陕西雷奇华能科技有限公司-专业焊接服务,专业激光焊接,专业激光切割 http://www.weldtop.com 雷奇华能,焊接制造,激光焊接,西安激光焊接加工,西安激光切割加工,西安微束等离子焊接,西安熔覆堆焊,西安精密非标焊接加工,西安激光设备销售及服务,西安激光雕刻,西安激光浮雕加工,西安精密加工,西安激光深雕,专业有色金属焊接,西安金属拼接工艺品制造,中国焊接制造。 Tue, 12 Nov 2019 18:18:21 +0800 zh-CN hourly 1 https://www.s-cms.cn/?v=4.7.5 人才团队 Tue, 12 Nov 2019 18:18:21 +0800 有一定的识图能力和氩弧焊工作经验,热爱专业,能自觉的完成自己本职工作

1、焊工 对于熟悉氩弧焊,有一定的识图能力和钳工基础,热爱专业,能自觉的完成自己本职工作。

2、钣金工   有一定的工作经验。能够熟悉操作剪板机,折弯机以及冲床,具有很强的识图能力,能够熟练运用CDA。

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公司资质 Tue, 12 Nov 2019 18:18:21 +0800



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企业文化 Tue, 12 Nov 2019 18:18:21 +0800




造卓越品质 守永恒诚信 品质始于设计 品质始于控制 品质始于选材








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公司简介 Tue, 12 Nov 2019 18:18:21 +0800     陕西雷奇华能科技有限公司成立于2003 年 ,公司位于西安市经济开发区东仪路3号。公司是西北地区发展最早的专业机加、焊接制造企业。多年来为军工、石油、化工、天燃气、电力、医疗、煤炭、环保、市政机械、等二十几个行业,近百家企业提供了优良的技术服务。现已经成为一家承担军品和民品的非标制造的民营企业,具有较强的非标设备制造能力。

    公司拥有高精度激光切割机、激光焊接机等专业焊接设备。各类进口精密机加设备,对工件的精度可达到μm级工差。质量检验手段完善。具有较强的军品、民品的非标设备制造能力。 公司成立至今,与国内部分大专院校和军工企业、科研院所进行广泛的技术交流和技术合作,如石油大校技术研究所、兰大专业焊接院、交大焊接系、武汉焊接学院等高校有长期的技术合作。公司技术部在工作中对焊接技术要求精益求精,在工作实践中公司研发部将一些传统焊接工艺进行技术革新,使新的工艺与现代焊接技术更加紧密的结合。多年来在焊接及机加技术上都有新的突破。

    公司主要经营:机械设备制造、安装;精密机械加工、有色金属加工、焊接;工程焊接及压力容器焊接、安装;激光焊接、激光切割、氩弧焊:铝、不锈钢及各类防腐、耐磨喷焊;火焰钎焊:铜、铝、银(全部焊接均为国家级高级焊工主焊)。 公司已与多家企业建立了良好的长期合作关系,公司遵循优势互补的原则,全面地、优质地为客户提供最佳服务。以诚为本,广交天下朋友,奉行以质量求生存,遵循军工产品管理规则,求实务真,开拓向上的宗旨。


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焊接行业的进程 Tue, 12 Nov 2019 18:18:21 +0800 焊接是通过加热、加压,或两者并用,使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛,既可用于金属,也可用于非金属。
焊接技术的发展历史
    焊接技术是随着金属的应用而出现的,古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺,就是铁与铜的铸焊件,其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折,接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙,是分段钎焊连接而成的。经分析,所用的与现代软钎料成分相近。
    战国时期制造的刀剑,刀刃为钢,刀背为熟铁,一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著《天工开物》一书记载:中国古代将铜和铁一起入炉加热,经锻打制造刀、斧;用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上,分段煅焊大型船锚。中世纪,在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。
    古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上,使用的热源都是炉火,温度低、能量不集中,无法用于大截面、长焊缝工件的焊接,只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。
    19世纪初,英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源;1885~1887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳;1900年又出现了铝热焊。
    20世纪初,碳极电弧焊和气焊得到应用,同时还出现了薄药皮焊条电弧焊,电弧比较稳定,焊接熔池受到熔渣保护,焊接质量得到提高,使手工电弧焊进入实用阶段,电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。
    在此期间,美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度,制成自动电弧焊机,从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊,焊接机械化得到进一步发展。40年代,为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要,钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。
    1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊,成为大厚度工件的高效焊接法。1953年,苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊,促进了气体保护电弧焊的应用和发展,如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。
    1957年美国的盖奇发明等离子弧焊;40年代德国和法国发明的电子束焊,也在50年代得到实用和进一步发展;60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现,标志着高能量密度熔焊的新发展,大大改善了材料的焊接性,使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。
    其他的焊接技术还有1887年,美国的汤普森发明电阻焊,并用于薄板的点焊和缝焊;缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法,随着缝焊过程的进行,工件被两滚轮推送前进;二十世纪世纪20年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956年,美国的琼斯发明超声波焊;苏联的丘季科夫发明摩擦焊;1959年,美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊;50年代末苏联又制成真空扩散焊设备。
焊接工艺
    金属焊接方法有40种以上,主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。
    熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态,不加压力完成焊接的方法。熔焊时,热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化,形成熔池。熔池随热源向前移动,冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。
    在熔焊过程中,如果大气与高温的熔池直接接触,大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池,还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷,恶化焊缝的质量和性能。
    为了提高焊接质量,人们研究出了各种保护方法。例如,气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气,以保护焊接时的电弧和熔池率;又如钢材焊接时,在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧,就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池,冷却后获得优质焊缝。
    压焊是在加压条件下,使两工件在固态下实现原子间结合,又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊,当电流通过两工件的连接端时,该处因电阻很大而温度上升,当加热至塑性状态时,在轴向压力作用下连接成为一体。
    各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程,因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损,和有害元素侵入焊缝的问题,从而简化了焊接过程,也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短,因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料,往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。
    钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料,将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度,利用液态钎料润湿工件,填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散,从而实现焊接的方法。
    焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用,而发生组织和性能变化,这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同,焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象,也使焊件性能下降,恶化焊接性。这就需要调整焊接条件,焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。
    另外,焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程,焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩,冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力,矫正焊接变形。
    现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头,接头处的强度除受焊缝质量影响外,还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。
    对接接头焊缝的横截面形状,决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时,为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口,以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时,除保证焊透外还应考虑施焊方便,填充金属量少,焊接变形小和坡口加工费用低等因素。
    厚度不同的两块钢板对接时,为避免截面急剧变化引起严重的应力集中,常把较厚的板边逐渐削薄,达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接,常优先采用对接接头的焊接。
    搭接接头的焊前准备工作简单,装配方便,焊接变形和残余应力较小,因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说,搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。
    采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝,这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中;焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。
    角接头承载能力低,一般不单独使用,只有在焊透时,或在内外均有角焊缝时才有所改善,多用于封闭形结构的拐角处。
    焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻,对于交通运输工具来说可以减轻自重,节约能量。焊接的密封性好,适于制造各类容器。发展联合加工工艺,使焊接与锻造、铸造相结合,可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构,经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料,焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料,充分发挥各种材料的特长,达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少,而且日益重要的加工工艺方法。
    在近代的金属加工中,焊接比铸造、锻压工艺发展较晚,但发展速度很快。焊接结构的重量约占钢材产量的45%,铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加。
    未来的焊接工艺,一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料,以进一步提高焊接质量和安全可靠性,如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源;运用电子技术和控制技术,改善电弧的工艺性能,研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。
    另一方面要提高焊接机械化和自动化水平,如焊机实现程序控制、数字控制;研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机;在自动焊接生产线上,推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人,可以提高焊接生产水平,改善焊接卫生安全条件。

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焊接标准发布简讯(二) Tue, 12 Nov 2019 18:18:21 +0800 焊接标准发布简讯(二)
根据《中华人民共和国国家标准批准发布公告2008年第7号(总第120号)》,全国焊接标准化技术委员会归口的3项焊接标准得到批准发布,标准编号、名称、批准和实施日期具体如下:

  序号 标准编号 标准名称 代替标准编号 批准日期 修订日期 实施日期

  1 GB/T 10046-2008 银钎料 GB/T 10046-2000 1988-12-10 2008-05-06 2008-11-01

  2 GB/T 11363-2008 钎焊接头强度试验方法 GB/T 11363-1989 GB/T 8619-1988 1989-05-08 2008-05-06 2008-11-01

  3 GB/T 11364-2008 钎料润湿性试验方法 GB/T 11364-1989 1989-05-08 2008-05-06 2008-11-01

 1 GB/T324-2008  焊缝符号表示法 GB/T 324-1988  1964-07-29  2008-06-26  2009-01-01

  2 GB/T 1954-2008  铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法 GB/T 1954-1980 1980-05-15 2008-06-26 2009-01-01

  3 GB/T 6418-2008 铜基钎料 GB/T 6418-1993 1986-05-24 2008-06-26  2009-01-01

  4 GB/T 8110-2008 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝 GB/T 8110-1995 1987-07-28 2008-06-26 2009-01-01

  5 GB/T 10859-2008 镍基钎料 GB/T 10859-1989 1989-03-31 2008-06-26 2009-01-01

  6 GB/T 13815-2008 铝基钎料  GB/T 13815-1992 1992-11-05 2008-06-26 2009-01-01

  7 GB/T 15620-2008 镍及镍合金焊丝 GB/T 15620-1995 1995-07-12 2008-06-26 2009-01-01

  8 GB/T 15829-2008 软钎剂 分类与性能要求 GB/T 5829.1-1995 GB/T 5829.2-1995 GB/T 5829.3-1995 GB/T 15829.4-1995 1995-12-14 2008-06-26 2009-01-01

  9 GB/T 17493-2008 低合金钢药芯焊丝 GB/T 17493-1998 1998-09-02 2008-06-26 2009-01-01

  10 GB/T 22085.1-2008 电子束及激光焊接接头 缺欠质量分级指南 第1部分:钢   2008-06-26 2009-01-01

  11 GB/T 22085.2-2008 电子束及激光焊接接头 缺欠质量分级指南 第2部分:铝及铝合金   2008-06-26   2009-01-01

  12 GB/T 22086-2008 铝及铝合金弧焊推荐工艺 2008-06-26   2009-01-01

  13 GB/T 22087-2008  铝及铝合金的弧焊接头 缺欠质量分级指南 2008-06-26    2009-01-01

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焊接标准发布简讯(一) Tue, 12 Nov 2019 18:18:22 +0800 焊接标准发布简讯(一)

根据《中华人民共和国国家标准批准发布公告2008年第5号(总第118号)》,全国焊接标准化技术委员会归口的16项焊接标准得到批准发布,标准编号、名称、批准和实施日期具体如下:

  序号 标准编号 标准名称 代替标准编号 批准日期 修订日期 实施日期

  1 GB/T 985.1-2008  气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口  GB/T 985-1988  1967-03-04  2008-03-31  2008-09-01

