够制造双金属结构,使材料的性能得到充分利用。
应用:焊接技术在机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、航空及航天工业等应用十分广泛。
不足:焊接技术也还存在一些不足之处,如焊接结构不可拆卸,给维修带来不便;焊接结构中会存在焊接应力和变形;焊接接头的组织性能往往不均匀,并会产生焊接缺陷等。
各种焊接技术介绍一、电弧焊电弧:一种强烈而持久的气体放电现象,正负电极间具有一定的电压,而且两电极间的气体介质应处在电离状态。
引燃焊接电弧时,通常是将两电极(一极为工件,另一极为填充金属丝或焊条)接通电源,短暂接触并迅速分离,两极相互接触时发生短路,形成电弧。
这种方式称为接触引弧。
电弧形成后,只要电源保持两极之间一定的电位差,即可维持电弧的燃烧。
电弧特点:电压低、电流大、温度高、能量密度大、移动性好等,一般20~30V的电压即可维持电弧的稳定燃烧,而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的焊接要求,电弧的温度可达5000K以上,可以熔化各种金属。
电子束焊
真空电子束焊接具有以下特点:
●电子束能焊接不同的金属及合金材料,尤其高难熔金属都能焊接
●电子束可以精确的确定焊缝的位置,精度和重复性误差为0% 。
●最大的穿透深度,可达15MM
●最高的深宽比大于10:1。
●焊接直径可达400MM
●电子束焊接,其焊缝化学成份纯净, 焊接接头强度高、质量好。
●电子束焊接所需线能量小,而焊接速度高,因此焊件的热影响区小、焊件变形小,除一般焊接外,还可以对精加工后的零部件进行焊接。
●可焊接异种金属, 如铜和不锈钢、钢与硬质合金、铬和钼、铜铬和铜钨等。
●真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染,而且有利于焊缝金属的除气和净化,因而特别适于活泼金属焊接。
也常用于电子束焊接真空密封元件,焊后元件内部保持在真空状态
●在真空中进行焊接,焊缝纯净、光洁,呈镜面,无氧化等缺陷。
●电子束能量密度高达108瓦/厘米2,能把焊件金属迅速加热到很高温度,因而能熔化任何难熔金属与合金。
熔深大、焊速快,热影响区极小,因此对接头性能影响小,接头基本无变形。
●与普通焊接相比, 其焊接速率更高(尤其对于大厚件的焊接工件)。
等离子弧焊
1.1 等离子弧的产生:
(1)等离子弧的概念:
自由电弧:未受到外界约束的电弧,如一般电弧焊产生的电弧。
等离子弧:受外部拘束条件的影响使孤柱受到压缩的电弧。
自由电弧弧区内的气体尚未完全电离,能量未高度集中,而等离子弧弧区内的气体完全电离,能量高度集中,能量密度很大,可达10~10W/cm2,电弧温度可高达24000~50000K(一般自由状态的钨极氩弧焊最高温度为10000~20000K,能量密度在10W/cm2以下)能迅速熔化金属材料,可用来焊接和切割。
(2)等离子弧的产生
等离子弧发生装置如图6-4-1所示。
在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压,经高频振荡使气体电离形成自由电弧,该电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。
①机械压缩效应(作用)——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道,使电弧截面受到拘束,不能自由扩展。
②热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时,冷气流均匀地包围着电弧,使电弧外围受到强烈冷却,迫使带电粒子流(离子和电子)往弧柱中心集中,弧柱被进一步压缩。
③电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体,在弧柱电流本身产生的磁场作用下,产生的电磁力使孤柱进一步收缩。
电弧经过以上三种压缩效应后,能量高度集中在直径很小的弧柱中,弧柱中的气体被充分电离成等离子体,故称为等离子弧。
当小直径喷嘴,大的气体流量和增大电流时,等离子焰自喷嘴喷出的速度很高,具有很大的冲击力,这种等离子弧称为“刚性弧”,主要用于切割金属。
反之,若将等离子弧调节成温度较低、冲击力较小时,该等离子弧称为“柔性弧”,主要用于焊接。
1.2 等离子弧焊接
1.2.1 基本知识
用等离子弧作为热源进行焊接的方法称为等离子孤焊接。
焊接时离子气(形成离子弧)和保护气(保护熔池和焊缝不受空气的有害作用)均为氩气。
等离子弧焊所用电极一般为钨极(与钨极氩弧焊相同,国内主要采用钍钨极和铈钨极,国外还采用锆钨极和锆极),有时还需填充金属(焊丝)。