  2 GB/T 985.2-2008  埋弧焊的推荐坡口  GB/T 986-1988  1967-03-04  2008-03-31  2008-09-01

  3 GB/T 985.3-2008  铝及铝合金气体保护焊的推荐坡口     2008-03-31     2008-09-01

  4 GB/T 985.4-2008  复合钢的推荐坡口     2008-03-31     2008-09-01

  5 GB/T 2650-2008  焊接接头冲击试验方法  GB/T 2650-1989  1981-05-19  2008-03-31  2008-09-01

  6 GB/T 2651-2008  焊接接头拉伸试验方法  GB/T 2651-1989  1981-05-19  2008-03-31  2008-09-01

  7 GB/T 2652-2008  焊缝及熔敷金属拉伸试验方法  GB/T 2652-1989  1981-05-19  2008-03-31  2008-09-01

  8 GB/T 2653-2008  焊接接头弯曲试验方法  GB/T 2653-1989  1981-05-19  2008-03-31  2008-09-01

  9 GB/T 2654-2008  焊接接头硬度试验方法  GB/T 2654-1989  1981-05-19  2008-03-31  2008-09-01

  10 GB/T 9460-2008  铜及铜合金焊丝  GB/T 9460-1988  1988-06-24  2008-04-16  2008-10-01

  11 GB/T 10858-2008  铝及铝合金焊丝  GB/T 10858-1989  1989-03-31  2008-04-16  2008-10-01

  12 GB/T 13814-2008  镍及镍合金焊条  GB/T 13814-1992  1992-11-05  2008-04-16  2008-10-01

  13 GB/T 19867.2-2008  气焊焊接工艺规程     2008-03-31     2008-09-01

  14 GB/T 19867.3-2008  电子束焊接工艺规程     2008-03-31     2008-09-01

  15 GB/T 19867.4-2008  激光焊接工艺规程     2008-03-31     2008-09-01

  16 GB/T 19867.5-2008  电阻焊焊接工艺规程     2008-03-31    2008-09-01

本篇文章来源于 “中国金属加工在线”

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脉动焊电流脉冲对钢轨焊接质量的影响 Tue, 12 Nov 2019 18:18:22 +0800     分析了脉动焊轨工艺在焊接U75V 钢轨的过程中,顶锻前期电流脉冲对焊接质量的影响,认为顶锻前的较大电流脉冲易使焊缝部位形成焊接缺陷,并提出了相应的解决措施。关键词:钢轨焊接 电流脉冲 质量 影响  2003 年济南铁路局首次换铺U75V 钢轨无缝线路,换轨段承担了包钢U75V 钢轨的焊接任务。作为一种新型的高强度耐磨钢轨,U75V 钢轨的含硅量增加,可焊性变差,对焊接缺陷十分敏感,若使用传统的连续闪光焊工艺要通过TBPT1632 —91 标准要求的落锤指标则十分困难。换轨段的科技人员开发了国产K900 焊机的脉动焊接工艺,既保证了焊接质量,又大幅度地提高了焊轨效率。作为一种比较新颖的焊轨工艺,脉动焊轨技术有待我们进行深层次的研究。本文针对生产过程中顶锻前电流脉冲对焊接质量的影响机理进行了初步的探讨。 1  脉动焊工艺简介  钢轨脉动焊工艺是K系列焊机独具特色的当今世界最先进的焊轨工艺之一。20 世纪90 年代以来,由于可编程控制技术和计算机技术在焊机控制系统上的应用,脉动焊轨技术能够实现对钢轨的高效率加热,并能减少焊接缺陷,提高接头机械强度[1 ] 。焊机液压系统通过比例阀精确控制焊件的送进和分离,可使平均焊接电流保持在500A左右,焊接时间仅100 s左右,不足传统连续闪光工艺的1P2。 2  问题的提出  K900 焊机的脉动工艺试验通过型式检验后,随即进行U75V 钢轨试焊生产,在生产过程中,通过计算机监控系统发现一部分焊头的焊接电流在带电顶锻前期有不同程度的电流脉冲(如图1 是一典型的脉冲现象,图2 是最后阶段的放大) 。在91 s 时出现多个高达700 A 的电流脉冲。根据前期试验积累的数据表明,在顶锻前出现电流脉冲会对焊接质量产生不利影响,质量波动表现在接头的抗锤击性能下降[2 ] 。试生产阶段为了确保焊接质量,在遇到上述情况时要求重新焊接,但由于脉动焊对钢轨端面垂直度的严格要求,报废焊头不能使用氧乙炔火焰切割,只能使用带锯机锯切,这就会在一定程度上影响焊轨生产进度。经过一个多月的试生产,电流脉冲现象时有发生,有必要对这一现象进行深入的研究。 3  试验 3.1  缺陷分析   为深刻认识电流脉冲对焊接质量的影响,我们将出现电流脉冲的焊头按照113 m 的长度锯切下来进行落锤检验,通过对17 只接头的落锤检验证实,带电顶锻前的大电流脉冲视电流大小和出现的时机对焊接质量产生不同的影响,电流脉冲越大,离带电顶锻阶段越近,对焊接质量的影响也就越大。对质量的影响大多数是以灰斑的形式显现的。对于断口上的灰斑,较连续闪光工艺不同之处是灰斑的颜色较深,灰斑区域没有挤压痕迹,也没有常见的平齐和光斑并生现象。为此,将折断的部分焊头进行了金相分析。  金相试头编号:C9710 号,将裂源处锯切下来,送铁科院进行了分析。图3 是一典型断口的宏观形貌,轨底角尖端可见微小灰斑,由周围的放射状纹理可知灰斑是裂纹源。由图4 能谱可知,夹杂物主要是硅、锰,还有少量钙。由图5 可以清晰地见到灰斑内存在夹杂物,断口存在韧窝,夹杂物大小不等。由图6 可见正常区(灰斑以外) 是清晰的解理断口,正常区无夹杂。  关于灰斑的分类和成因钢轨焊接界至今尚无定论,但有一点已经达成了共识,即灰斑缺陷的产生可以归结为母材和工艺方面的原因。在焊接过程的顶锻前期出现较大的电流脉冲,就意味着有较多液态过梁参与导电而导致较大的爆破,爆破产生较深的火口或高熔点的硅酸盐夹杂物不能被挤出,而且越接近顶锻阶段越不容易被挤出来,留在焊缝内形成焊接缺陷。 3.2  后期工作  焊轨生产依据的焊接工艺参数通过了型式检验,而设备状态的波动会干扰焊接工艺的准确执行。通过分析认为,液压油的洁净度及机械结构的精确度下降会导致电流脉冲现象的增加,由于脉动焊接工艺是依靠精密控制焊件的接触和分离来实现焊件的闪光加热,所以脉动工艺对设备的要求比较高,焊机在使用一段时间后,由于器件磨损或紧固件松动等原因,使焊接过程中机械执行机构的动作滞后于焊接控制系统,就有产生电流脉冲的可能。另外液压油的洁净度下降会导致比例阀等液压元件在输出指令时产生偏差,同样会在焊接过程中影响焊件的接触电阻,当参与导电的液态金属过梁的数目非正常增加时,反映在电流曲线上就是电流脉冲。  为验证以上分析,我们对设备进行了彻底检查,清洗了液压系统;紧固了二次导电回路;对焊机的机械结构进行了全面检修,提高了机械精度。在以后的焊轨生产中有效地减少了电流脉冲的现象。 4  结论  1) 电流脉冲对焊接质量的影响可归结为灰斑对质量的影响,而对焊缝金属的金相组织没有明显的影响,正常区的金相组织是珠光体和少量的铁素体。  2) 脉动焊轨工艺对设备的要求比较高,必须保证设备始终处于优良状态。  3) 根据试验结果,规定在顶锻前期5 s 内产生600A 以上的电流脉冲,要求切掉重焊。采取以上措施后,大电流脉冲现象有所减少,而且完善了质量标准,有效地提高了焊轨进度。2003 年换轨段铺设的U75V 钢轨无缝线路至今未发生一起焊头断头事故。

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切割机分类 Tue, 12 Nov 2019 18:18:22 +0800 中厚板切割机

最大切割厚度9mm有效切割厚度6mm

星辰第三代大幅面切割机特点:

有效切割速度快

在保证切割效果情况下,切速2米/分钟(1mm厚钢板),6mm/S(5mm厚钢板),实际最小切缝0.2mm。性能优于同类产品,能一次切割出精细产品,甚至无须二次表面处理。

切割效果好,替代多种设备

可直接替代线切割、剪板机和冲床,具备“剪板”,“冲床”,“线切割”三体合一的技术和生产能力,大大降低生产成本。

性价比高

1500 mm*3000 mm大幅面切割与百万元大功率CO2切割机大部份性能相同,但只有不到三分一的价格,而且使用耗材、耗电等生产成本只有大功率CO2切割机的十分之一。

切割速度

 

中厚板切割机(500W)

切割1mm钢板速度

35mm/s

切割2mm钢板速度

20mm/s

切割3mm钢板速度

10mm/s

切割6mm钢板速度

2mm/s

技术参数:

额定功率:500W

定位精度:±0.1 mm/1000 mm

切缝线宽:0.2—0.8mm

最大切割速度:35mm/s

最大有效切割厚度:6mm(指真正有生产应用价值的切割厚度,切厚10 mm时速度太慢生产效率太低)

切割幅面:300 mm*300 mm /1500 mm *3000 mm等种类

薄板精细切割机

技术参数:

额定功率:255W–450W

定位精度:±0.1

切缝线宽:0.2—0.4mm

最大切割厚度:6mm

最大切割速度:35mm/s

切割幅面:300 mm*300 mm /1500 mm *3000 mm等种类

在保证切割效果状态下最大切割速度:

切割机

1mm不锈钢

2 mm不锈钢

3mm不锈钢

4mm不锈钢

2mm铜板

2 mm铝板

一代机

15mm/s

7mm/s

2mm/s

1mm/s

2mm/s

1mm/s

二代机

24mm/s

11mm/s

7mm/s

3mm/s

5mm/s

3mm/s

三代机

35mm/s

18mm/s

10mm/s

 

 

 

超薄板切割机

超细切割线宽-----0.05mm

该机切缝细,最小切割线宽可达0.05mm,主要切割0.8mm厚度以下的,广泛应用五金、电子、医疗器械等行业的各种薄板精细加工中,具体切割幅面可订制。

星辰切割机

切割板厚

 最大切割速度

切割最小线宽

1

不锈钢

1.0mm

10mm/s

0.12mm

2

0.8mm

10mm/s

0.10mm

3

0.5mm

19mm/s

0.08mm

4

0.2 mm

22mm/s

0.05mm

5

铜片

0.13 mm

10mm/s

0.05mm

6

0.5 mm

6mm/s

0.10mm

7

铝片

0.2 mm

18mm/s

0.07mm

8

0.6mm

9mm/s

0.05mm

技术参数:

定位精度:±0.1 mm

切缝线宽:0.05mm

最大切割速度:22mm/s

最大有效切割厚度:1mm(指真正有生产应用价值的切割厚度,切过厚速度太慢生产效率低)

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塑料激光焊接的工艺要求 Tue, 12 Nov 2019 18:18:23 +0800 1.激光的波长
    在金属材料的激光焊接工艺中,一般采用YAG或者CO2激光作为光源,塑料焊接也不例外。随着半导体材料工业的快速发展,半导体激光作为光源也渐渐得到了应用。
三者之中,由于易于获得较大功率,前两者在传统的材料加工工业中的使用较为普遍;而由于塑料激光焊接对光源功率大小要求不高,但对可控性和易操作性要求较高,因此半导体激光在塑料焊接中也很有用武之地。
CO2、Nd:YAG和半导体激光三种光源的波长、最大功率、最小聚焦直径等参数的典型值如下所列:
1.CO2激光:波长较长,为10.6微米,属远红外波段,一般情况下塑料材料对这一波长的吸收情况好。目前最大输出功率达50kW,转化效率约10%,最小聚焦直径约0.2~0.7mm。焊接塑料时热作用区深度较深,适合于需要焊接较厚的塑料材料。CO2激光不能用光纤传输,只能$&*透镜反射镜组成的光学系统来构建刚性传输光路,从而影响激光头的操作性。
2.Nd:YAG激光:波长较短,为1.06微米,属近红外区波长,不易被塑料吸收。最大输出功率6kW,转化效率为3%,最小聚焦直径0.1~0.5mm。Nd:YAG激光的特点是聚焦区域小,可以方便地通过光纤传输来构建光路,可将激光头装到机器人手臂上,实现焊接过程的数控和精密自动化;另一方面可以较好地透过上层的待焊接材料,到达下层待焊接材料或者中间层而被吸收,从而实现焊接。
3.半导体激光:波长0.8~1.0微米,最大输出功率6kW,转化效率30%,最小聚焦直径0.5mm。由于其输出输出功率较小,适用于焊接激光功率要求较低的场合,如小型塑料器件的精密焊接。半导体激光能量转化效率高,易于实现激光器的小型化和便携化。
2.塑料材料
    能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上,所有热塑性塑料都能够被激光焊接。塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为:在热作用区内的材料,要求对激光光波的吸收性好;不属于热作用区部分的材料,则要求对光波的透过性好,尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的。目前能够使用激光焊接的单种成分塑料包括:PMMA――聚甲基丙烯酸甲脂(有机玻璃),PC塑料,ABS塑料, LDPE-低密度聚乙烯塑料,HDPE-高密度聚乙烯塑料,PVC-聚氯乙稀塑料,Nylon 6-尼龙6,Nylon 66-尼龙66,PS-PS树脂,等等。
      上述各种塑料制成的塑料件,如模制的塑料品、塑料板、薄膜、人造橡胶、纤维甚至纺织物都可以作为被焊接的对象。由于激光焊接具有传统焊接不具备的热作用区小、控制精确容易的特点,因此上述各种单体材料之间也可以进行焊接。
3.吸收剂
     吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺。如前所述,塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化,随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。塑料自身能够以较高吸收率吸收激光能量自然最好,但一般在不添加吸收剂的情况下,塑料对光波的吸收性不是很好,吸收效率很低,融化效率不理想。通常理想的吸收剂是碳黑,碳黑能够将红外波长的激光能量基本全部吸收,从而大大提高塑料的热吸收效果,使得热作用区的材料融化更快、效果更好。一些其他颜色的染料也能够起到相同的吸收光波的效果。
英国焊接学会(TWI,The Welding Institute)研制出了一种对可见光透明的染料。用这种染料做吸收剂,可以得到透明的塑料焊缝。碳黑在吸收红外波段的激光光波的同时,也吸收可见光波,这也是碳黑看起来为黑色的原因,用碳黑作吸收剂会使激光焊接焊缝颜色变深,与母材颜色不同。TWI研制出的对可见光透明的染料只吸收红外波段的电磁波,不吸收可见光,因此看起来焊缝仍然是透明的。很多情况下,塑料焊接要求成品美观、精致,因此相比碳黑,对可见光透明的染料吸收剂非常受青睐。添加吸收剂的方法有3种:一是直接向待焊接材料中渗入吸收剂,这样应该将渗过吸收剂的塑料件放在下面,而把没有渗吸收剂的塑料件放在上面,让激光光波通过;二是向塑料件待焊接的表面渗吸收剂,这样只有被渗透了吸收剂的一部分塑料将成为热作用区而被融化;三是在两块待焊接塑料件的接触处喷涂上或者印刷上吸收剂。
4.其他参数
      与金属焊接不同,塑料激光焊接需要的激光功率并不是越大越好。焊接激光功率越大,塑料件上的热作用区就越大、越深,将导致材料过热、变形、甚至损坏。应该根据需要融化的深度来选择激光功率。塑料激光焊接的速度比较快,一般得到1mm厚焊缝的焊接速度可达20m/min;而采用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜,最高速度可以达到750m/min。
5.软件
       激光焊接系统中,计算机软件的作用是对激光头的运动轨迹和速度、激光功率等一般性的工艺参数进行数字化控制,以达到提高加工速度和精度、改善加工质量的目的,这些与传统的激光加工中的软件控制并没有什么不同,但由于塑料激光焊接中吸收剂的特殊作用,塑料激光焊接控制系统和加工系统又有其自身的特色。
     英国TWI研究所结合其ClearWeld塑料焊接工艺,设计开发了计算预测吸收剂用量及用法的软件。根据不同材料的厚度、颜色、吸收比率等,结合激光器的功率、光波透过率等参数,在焊接前用软件计算吸收剂的用量和添加方法,再根据预测的用量添加吸收剂。提供给软件的输入数据包括:塑料材料特性:种类、厚度、颜色;焊接数据:焊接区域形状复杂程度、宽度、焊接速度;激光器特性:功率、红外光透过率等。经过计算和筛选,软件给出的输出结果包括:吸收剂种类、用量及要求的添加方式的列表,焊接过程中激光光波在上层材料中的能量损失。软件的计算结果与实际焊接测量的结果很接近,图6为焊接后生成的热影响区(HAZ)大小的计算值和实际测量值的对比,所用塑料材料为PMMA。可见,软件计算结果与实测结果非常接近。由于塑料激光焊接的规律性较强,有较好的可预测性,因此,采用软件计算筛选方法预测结果是非常有效和可行的。

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离子堆焊 Tue, 12 Nov 2019 18:18:23 +0800 离子堆焊系统是金属表面改性设备,堆焊工艺是提高金属表面耐磨性、耐腐蚀性和耐冲击等性能的有效技术方法之一。
  等离子粉末堆焊是以等离子弧作为热源,应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固,等离子束离开后自激冷却,形成一层高性能的合金层,从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺,由于等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好,熔深可控性强,通过调节相关的堆焊参数,可对堆焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整。等离子粉末堆焊后基体材料和堆焊材料之间形成融合界面,结合强度高;堆焊层组织致密,耐蚀及耐磨性好;基体材料与堆焊材料的稀释减少,材料特性变化小;利用粉末作为堆焊材料可提高合金设计的选择性,特别是能够顺利堆焊难熔材料,提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。 等离子粉末堆焊具有较高的生产率,美观的成型以及堆焊过程易于实现机械化及自动化。

等离子堆焊的特点:
 1、堆焊熔覆合金层与工件基体呈冶金结合,结合强度高;
 2、堆焊熔覆速度快,低稀释率;
 3、堆焊层组织致密,成型美观;
 4、可在锈蚀及油污的金属零件表面不经复杂的前处理工艺,直接进行等离子堆焊;
 5、堆焊过程易实现机械化、自动化;
 6、与其他等离子喷焊相比设备构造简单,节能易操作,维修维护容易;

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钛及钛合金与不锈钢焊接分析 Tue, 12 Nov 2019 18:18:23 +0800 一、材料特性:

       钛是20世纪50年代发展起来的一种重要金属,具有比强度高、密度低、耐高温、韧性好、导热性能好和抗疲劳性好等优点,尤其是具有良好的耐腐蚀性能,能在大多数酸、碱、盐及海水中不腐蚀;钛合金可在600℃以上的温度下工作,在同样的工作温度范围内,与钢、镍合金、铝合金相比,钛合金的比强度要高很多。因此,钛在航空航天、国防、核能、船舶等工业部门得到了广泛的应用,钛及钛合金已经成为航空航天工业的脊柱之一。钛不仅成功地取代了易受到严重腐蚀的不锈钢及镍基合金等材料,而且已成为实现某种新工艺流程和新技术的关键部分。

不锈钢是最常用的结构材料、具有一系列优良的性能,如力学性、焊接性、热稳定性等,且成本相对较低。然而钢的耐蚀性能远不如钛合金,且钢的比重较大。

    因此、在某些情况下需要将不锈钢与钛连接起来使用,以充分发挥各自的长处。钛及钛合金与不锈钢的焊接,其复合构件同时具有钛合金与不锈钢的优点,就能充分发挥两种材料在性能与经济上的互补优势。因此,钛及钛合金与不锈钢的焊接,从使用性能角度都非常有必要。

 

二、钛及钛合金/不锈钢的焊接性分析

 

1.钛及钛合金的焊接性

       钛及钛合金的化学活性大,400℃以上时即使在固态情况下也极易被空气、水分、油脂、氧化皮等污染,吸收O2 N2  H2  C等,使焊接接头的塑性及冲击韧度下降,并易引想气孔;其熔点高、热容量小、热导率小的特点,使焊接接头易产生过热组织,晶粒变得粗大,特别是β钛合金,易引起塑性降低;溶解于钛中的氢在320℃时钛会发生共析转变,析出TH2,引起金属塑性和冲击韧度和降低,同时发生体积膨胀而引起较大的应力,严重时会导致冷裂纹产生;氢在钛中的溶解度随温度升高而下降,焊接时沿熔合线附近加热度高,会引起氯的析出,因此气孔常在熔合线附近形成;钛及钛合金的弹性模量相对较小,所以焊接残余变形较大,并且焊后变形的矫正也较为困难。

 

2.不锈钢的焊接性

        由于不锈钢本身所具有的特性,与普碳钢相比不锈钢的焊接及切割有其特殊性,更易在其焊接接头及其热影响区(HAZ)产生各种缺陷。焊接时要特别注意不锈钢的物理性质。马氏体型不锈钢进行焊接时,由于热影响区中被加热到相变点以上的区域内发生a-r(M)相变,因此存在低温脆性、低温韧性恶化、伴随硬件化产生的延展性下降等问题。一般来讲铁素体型不锈钢有475℃脆化、700-800℃长时间加热下发生σ相脆性、夹杂物和晶粒粗代引起的脆化、低温脆化、碳化物析出引起耐蚀性下降以及高合金钢中易发生的延迟裂纹等问题。奥氏体型不锈钢一般具有良好的焊接性能,但其中镍、钼含量高的高合金不锈钢进行焊接易产生高温裂纹。另外还易发生σ相脆性,在铁互体生成元素的作用下生成的铁素体易引起低温脆性,以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后,焊接接头的力学性能一般良好,便当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时极易生成贫铬层,而贫铬层的出现在使用过程中易产生晶间腐蚀。双相不锈钢的焊接裂缝敏感性较低,但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感提高,因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题。