一般均采用直流正接法(钨棒接负极)。
故等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。
1.2.2 等离子弧焊接的分类:
1.小孔型等离子弧焊
小孔型焊又称穿孔、锁孔或穿透焊。
利用等离子弧能量密度大、和等离子流力强的特点,将工件完全熔透并产生一个贯穿工件的
小孔。
被熔化的金属在电弧吸力、液体金属重力与表面张力相互作!用下保持平衡。
焊枪前进时,小孔在电弧后方锁闭,形成完全熔透‘的焊缝。
穿孔效应只有在足够的能量密度条件下才能形成。
板厚增加:所需能量密度也增加。
由于等离子弧能量密度的提高有一定限制,爵因此小孔型等离子弧焊只能在有限板厚内进行。
2.熔透型等离子弧焊
当离子气流量较小、弧抗压缩程度较弱时,这种等离子弧在焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应。
焊缝成形原理和钨极氢弧焊类似,此种方法也称熔入型或熔蚀法等离子弧焊。
主要用于薄板加单面焊双面成形及厚板的多层焊。
3.微束等离子弧焊
15 ^30A以下的熔入型等离子弧焊接通常称为微束等离子弧焊接。
由于喷嘴的拘束作用和维弧电流的同时存在,使小电流的等离子弧可以十分稳定,目前已成为焊接金属薄箔的有效方法。
为保证焊接质量,应采用精密的装焊夹具保证装配质量和防止焊接变形。
工件表面的清洁程度应给予特别重视。
为了便于观察,可采用光学放大观察系统。
1.2.3 等离子弧焊接的特点及应用:特点
(1)微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。
(2)具有小孔效应,能较好实现单面焊双面自由成形。
(3)等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透能力强,10~12mm厚度钢材可不开坡口,能一次焊透双面成形,焊接速度快,生产率高,应力变形小。
(4)设备比较复杂,气体耗量大,只宜于室内焊接。
应用
广泛用于工业生产,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等。
等离子弧的类型
按电源连接方式的不同,等离子弧有非转移型、转移型和联合型三种形式见图23。
(1)非转移型等离子弧钨极接电源负端,喷嘴接电源正端,等离子弧体产生在钨极与喷嘴之间,在等离子气体压送下,弧柱从喷嘴中喷出,形成等离子焰。
(2)转移型等离子弧钨极接电流负端,焊件接电流正端,等离子弧产生的钨极和焊件之间。
因为转移弧能把更多的热量传递给焊件,所以金属焊接、切割几乎都是采用转移型等离子弧。
(3)联合型等离子弧工作时非转移弧和转移弧同时并存,故称为联合型等离子弧。
非转移弧起稳定电弧和补充加热的作用,转移弧直接加热焊件,使之熔化进行焊接。
主要用于微束等离子弧焊和粉末堆焊。
转移型等离子弧的产生方法
为建立转移型等离子弧,应将钨极接电源负极,喷嘴和焊件同时接正极,转移型弧示意图见图24。
首先接通钨极与喷嘴之间的电路,引燃钨极与喷嘴之间的电弧,接着迅速接通钨极和焊件之间的电路,使电弧转移到钨极和焊件之间直接燃烧,同时切断钨极和喷嘴之间的电路,转移型等离子弧就正式建立。
在正常工作状态下,喷嘴不带电,在开始引燃时产生的等离子弧,只是作为建立转移弧的中间媒介。
常用等离子弧焊的基本方法
常用的等离子弧焊基本方法有小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微束等离子弧焊三种。
(1)小孔型等离子弧焊使用较大的焊接电流,通常为50~500A,转移型弧。
施焊时,压缩的等离子焰流速度较快,电弧细长而有力,为熔池前端穿透焊件而形成一个小孔,焰流
穿过母材而喷出,称为“小孔效应”,其示意图见图25。
随着焊枪的前移,小孔也随着向前移动,后面的熔化金属凝固成焊缝。
由于等离子弧能量密度的提高有一定限制,因此小孔型等离子弧焊只能在有限厚板内进行焊接,见表2。
表2 小孔型等离子弧焊一次焊透厚度(mm)
不锈钢≤8
钛及钛合金≤12
镍及镍合金≤6
低合金钢≤7
低碳钢≤8
(2)熔透型等离子弧焊当等离子气流量较小、弧柱压缩程度较弱时,此种等离子弧在焊接过程中只熔化焊件而不产生小孔效应,焊缝成形原理与钨极氩弧焊相似,称为熔透型等离子弧焊,主要用于厚度小于2~3mm的薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。
(3)微束等离子弧焊焊接电流30A以下熔透型焊接称为微束等离子弧焊。
采用小孔径压缩喷嘴(ф0.6mm~ф1.2mm)及联合型弧,当焊接电流小至1A以下,电弧仍能稳定地燃烧,能够焊接细丝和箔材。