 

3.钛及钛合金与不锈钢的综合焊接性

        钛及钛合金与不锈钢的物理和化学性能差异显著,连接时易在接头外形成脆性相和较大的内应力,导致接头极易开裂,而且在密谋、比热、线膨胀系数、导热系数等物理性能和力学性能上均有较大差异,必然会降低钛及钛合金钢连接的牢固性,即使在固态连接方法下,由于结膨胀系数差别较大,也会在焊接接头中引起较大焊接的残余应力,降低接头性能。钛的化学活性强,在高温下,对氧、氮、氢具有较高的化学亲和力,易形成脆性和韧性急剧下降,显著地增加脆性断裂倾向及裂纹形成 。钛还易与许多其它金属形成金属间化合物,钛与铁易形成金属间化合物TiFe2和TiFe2  。钛钢焊接时,由于钢中存在的Ni 、Cr 、C、等元素也能与T形成TNi 、TCr 、TC、等多种间化合物脆性相使焊缝更脆,性能进一步降低。

 

三、钎焊的特点:

        钎焊具有很多优点,如:加热温度低、对母材影响小,接头残余应力极微;可以根据连接温度、强度选择多种填充金属;适合焊接难熔化的金属,特别是异种金属;密封性好;对于精密的、微型或结构复杂的焊件尤其适用。由于钛的高温活性强,钎焊一般在真空或氩气保护下进行。钛和不锈钢焊接的方法主要有超声波焊接、熔焊、固相压力焊、熔焊-钎焊及液相过度焊等。其中真空钎焊焊接参数容易控制,接头强度较为稳定,可以用来焊接重要的结构件。

 

钎焊分析

       钛及钛合金与钢的物理性能以及结晶化学性能均相差较大,焊接时易在焊缝中形成多种脆性金属间化合物及碳化物,因此焊缝很脆,加上钛钢接头因热膨胀系数相关差较大而存在较大的内应力,导致接头极易开裂,即使在固态下焊接,由于母材组元的相互扩散和迁移,也会在结合面附近形成一个金属间化合物和碳化物的薄层,从而导致接头脆断。因此,必须选择合适的焊接方法来进行钛及钛合金与不锈钢的连接。用钎焊方法来焊接钛及钛合金钢比较理想。因为一方面,钎料的存在可以起到降低应力的作用;另一面,可能过改变钎料和钎焊温度,钎焊时间、钎焊间隙等工艺参数来减小接头办面脆性相(金属间化合物)和生成量及形态分布,从而实现特殊构件及高精度、高可靠性的连接。

        在低真空度下进行钛和不锈钢异种金属的无钎料、无镀层的辉光放电钎焊,结果表明,不锈钢表面的氧化膜可以通过离子轰击减少,也可以被液态钛及钛铜合金破坏,大大发送了钎料对它的铺展性,使钎焊更好的地得以进行;同时,母材向钎料中的溶解造成钎缝成分、组织和性能不均匀,溶解量主要取决于钎料成分、钎焊温度和时间,钎焊时只要选择合适的钎料、严格控制这两个工艺参数,即可获得无溶蚀和钎焊接头。

         对于钛与不锈钢异种金属组合小直径管进行真空高频感应钎焊,不同接头型式、搭接间隙搭接长度对钎焊接头承载能力的影响,得出接头型式、装配间隙和搭接长度是影响接头质量与性能的主要因素。不锈钢作为外套管型式和钎焊接头性能要远远优于钛合金作为外套管型式的接头性能;随着装配间隙的增大,接头承载能力大大降低;钎焊接头的内外部质量未发现任何缺陷,密封性能良好,钛合金与不锈钢母材均与钎料发生了良子的化学反应,并且钎料层与钛合金、不锈钢母材之间没有形成金属间化合物层。

钎料:在一些钛合金复杂结构、精密结构的制造工艺中,在进行钛合金与不锈钢钎焊连接中,常用的主要是金基钎料、银基钎料、铝基钎料和钛基钎料。由于金基钎料价格贵使其应用受到一定的限制,而铜基和镍基钎料由于某种原因开成脆性的金属间化合物而一般不宜使用。银基钎料和铝基钎料具有良好的润湿性和一定的力学性能,银基钎料合多的缺点是对能引艳情腐蚀的氯离子很敏感,高温强度低。美国空边材料实验室和波音试验表明;铝基钎料的熔融温度范围基本上在β相变温度以下,具有较高的剪切强度和良好的耐破损性,但在潮湿环境长期工作时出现了腐蚀,接头脆性,耐疲劳和冲出强度都较低,钛基钎料LQ06与钛合金的冶金相容性好,可以获得高强度的接头,特别是于高温操作和高腐蚀性环境下的接头尤其适合,是钎焊钛合金的优质钎料。

图1为同一温度下不同母材上的钎料铺展试验结果。图2为不同温度下钎料在钛合金上的铺展试验结果。图3钎缝显微组织

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单晶金刚石刀具的焊接与装卡 Tue, 12 Nov 2019 18:18:23 +0800  将单晶金刚石刀头牢固、可靠地装卡在刀杆上,是制造金刚石刀具的关键步骤,其装卡质量直接影响金刚石刀具的使用性能。目前常用的装卡方法主要有三种,即粘结法、镶嵌法和钎焊法。

 1.粘结法
粘结法是采用环氧树脂或502胶等有机粘结剂,将金刚石刀头粘结在刀杆上与金刚石刀头大小相匹配的凹槽。这种方法操作简便,不需要专用设备与夹具,可获得一定的粘结强度。但由于有机粘结剂的耐温性一般不超过200℃,研磨刀头时或采用较大切削用量进行切削加工时产生的高温均可能使粘结剂失效,所以粘结式金刚石刀具只适用于切削用量较小的超精密加工,且不能在刀杆上直接研磨金刚石刀头。当刀具需要修磨时,需要用丙酮等溶剂先将粘结胶化开,对金刚石刀头进行修磨后再重新粘结到刀杆上。此外,粘结过程金刚石刀头的位置精度较难保证。
2.镶嵌法
镶嵌法是首先将金刚石刀头与金属粉末一起烧结,再通过压板将金刚石刀头机械地固定在刀杆上。镶嵌法是目前应用最为广泛的金刚石刀具装卡方法,其工艺过程如下:
(1)将金刚石粗磨成上大下小的形状,并确定刀刃及后刀面的位置。(2)将金刚石大面朝下放置在如图1所示的铸铁模具,在其周围填充适量的铜基金属粉末(如663铜粉),然后插入上柱塞,稍加压力压实金属粉末。(3)采用高频感应装置缓慢加热模具的同时,不断增加上下两柱塞之间的压力,直至温度与压力分别达到750℃和5.5kg/mm2。冷却后取出烧结块及其的金刚石刀头,在烧结块上即可得到与金刚石刀头形状和大小相一致的窝孔。(4)根据设计的刀刃与刀杆的相对位置,去除烧结块上的多余部分。然后将加工好的烧结块用较低温度的铜钎料钎焊在刀杆的正确位置上,并精确修磨刀杆的后角及其它部分。(5)将精磨好的金刚石刀头放入烧结块的窝孔并加盖合适的压板,即完成了金刚石刀具的装卡。装卡好的金刚石刀头(如图2所示)只露出刀具的后刀面和1mm左右的前刀面。镶嵌法可以牢靠地固定金刚石刀头,耐高温性也较好,可以在装卡后直接研磨刀头的后刀面,从而达到较高的角度精度。修磨时只需打开压板,取出金刚石刀头,修磨合格后再重新装配,十分方便。
    镶嵌法的缺点是工艺过程较复杂,同时金刚石刀头只能露出少部分前刀面,其后部的压板会妨碍切屑流出,容易使切屑堵塞在刀刃附近而破坏已加工表面。由于镶嵌法装卡的金刚石与烧结块窝孔面之间无化学键连接,仅靠压力压紧,在加工有可能产生微小位移,因此不太适合超精加工刀具的要求。此外,镶嵌法要求金刚石具有较大体积,这一方面导致金刚石的利用率较低,另一方面难以制作用于小孔加工的小直径刀具。

  3.钎焊法
    用钎焊法直接焊接金刚石刀具一直是一个颇受关注的问题。由于金刚石具有很高的化学稳定性,很难与其它金属发生化学反应而实现焊接,因此,如何可靠地实现金刚石与金属的牢固连接,成为金刚石工具制造业的技术难点和亟待解决的研究课题。
    实现金刚石刀具的钎焊需要解决以下问题:
(1)润湿性能:钎焊时,钎料必须润湿被焊材料才能保证焊接部位无缺陷。由于金刚石的表面能很高,润湿性差,因此找到对于金刚石和金属基体表面均具有良好润湿性的钎料是钎焊成功的关键。
(2)粘结性能:钎料不仅应具有良好的润湿性,还要能与被焊材料产生化学反应,形成化学键连接,才能实现具有足够粘结力的焊接。
(3)残余应力:金刚石与金属的热膨胀系数相差近十倍,在焊接后的冷却过程会形成很大的残余应力,从而影响焊接强度甚至损坏金刚石。
(4)金刚石的腐蚀:金刚石在高温下会氧化或石墨化,某些金属对金刚石还具有侵蚀作用,因此必须选择合适的工作环境与钎料,将金刚石的腐蚀现象减小到最低程度。大量研究发现,含有钛、锆、铌、钽等活性元素的钎料在真空可以直接润湿金刚石表面,这些活性元素还能与金刚石表面的碳原子反应生成稳定的碳化物,形成化学键连接。金属钼或钴基硬质合金与金刚石有较为相近的热膨胀系数,用作焊接基体既可以不损坏金刚石又能保证钎焊强度。在此研究基础上开发了真空条件下的金刚石钎焊技术。近年来又进一步开发了在保护气体氛围钎焊金刚石的新技术。与真空钎焊技术相比,保护气体钎焊技术具有设备成本低,操作简便,工艺周期短等优点,并保持了与真空钎焊相当的焊接强度。这一技术的出现较圆满地解决了长期存在的金刚石钎焊技术难题。
    保护气体钎焊金刚石所用钎料为银铜钛合金,合金银、铜、钛的成份比例分别为68.8%、26.7%和4.5%。保护气体为氩(95%)与氢(5%)的混合气体。焊接在如图3所示的半开放式腔体进行。钎焊工艺过程如下:
(1)充分清除金刚石和金属基体表面上的氧化物;
(2)在保护气氛加热基体及钎料,直至钎料熔化并均匀散布于基体的指定位置,然后冷却;
(3)在基体的正确部位放置需焊接的金刚石,充入保护气体后重新加热至钎料熔化温度,再缓慢冷却至室温。采用钎焊法装卡金刚石刀头具有以下优点:焊接强度高,焊接面的剪切强度可达340MPa,可将重量仅为0.02克拉的金刚石刀头牢固地焊接在刀杆上;可在钎焊后对金刚石刀头再进行精磨,以保证刀具几何角度的加工精度;可使刀具前刀面高于刀杆,从而保证切屑排出顺畅,使切削过程及工件表面质量更加稳定可靠;可大幅度提高金刚石刀具的系统刚性。

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紫铜如何焊接?选用什么焊接材料? Tue, 12 Nov 2019 18:18:23 +0800 焊接紫铜(即一般所称的工业纯铜)的方法有气焊、手工碳弧焊、手工电弧焊和手工氩弧焊等方法,大型结构也可采用自动焊。
  1.紫铜的气焊
焊接紫铜最常用的是对接接头,搭接接头和丁字接头尽量少采用。气焊可采用两种焊丝,一种是含有脱氧元素的焊丝,如丝201、202;另一种是一般的紫铜丝和母材的切条,采用气剂301作助熔剂。气焊紫铜时应采用中性焰。
  2.紫铜的手工电弧焊
  在手工电弧焊时采用紫铜焊条铜107,焊芯为紫铜(T2、T3)。焊前应清理焊接处边缘。焊件厚度大于4毫米时,焊前必须预热,预热温度一般在400~500℃左右。用铜107焊条焊接,电源应采用直流反接。
  焊接时应当用短弧,焊条不宜作横向摆动。焊条作往复的直线运动,可以改善焊缝的成形。长焊缝应采用逐步退焊法。焊接速度应尽量快些。多层焊时,必须彻底清除层间的熔渣。
  焊接应在通风良好的场所进行,以防止铜中毒现象。焊后应用平头锤敲击焊缝,消除应力和改善焊缝质量。
  3.紫铜的手工氩弧焊
  在紫铜手工氩弧焊时,采用的焊丝有丝201(特制紫铜焊丝)和丝202,也采用紫铜丝,如T2。
焊前应对工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油等脏物都必须清理干净,避免产生气孔、夹渣等缺陷。清理的方法有机械清理法和化学清理法。
  对接接头板厚小于3毫米时,不开坡口;板厚为3~10毫米时, 开V型坡口,坡口角度为60~70º;板厚大于10毫米时,开X型坡口,坡口角度为60~70º;为避免未焊透,一般不留钝边。根据板厚和坡口尺寸,对接接头的装配间隙在0.5~1.5毫米范围内选取。
  紫铜手工氩弧焊,通常是采用直流正接,即钨极接负极。为了消除气孔,保证焊缝根部可靠的熔合和焊透,必须提高焊接速度,减少氩气消耗量,并预热焊件。板厚小于3毫米时,预热温度为150~300℃;板厚大于3毫米时,预热温度为350~500℃。预热温度不宜过高,否则使焊接接头的机械性能降低。还有紫铜的碳弧焊,碳弧焊使用的电极有碳精电极和石墨电极。紫铜碳弧焊所用的焊丝和气焊时一样,也可用母材剪条,可用气焊紫铜的助熔剂,如气剂301等。]]>
铜及铜合金的焊接工艺 Tue, 12 Nov 2019 18:18:23 +0800 铜具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性、延展性及一定的强度等特性。在电气、电子、化工、食品、动力、交通及航空航天工业中得到广泛应用。在纯铜(紫铜)中添加10余种合金元素,形成固溶体的各类铜合金,如加锌为黄铜;加镍为白铜;加硅为硅青铜;加铝为铝青铜等等。
     铜及铜合金可用钎焊、电阻焊等工艺方法实现连接,在工业发达的今天、熔焊已占据主导地位。用焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊等工艺方法容易实现铜及铜合金的焊接。
     影响铜及铜合金焊接性的工艺难点主要有四项元素:一是高导热率的影响。铜的热导热率比碳钢大7~11倍,当采用的工艺参数与焊接同厚度碳钢差不多时,则铜材很难熔化,填充金属和母材也不能很好地熔合。二是焊接接头的热裂倾向大。焊接时,熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物,使铜及铜合金具有明显的热脆性,产生热裂纹。三是产生气孔的缺陷比碳钢严重得多,与要是氢气孔。四是焊接接头性能的变化。晶粒粗化,塑性下降,耐蚀性下降等。
1、紫铜的焊接
焊接紫铜的方法有气焊、手工碳弧焊、手工电弧焊和手工氩弧焊等方法,大型结构也可采用自动焊。
(1) 紫铜的气焊
焊接紫铜最常用的是对接接头,搭接接头和丁字接头尽量少采用。气焊可采用两种焊丝,一种是含有脱氧元素的焊丝,如丝201、202;另一种是一般的紫铜丝和母材的切条,采用气剂301作助熔剂。气焊紫铜时应采用中性焰。
(2)紫铜的手工电弧焊
  在手工电弧焊时采用紫铜焊条铜107,焊芯为紫铜(T2、T3)。焊前应清理焊接处边缘。焊件厚度大于4毫米时,焊前必须预热,预热温度一般在400~500℃左右。用铜107焊条焊接,电源应采用直流反接。
  焊接时应当用短弧,焊条不宜作横向摆动。焊条作往复的直线运动,可以改善焊缝的成形。长焊缝应采用逐步退焊法。焊接速度应尽量快些。多层焊时,必须彻底清除层间的熔渣。
  焊接应在通风良好的场所进行,以防止铜中毒现象。焊后应用平头锤敲击焊缝,消除应力和改善焊缝质量。
(3)紫铜的手工氩弧焊
  在紫铜手工氩弧焊时,采用的焊丝有丝201(特制紫铜焊丝)和丝202,也采用紫铜丝,如T2。
     焊前应对工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油等脏物都必须清理干净,避免产生气孔、夹渣等缺陷。清理的方法有机械清理法和化学清理法。
  对接接头板厚小于3毫米时,不开坡口;板厚为3~10毫米时, 开V型坡口,坡口角度为60~70º;板厚大于10毫米时,开X型坡口,坡口角度为60~70º;为避免未焊透,一般不留钝边。根据板厚和坡口尺寸,对接接头的装配间隙在0.5~1.5毫米范围内选取。
  紫铜手工氩弧焊,通常是采用直流正接,即钨极接负极。为了消除气孔,保证焊缝根部可靠的熔合和焊透,必须提高焊接速度,减少氩气消耗量,并预热焊件。板厚小于3毫米时,预热温度为150~300℃;板厚大于3毫米时,预热温度为350~500℃。预热温度不宜过高,否则使焊接接头的机械性能降低。
还有紫铜的碳弧焊,碳弧焊使用的电极有碳精电极和石墨电极。紫铜碳弧焊所用的焊丝和气焊时一样,也可用母材剪条,可用气焊紫铜的助熔剂,如气剂301等。
2、黄铜的焊接
黄铜焊接的方法有:气焊、碳弧焊、手工电弧焊和氩弧焊。 
(1)黄铜的气焊
  由于气焊火焰的温度低,焊接时黄铜中锌的蒸发比采用电焊时少,所以在黄铜焊接中,气焊是最常用的方法。
  黄铜气焊采用的焊丝有:丝221、丝222和丝224等,这些焊丝中含有硅、锡、铁等元素,能够防止和减少熔池中锌的蒸发和烧损,有利于保证焊缝的性能和防止气孔产生。气焊黄铜常用的熔剂有固体粉末和气体熔剂两类,气体熔剂由硼酸甲脂及甲醇组成;熔剂如气剂301。
(2)黄铜的手工电弧焊
  焊接黄铜除了用铜227及铜237外,也可以采用自制的焊条。
  黄铜电弧焊时,应采用直流电源正接法,焊条接负极。焊前焊件表面应作仔细清理。坡口角度一般不应小于60~70º,为改善焊缝成形,焊件要预热150~250℃。操作时应当用短弧焊接,不作横向和前后摆动,只作直线移动,焊速要高。与海水、氨气等腐蚀介质接触的黄铜焊件,焊后必须退火,以消除焊接应力。
(3)黄铜的手工氩弧焊
  黄铜手工氩弧焊可以采用标准黄铜焊丝:丝221、丝222和丝224, 也可以采用与母材相同成分的材料作填充材料。
  焊接可以用直流正接,也可以用交流。用交流焊接时,锌的蒸发比直流正接时轻。通常焊前不用预热,只有板厚相差比较大时才预热。焊接速度应尽可能快。焊件在焊后应加热300~400℃进行退火处理,消除焊接应力,以防止焊件在使用过程中裂缝。
(4)黄铜碳弧焊
     黄铜碳弧焊时,根据母材的成分选用丝221、丝222、丝224等焊丝,也可用自制的黄铜焊丝施焊。焊接可以采用气剂301等作熔剂。焊接应短弧操作,以减少锌的蒸发和烧损。 
     直流TIG焊工艺方法广泛应用于铜及铜合金的焊接,焊风成型好,内外质量优良,在氩气的保护下,熔池纯净,气孔少,热裂影响小,操作易掌握。厚度≤4mm时可不用焊前预热,直接用氩气预热,待熔池温度接近600℃时,可加填充焊丝熔化母材,实现焊接。厚度大于4mm的铜材,纯铜应预热400—600℃。铜合金焊接预热200—300℃。300TSP,315TX直流TIG焊机可焊接纯铜、硅青铜、磷青铜、黄铜、白铜等铜合金。300WP5、300/500WX4交直流两用TIG焊机可用交流TIG焊接铝青铜(用交流方波清除表面氧化膜)及用直流TIG焊接上述铜材。
     近年来,采用MIG方法焊接铜及铜合金的施工越来越多,尤其对于厚度≥3mm的铝青铜、硅青铜和白铜最好选用MIG焊方法。厚度3~14mm或>14mm的铜及铜合金几乎总要选用MIG焊,因为熔敷效率高、熔深大、焊速快(一般为TIG焊的3~4倍),实现高效、优质、低成本的经济效益要求。铜材施焊前均应达到预热温度要求(纯铜400~600℃,铜合金200~300℃),焊丝与母材化学充分相似,氩气纯度≥99.98%]]>
大截面紫铜母线钨极氩弧焊焊接工艺 Tue, 12 Nov 2019 18:18:23 +0800 在青藏线铺设无缝线路,对提高行车质量、减少线路维修更具现实意义。通过在海拔高度4300 m处的一系列施焊试验,确定了适合低气压、低含氧量处的氧气、乙炔流及加热器的火焰强度等焊接参数。

  铜母线的连接在电站、冶金装置中经常遇到,其连接方式有夹接法(螺柱紧固)、焊接法等。对大截面紫铜母线的焊接就国内目前的资料显示,有碳弧焊、埋弧焊及钨极氩弧焊几种。碳弧焊预热温度较高,须保证焊口母材温度750℃以上,焊缝外观成形一般,且高温产生的Cu2O蒸汽易使焊工中毒,同时易引起渗碳,塑性较差,电阻率较大。埋弧焊预热温度稍低,约500℃左右,质量较稳定,但电流、电压稍高,分别为750 A~800 A、40 V~50 V左右,且焊剂用量较大,国内尚未有焊接大截面、大长度母线的介绍。钨极氩弧焊从目前国内的规范显示,仅适用于δ<12的铜母线焊接,对δ>12的单面V形坡口的紫铜母线焊接则指导性不强。

  在商洛炼锌厂两套15 000吨/年电解锌装置中,设计要求采用焊接连接法,但未明确焊接工艺及方法。在充分考虑改善焊缝质量、劳动环境的基础上,我们借鉴国内、国外经验,采用了在预热条件下的水冷式钨极氩弧焊工艺,焊缝外观成型良好,内在质量保证Ⅱ级合格,基本解决了铜焊接中普遍存在的夹渣、气孔缺陷,成功地完成了该工程的安装任务。

  1 紫铜的可焊性

  该工程所用铜为含氧铜T1,其杂质总含量0.05,其中氧为0.02,其物理性能如表1所示。

  表1 含氧铜T1的物理性能表

  指标指标值指标指标值晶格类型面心立方晶格导热系数386.4W/(m·k) 熔点1083℃线胀系数16.5×10-6K-1沸点2580℃电阻率168×10-10Ω·m 密度8.96kg/cm3    

  紫铜的导热系数20℃时比铁大7倍,1 000℃时大11倍多,焊接时热量迅速从加热区传导出去,使母材与填充金属难以融合,因此焊接时须采用大功率热源并采取预热,施焊时才易形成熔池。

  T1的线胀系数比铁大15%,为避免近缝区产生袭纹,保证焊接时间隙,故组对时应保证足够的间隙;同时其收缩率比铁大1倍以上,为防止熔池由液相变为固态时,层间温度差较大形成袭纹,故施焊时应保证层间温度。

  含氧铜焊接时极易形成气孔,其产生原因主要为氧和水汽,其中氧形成反应气孔,水汽产生扩散气孔,故须采取焊粉脱氧及缓冷等措施。

  为防止出现富铅或富铋的低熔点共晶,焊后应采取水润法快速冷切,锤击减应。

  为保证焊缝根部成型及收弧处接头平滑、减少热量损失,施焊时应制备石墨垫板、挡板及堵块。

  2 焊前准备

  2.1 工器具的准备

  1)制作焦碳加热炉。

  2)准备石墨垫板。

  3)准备石墨挡板与堵块各2块。

  4)绝热材料选用石棉被。

  2.2 组对及预热

  1)坡口采用刨床加工,为单面V形,坡口角度55°±5°,钝边1 mm,预热前组对间隙宜为4 mm~5 mm。

  2)组对前,采用磨光机处理坡口侧50 mm范围内保护层至露出金属光泽为止。

  3)预热如图1所示。

  图1 预热装置

  ?1-母线;2-石墨垫板;3-焦碳炉;

  ?4-鼓风机;5-石棉被;6-挡板

  3 焊接工艺

  3.1 焊机及焊材的选取

  1)焊机选用2台Z630焊机,并联,正极性接法,保证电流平稳,焊枪为500 A。

  2)焊丝选用Φ6紫铜焊丝,并在焊接前用砂纸打磨,焊剂选用气剂301。

  3.2 预热

  预热采用焦碳炉持续加热至350℃~600℃后(采取远红外测温枪测试),用石棉被包裹焊缝两边400 mm宽范围后,关掉鼓风机,保证加热炉继续加热。此时,组对间隙因膨胀缩为2mm~3mm,在焊缝区均匀撒上气剂301后,可以施焊。

  3.3 焊接工艺参数

  焊接工艺参数如表2所示。

  表2 焊接工艺参数

  焊接层数电流电压钨极焊丝氩气流量打底350 A 20 VΦ6铈钨极Φ6 15~17(L/min) 填充盖面400 A 20 VΦ6铈钨极Φ6 15~17(L/min)

  焊接时,采用左焊法,为减少氧化,焊接速度应快。为便于观察熔池及填加焊丝,焊枪与工件夹角宜为75℃~85℃,焊丝与焊件间夹角为10°~20°,操作时焊枪应均匀、平稳地向前作直线运动,并保持恒定的电弧长度,弧长一般控制在2mm~4mm,当填充或盖面时,焊丝应做轻微横向摆,在接头填满后,逐渐拉长电弧灭弧。

  层间焊接时,应持续保证焊缝区温度350℃~600℃左右,并不宜过长停留。

  300×16紫铜板焊接,从加热至焊接完毕,一般需40 min左右,施焊时间仅为10 min。

  4 焊后处理

  1)焊后应采取水润法快速冷切,锤击减应,防止出现低熔点共晶,增加铜母线韧性。

  2)冷却后用钢丝刷清理熔渣,并酸洗清除焊缝热影响区氧化层。

  3)对焊缝进行外观检查。

  5 机具设备

  焊接机具准备如下。

  焊机Z630 2台并联焊枪500 A水冷式氩弧焊把1把等离子切割机Z200 1台空压机   1台鼓风机200ω1台炉子400×5002台石墨板δ20 20道口/1块吊车8t 1台倒链2t 2个红外测温枪M130T 1个防辅射劳保服   2套

  6 劳动力组织

  焊工2名铆工2名司炉工1名等离子切割机操作工1名技术员1名

  7 质量标准及检验

  7.1 质量标准

  对接接头表面质量按HGJ223-1992执行,内在质量执行JB4730-1994Ⅱ级合格,电阻率采取双臂电桥测试法,应符合GBJ149-1990。

  7.2 质量保证措施

  1)进行焊接工艺评定,并依评定现场试焊后,确定作业指导书。

  2)焊工经培训合格后方能上岗。

  3)焊机及氩气瓶上的计量器具必须在校验周期内,指示准确。

  4)严格工序交接检查制度,不合格部份必须处理后,方能进行下道工序。

  8 焊接质量

  用于工艺试验的两块300×200试件,经外观检查、着色显示熔合良好、无缺陷后,进行X射线照相,经检验无夹渣缺陷,仅有一处气孔,依JB4730-1994评定Ⅱ级合格。然后,制取试,进行机械性能试验,试验结果符合HGJ223-1992要求,电阻率采用双臂电桥测试法,测定结果最大电阻率0.015Ωmm2/m,符合GBJ149-1990要求。

  9 经济效益分析

  采用该焊接工艺后,焊缝外观成型良好,质量得到保证,避免了碳弧焊高温对焊工的强烈辅射,且适应场所更大,对难于采用炉子加热的场所用大焊炬气焊加热后,也可顺利施焊,同时对母线与导电片(角焊缝)、母线的软连接(对接缝)等各类型式的接头,也可在其指导下成功焊接,适用范围更广。

  相对于碳弧焊接,氩弧焊接电阻率更低,焊缝气孔更少,质量更稳定;相对于埋弧焊接,氩弧焊更易于使焊工掌握,且更适用于现场的窄幅、大长度母线焊接;相对于原母线采取的夹接连接,氩弧焊后母线的耗电更少,商炼一期装置投产表明,其每生产1吨电解锌片比原省电60度,年可减少成本支出45万元左右,经济效益明显。

  10 工程应用实例

  陕西锌业公司商洛炼锌厂2套15 000吨/年电解锌工程中有80多吨紫铜母线,材质为T1,截面为300mm×16mm,200mm×12mm,200mm×28mm不等,单根母线长达17m,并有部分导电片(250mm×12mm,间距62mm)与母线的角连接、镶嵌连接,设计要求均为焊接。我们采用预热条件下的氩弧焊接,焊缝外观成型良好,对其试件测试,接头内在质量、机械性能及电阻率等技术指标均符合设计规定,每套装置焊接工期仅为25天,提前完成任务,保证了该厂的顺利投产。

  11 结论

  1)钨极氩弧焊接对大截面紫铜母线来说是一种预热温度较低、焊接质量稳定、操作方便、施焊环境较好的方法,对δ>12mm的铜及其合金焊接具有一定的指导作用。但含氧铜焊接中普遍存在气孔通过使用焊粉、保证层间温度仍难以消除,从理论上讲,可通过控制氩气及周围环境中的氢、氮的含量来消除气孔,但在实际中很难达到。

  2)气孔产生的部位主要是焊接接头处,其原因为熄弧后温度降低、气体来不及析出造成。故宜接长焊条、每层连续焊完。

  3)对不同截面的紫铜母线角连接、软连接、镶嵌连接,其预热温度及工艺参数与对接时参数差别不大,宜根据截面大小及接头型式采取适当的预热方法(如船形焊)进行焊接。

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熔焊—钎焊焊接技术简介 Tue, 12 Nov 2019 18:18:23 +0800 熔焊—钎焊焊接技术简介

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作者:陕西雷奇华能科技有限公司
 
 
   这种焊接方法是使异种金属中的一种金属受热熔化。另一种金属去处在固态下,即对一种熔焊,而对另一种金属是钎焊。熔焊—钎焊法要想获得质量优良的接头,首先要求熔化金属对固态 金属有良好的润湿性能,这就涉及到许多钎焊方面的问题要对加热热源进行选择和控制,以保证上将焊接 控制在所需要的范围内。
根据电弧热源对基体金属加热方式,可分为直接作用电弧和间接作用电弧两类。进接作用电弧热源的特点是,熔化基体金属与填充金属所消耗的能量直接发由电源供给,实际上,在熔化极电弧焊时,有两方面的热源可使基体金属熔化,即:第一个热源是电弧放电二个热源是熔融的焊丝以射流或滴状过渡开工喷射到基体金属上而使之熔化。
用直接作用电弧热源焊接时,要在熔合区中获得不与基体金属掺和的均质,熔敷 是极其困难的。因为在工件上有活性的电弧放电的辉斑,温度很高,能使基体金属瞬间熔化,结果使熔化金属的熔池过热,延长液相与固相接触的时间。
基体金属的熔化量与热源功率及作用时间有关。采用任何一种焊接方法,都 可以调节和控制基体金属的熔化量。进接作用电弧热源主要是控制热源作用的时间。在熔化极电弧焊时,电弧对基体金属作用时间 的长短是依靠电极的横向摆动,或者利用专用的横向 摆动器调节。也可以用电弧自行摆动的方法,即电弧在带极端部从焊缝的一边摆动到另一边来进行控制。采用熔化极电弧焊不能把热源功率降得太低,因为焊接电流太小往往会使焊缝的成开不好。只有摆动熔化电极使溶点变小,加速焊丝熔化,或者补加填充丝,才能把热源的功率降低到一定程度。
辅加的填充焊丝在弧区内与工作表面相碰时,电弧电源一部分通过辅加焊丝,另一部分通过工件。然而,现在还没有一种熔化极电弧焊方法能够得到不掺有基体金属的熔敷金属。例如,埋弧自动堆焊时基体金属在堆金属中所占的比例通常约为65%。不断改变电极与工作之间电弧的能理分布,可以使基体金属的比例降低到10~15%,而用带极埋弧堆焊时可以降低到5~10%。
间接作用电弧热源,如一个电弧热能的作用明显减弱,相反,另一个电弧热能的作用增加,并可以在很大的范围内调节。属于间接加热的热源有:有惰性气体保护的在两个钨极之间 燃烧的间接电弧。在三根熔化电极之间燃烧的三相间接电弧直接把熔融的金属倾倒在经过预热或未经预热的工件表面。间接加热热源的优点是基体金属和填充金属的熔化过程是分开的,因此可以单独地进行控制和调节.但是,这几种热源也是存在着一些明显的缺点而影响其应用。
在惰性气体保护下,两个钨极之间燃烧的间接电弧热功率极低,因此熔化填充金属的效率也很低。利用三相的间接电弧需要装有一个复杂的自动送丝器。用熔化的金属浇敷到工亻表面,需要有一个能盛很多金属的金属熔化器。此外,上述这些热源在熔敷焊道成形方面也不可能获得可靠的结果。因为在焊缝的边缘 上常出现未焊透和局部不熔合等缺陷。因此,许多研究人员进一步完善了直接用电弧回热的焊接方法,出现了焊条横摆的焊接、振动电弧焊接、带极堆焊、在基体和填充金属之间分配电流的焊接等方法。但是,用所有这些焊接和堆焊方法仍不能把基体金属在熔敷金属中所占的比例降低到5%以下。
近年来研究成功 了一种新的热源-等离子弧。这种焊接热源,象其它间接热源一样,淡化 金属的有效热功率极低。把导电 的填充丝引到等离子流中去,能明显的提高焊接和堆焊的生产效率。
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铝锂合金的钎焊性研究 Tue, 12 Nov 2019 18:18:24 +0800 铝锂合金的钎焊性研究
                                                        孙德超


  摘要:通过试验研究,探讨了铝锂合金的钎焊性。试验结果表明,铝锂合金具有良好的高温软钎焊性和硬钎焊性,在钎料中添加微量稀土,可进一步提高钎焊接头的性能。
  关键词:铝锂合金;钎焊;钎焊性;钎料;稀土。
  中图分类号:TG454

Investigation On the Brazeability
of Aluminium-Lithium Alloys

  
  Sun Dechao
  (Dept.Of Materials Engineering,Nanchang Institute of Aeronautical-Technology,P.R.China 330034)
Abstract:The Brazeability of Al-Li alloys is studied through experiments.The result shows that the Brazeability of Al-Li alloys behave quite well in high temperature soldering and brazing,the Properties of brazed joint Can be improved by adding a little rare-earth to brazing filler metal.
Keywords:Al-Li Alloy;Brazing Brazeability;Filler Metal;Rare
  
前言
  铝锂(Al-Li)合金,是本世纪50年代后迅速发展的一种新型结构材料。锂的密度为0.54 g/cn3,将其加入铝中可明显降低合金的密度,每添加1%(重量百分比)的锂,可使铝合金的密度降低3%,而弹性模量却提高6%〔1〕。(Al-Li)合金除具有较低的密度、较高的比强度及比刚度,还具有良好的耐蚀性及低温性能〔2〕,是航空航天领域中极有潜力的新型结构材料,以其取代传统的铝合金,可使飞行器结构的重量减轻15%~20%,而刚度提高15%~20%〔3〕,因而其开发应用备受各国的青昧。
  随着Al-Li合金应用的广泛性,其焊接性的研究也日益受到了重视,其中以熔化焊领域中的研究报道较多,而其他焊接领域的研究报道极少。本文通过试验研究从钎焊范畴探讨了Al-Li合金的焊接性。
1 试验材料与试验方法
  钎焊金属采用俄罗斯进口的1420Al-Li合金(Al-2.0%Li-4.2%Mg-0.12%Zr)板材,密度为2.47 g/cn3、弹性模量为76 Gpa、抗拉强度为497 Mpa、屈服强度(σ0.2)为323Mpa、延伸率为8%,板厚2 mm。试验中采用的钎料及钎剂的成分如表1及表2所示。
表1 钎料成份
钎料类型 钎料牌号 化学成份W×100 熔点(℃)
低温软钎料 Sn-10Zn Sn90,
Zn10 200
中温软钎料 Sn-30Zn Sn70,
Zn30 183-331
高温软钎料 Sn-20Al-15Cu Sn65,Al20,Cu15 415~
425
硬钎料 HL400 Al88,Si12 577~
582
HL401 Cu25~30,Si4±0.7,Al余量 525~535

 
表2 钎剂成份
 
钎剂类型 化学成份(W×100) 钎焊温度(℃)
铝用有机软钎剂 C6H15NO367,C2H7NO14,NH4BF414,ZnO5 150~
275
铝用反应钎剂(QJ203) ZnCl265,NH4Cl25,NaCl10 330~
450
铝用硬钎剂(Φ5) LiCl38,KCl45,NaF10,SnCl23,CdCl24 420~620

   试验在电阻炉内进行,通过润湿性试验及钎焊接头的形成能力试验并结合对钎焊接头力学性能的测试探讨Al-Li合金的钎焊性。力学性能的测试内容主要为常规强度及抗腐蚀性试验后接头的强度,抗腐蚀性试验是将钎焊接头在20±3℃的人造海水中浸泡10天,人造海水的配方为:2.7%NaCl+0.1%KCl+0.1%CaCl2+0.6%MgCl2+余量H2O。
2 试验结果与分析
2.1 钎料对母材的润湿性
  钎焊过程中,液态钎料对钎焊金属良好的润湿性是实施钎焊的基础。钎料在钎剂配合下对Al-Li合金的润湿性试验结果如表3所示,其中所用钎料量为100 mg。
  
表3 钎料对Al-Li合金的润湿性
 
钎料 钎剂 钎焊温度(℃) 保温时间(min) 钎料铺展面积(mm2)
Sn-10Zn 铝用有机软钎剂
 250 5 0
Sn-30Zn QJ203 360 5 314~
380
Zn-20Al-15Cu Φ5 480 5 95~
118
HL401 Φ5 540 5 176~
207
HL400 Φ5 加热至560℃时,试样已过烧

    试验结果表明,低温软钎焊时钎料对Al-Li合金的润湿性极差,熔化的钎料以球珠状团聚在试样上,根本不铺层。这主要是由于合金中的含镁量较高,适合于低温软钎焊的铝用有机软钎剂的去膜能力弱,无法去除试样表面的氧化膜,故钎料无法对母材润湿。中温及高温软钎焊时,钎料对Al-Li合金的润湿性较好。硬钎焊时钎料在试样上也有较好的润湿性,但是,由于Al-Li合金的固相线温度较低,当钎焊温度过高时,会造成母材过烧。例如采用HL400在560℃温度下试验时,在钎料还未熔化的情况下,母材已产生了局部熔化现象,因而硬钎焊时,必须严格控制钎焊温度。
2.2 钎焊接头的形成能力
  将钎料置于搭接接头的间隙旁实施钎焊,观察Al-Li合金钎焊接头的形成能力。试验结果表明,Al-Li合金在高温软钎焊和硬钎焊时均能较好地形成接头,而中温软钎焊时接头的形成能力极差,钎料熔化后很难往钎缝间隙内渗透。这可能是由于中温软钎料的含锌量较高,对母材的溶解作用较强,钎料熔化后在间隙外已被母材所饱和而降低了其流动能力,此外,QJ203反应钎剂在间隙内与母材作用后所产生的大量气体对液态钎料的填缝过程也会产生阻碍作用。
2.3 钎焊接头的强度
  通过力学性能试验测得钎焊接头的剪切强度如表4所示。
  
表4 钎焊接头的剪切强度
 
钎料类型 钎焊温度(℃) 保温时间(min) 接头剪切强度(Mpa)
Zn-20Al-15Cu 480 5 28.2~
42.9
Zn-20Al-15Cu+0.5RE 480 5 36.8~
48.3
HL401 540 5 52.7~
84.3
HL401+0.5RE 540 5 56.2~88.4

  注:RE为混合稀土,其成份为:Ce35%,La30%,Nd21%,Pr7.8%,Sm0.3%,Y0.3%。
  试验结果表明,用高温软钎料和硬钎料钎焊Al-Li合金可以获得较高的接头强度,足以满足使用要求。若在钎料中添加微量的稀土,可使接头强度提高10~15%,这可能是由于钎料中的稀土可起变质剂细化晶粒和除气、除杂质的净化作用,改善了钎缝的组织,因而提高了接头的性能。此外,稀土还有减弱钎料对母材的溶蚀作用。例如Zn-20Al-15Cu钎料中的含锌量较高,母材在钎焊时的溶蚀现象较明显,而在钎料中添加了微量稀土后,溶蚀现象明显减弱。
2.4 钎焊接头的抗腐蚀性
  Al-Li合金钎焊接头在人造海水中腐蚀10天后的剪切强度如表5所示。
  
表5 抗腐蚀性试验后的接头强度
 
钎料类型 接头剪切强度(Mpa) 平均强度下降率(%)
Zn-20Al-15Cu 20.8~
24.2 32.4
Zn-20Al-15Cu+0.5RE 26.8~
40.2 21.2
HL401 52.3~
72.3 9.1
HL401+0.5RE 52.8~79.2 8.7

   由表中列的数据可见,硬钎料钎焊的Al-Li合金具有较好的抗腐蚀性,而软钎料钎焊的接头抗腐蚀性较差,这主要是由于钎料与母材在成份上有较大的差别,因而在钎缝与母材间存在着较大的电位差。在钎料中添加稀土后,接头的抗腐蚀性明显提高了,这可能是由于稀土的化学活性较强,易在钎缝表面形成一层致密而稳定的氧化膜抵御了外界对内部金属的侵蚀作用。
3 结论
  (1)Al-Li合金的低温软钎焊性及中温软钎焊性较差,而高温软钎焊和硬钎焊具有较满意的钎焊性;
  (2)在钎焊Al-Li合金的钎料中添加微量的稀土,可起提高钎焊接头强度与抗腐蚀性能以及减弱钎料对母材溶蚀的作用;
  (3)Al-Li合金的固相线温度较低,钎焊时必须注意钎焊温度的控制,以免母材过烧。
作者简介:孙德超,男,1946年生,副教授。
作者单位:南昌航空工业学院 材料工程系,江西南昌 330034
参考文献
  〔1〕 夏德顺译.铝锂合金的可焊性,国外导弹与航天运载器,1987(10):50。
  〔2〕 夏德顺译.铝锂合金的发展和应用.航天工艺,1998,1。
  〔3〕 邱惠中.铝锂合金的发展概况及其应用.宇航材料工艺,1993,4。
  〔4〕 Westwood.A.R.New materials for aerospace industry.Materials science and technology,1990(6):958-961
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纯铜的TIG单面焊双面成形工艺 Tue, 12 Nov 2019 18:18:24 +0800 纯铜CII000属非铁金属,以往多采用焊条电弧焊、气焊进行焊接,但二者都有其局限性。近年来,钨极氩弧焊开始在纯铜焊接中应用,但大多限于理论研究,或者实际操作尝试深度不够,有时在打底焊过程中采用垫块对背面强制成形,一方面增加了操作工艺,较为繁琐;另一方面在背面焊缝容易形成气孔缺陷。笔者采用小孔技术,取得了单面焊双面成形的效果,并对纯铜的TIG焊焊接工艺要求进行了介绍。
1          焊接性分析
纯铜CII000中含wGu)为99.99%,其余为Bi, Pb, S,O等杂质。由于铜和铁物理性能有很大差别,因而焊接性较差,主要体现在以下几个方面。
11      焊缝成形能力差
纯铜的热导率是铁热导率的711倍,焊接时热量从加热面迅速传导出去,使填充金属与母材难为熔合;另外,纯铜的密度较大,液体金属表面张力比铁的小1/3,流动性是铁的11.5倍,所以,来不及与母材熔合的填充金属极易流失,焊缝成形能力差。这也是采用单面焊双面成形焊接纯铜遇到的最大难题。
1.2          热裂倾向大
   纯铜中含有0.1%的杂质,与铜极易生成多种低熔点 共晶则不可避免地存在焊接应力,致使焊缝熔敷金属由液态向固态转化时,分布于晶界间的低熔点共晶体成为强度薄弱区,易产生热裂纹。
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1.3          气孔倾向严重
纯铜焊接气孔主要是扩散气孔和反应气孔。由图1可知,氢在液态铜蒸发前的极限溶解与液一固转变时最大溶解度比传真值为3.7,始、即高温熔池极易吸收氢;另一方面,纯铜极强的导热性使其液-固转变时间极短,气孔扩散和上浮的条件太其有限,所以气孔敏感性大。
 
1.4          焊接接头性能的影响
焊接时出现的粗大晶粒,以及加入的脱氧元素,使焊接接头塑性下降,另外加入的脱氧元素以杂质形式于铜内,使晶格发生扭曲、导电性下降。
2          焊接试验
在安装工作中涉及到用作导电的铜排母线,规格为  100㎜X10㎜,材质为纯铜C11000,需要采用焊接方式 连接。正式焊接之前练习并做工艺试件。
2.1焊接方式
采用手工钨极氩弧焊、正流正接,以较为集中的热量以及氩气的有效保护,得到符合要求的焊接接头。
2.2          焊接设备及工具
ZX7-500电焊面、QS-75°/500ATIG氩弧焊机、氩气流量计、扁铲、角向磨光机、接触式测湿仪。
2焊接材料
   刚开始时,采用HS201焊丝试焊,因其含有脱氧元素,液态金属表面包裹一层薄膜,流动性较差,易形成砂眼和层间未熔合,工艺性能很差,且易产生裂纹。随后改用C11000纯铜丝(φ2.5㎜)试焊,效果很好。
 其它材料:φ5.0铈钨棒、氩气、丙酮。
2.4焊接工艺
2.4.1焊前准备
将铜排(段200㎜)刨成60°V形坡口,钝化≤1.0㎜。
将纯铜丝用砂纸擦亮,用不锈钢丝轮将坡口及两侧各50㎜范围内打磨出金属光泽,再用丙酮焊口擦洗一遍,以除掉有机物。
2.4.2        焊接参数
通过对纯铜C11000焊接性分析,试验所采用焊接参数见表 1
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2.4.3焊接预热
焊接预热温度定为400℃,可用测温仪测量。在操作时也可拉长电弧烘烤坡口及两侧母材,在面罩内观察金属颜色变化,待看到坡口没有金属反光,颜色变黑变暗时,则表明达到预热温度。
2.4.4组对点固
组对要求如图2所示。采用跳弧法进行点固焊,如图3所示
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先在母材1-侧坡口加热送丝形成熔池点A,跳弧到母材2-侧坡口加热送丝形成熔池B;然后跳弧到熔池点A加丝,使填充金属向焊缝间隙中间延伸,再跳弧到熔池B 加丝,直到2个熔池之间形成一个完整的熔池座。用同样的方法将另一端点固。跳弧动作要掌握时机,轻快稳定,电弧不能拉得过长,到熔池点时,电弧长度为5㎜左右,一次加丝不能太多,否则易产生未熔合或金属流失。
2.4.5        正式焊接
焊接时要使用引弧板。因为没有强制成形垫块,所以打底层应特别注意,防止金属流失。采用左向焊法,焊枪和焊缝中心线呈85°~90°夹角,始终保持焊枪中民线和焊缝中心线重合,不能左右摆动,电弧长度8㎜左右,太长保护效果不好,太短影响视线,背面成形尖涩,阳极斑点距熔池前部边缘2-3㎜。
在氩气保护气氛下的电弧均匀地铺在坡口底部和熔池上,将熔池和钝边熔成弧形小孔,直径约为3.0㎜。这时将焊丝送到距熔孔2㎜的熔池前部边缘上,形成熔滴,与原来熔池熔合。
打底焊时,焊枪运行要平稳,将注意力放在观察熔孔上,熔孔没有形成弧形时不能加丝,弧度变大时要加速加丝,始终保持小孔大小一致。送丝要稳、准、匀、不能断馈给,熔滴不能太大,否则会产生未熔合缺陷。其余各层焊接电弧长度可保持在4-7㎜,焊枪月牙形运行,在坡口两侧稍作停顿,以保持充分熔合,在上一层焊完进行下一层焊接之前,必须用钢丝轮清理一次,以防止氧化物聚集产生平渣等缺陷。在进行盖面层焊接时,应从两端向中间焊接,并将弧坑填満。
3          焊后检验
参考GBJ149-1990《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》中规定,对铜排试件进行外观检查、射线探伤,结果符合规范要求,证明纯铜TIG单面焊双面成形方法得到,工艺合理,可用于实际生产。
 
作者简介:王炎 (1969- ),男,工程师,现主要从事焊接检验及培训工作。
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钎焊一种古老且具发展潜力的焊接技术 Tue, 12 Nov 2019 18:18:24 +0800 李晓红,1962年生,北京航空航天大学毕业,材料学博士。北京航空材料研究院院长、研究员;中国机械工程学会焊接学会常务理事,焊接学会钎焊及特种连接专业委员会主任;中国航空学会常务理事/中国航空学会材料工程专业分会主任;中国航空学会材料工程专业分会热加工工艺及表面防护专业委员会主任;中国材料研究学会、中国金属学会常务理事;北京航空航天大学和西北工业大学兼职教授;国防科技工业有突出贡献中青年专家;新世纪百千万人才工程国家级人选;全国劳动模范。主要从事各种材料及结构件钎焊扩散焊方面的研究工作,尤其是在新型结构材料,如金属基复合材料、铝锂合金、金属间化合物、定向凝固高温合金和单晶合金等新材料及其结构的连接方面进行了许多开创性的研究工作,研制的多种钎焊料或扩散焊用中间层合金及焊接工艺已成功用于多种重点型号和预研等项目。获国防和中航总科技进步奖多项,申报国家与国防发明专利14项,其中6项已获授权。在国际及全国性学术会议和刊物上发表论文130余篇,合作出版论著二部。

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    记者:首先祝贺您担任中国机械工程学会钎焊及特种连接专业委员会主任,钎焊及特种连接技术作为焊接专业的一个分支,它的主要特点有哪些。
    钎焊(包括微连接)、扩散焊以及以此为基础派生的过渡液相扩散焊(TLP扩散焊)、液相界面扩散焊(LID焊接)等应该是我们Ⅰ专委会研究的主要连接方法,至于特种连接涵盖的范围并没有一个明确的界定,例如高温自蔓延合成连接,归入Ⅰ专委会或高能束及特种焊接专业委员会(Ⅵ专委会);爆炸焊归入Ⅰ专委会,或压力焊专业委员会(Ⅴ专委会),或Ⅵ专委会,都有其合理性。在此,我主要想谈谈钎焊扩散焊的特点,间或也可能涉及高温自蔓延合成连接、爆炸焊等。
    首先,钎焊与扩散焊加热温度一般远低于母材的熔点,因而对母材的物理化学性能影响较小;焊件整体均匀加热,引起的应力和变形小,容易保证焊件的尺寸精度。
    其次,钎焊及相关的特种连接技术具有很高的生产效率。钎焊可一次完成多缝多零件的连接。例如:原苏联制造的推力为750N的液体火箭发动机,其燃烧室内的钎缝长度达750m,可通过钎焊一次完成;又如,火箭发动机不锈钢面板/波纹板芯推力室壳体,采用钎焊连接,数百条焊缝一次钎焊完成。扩散焊和爆炸焊则可实现大面积结构连接,如大型复合层板制造。
   
    第三,钎焊技术可用于结构复杂、精密、开敞性和接头可达性差的焊件。例如,采用真空钎焊技术可实现多层复杂结构铝合金雷达天线和微波器件的精密钎焊。而具有复杂内部冷却通道的航空发动机高压涡轮工作叶片和导向叶片也只有采用钎焊方法才能实现优质连接。
   
    第四,钎焊及相关的特种连接技术特别适用于多种材料组合连接。不但可以连接常规金属材料,对于其它一些焊接方法难以连接的金属材料以及陶瓷、玻璃、石墨及金刚石等非金属材料也适用,此外,还较易实现异种金属、金属与非金属材料的连接。因此,许多采用其它焊接方法难以进行甚至无法进行连接的结构或材料,采用钎焊方法便可以解决。高温自蔓延合成连接特别适用于新型结构材料的连接,如可用于陶瓷与金属的连接及NiAl、TiAl等金属间化合物材料的连接。而爆炸焊几乎可实现任意金属的连接,如熔点相差很大的金属(如铅和钽),热膨胀系数相差很大的金属(如钛和不锈钢)以及硬度、物理化学性能等差别很大的金属(如铜和钛、铜和铝、铜与钼、铝与不锈钢等)都能进行焊接,还可实现非金属与金属之间(如陶瓷与钢之间)的连接。
   
    以上主要是谈钎焊及相关特种连接技术的优点,但也存在不足。例如钎焊接头的组织与母材差别很大,强度一般较低,耐热能力也较差;固相扩散焊对焊接面表面质量要求和对设备的要求很高,适用的接头结构形式也很有限。而TLP扩散焊则结合了固相扩散焊和高温钎焊两种方法的优点,而避免了两者的缺点。首先与固相扩散焊相比,加工和处理方法较简单,只需采用简单的工装就可实现复杂形状构件的连接;其次,TLP扩散焊形成的接头在组织性能上与固态扩散连接类似,而不像钎焊接头那样与母材存在较大差异。
   
    记者:请您介绍一下钎焊及特种连接技术的发展历程,以及钎焊和特种连接技术在国民经济各领域中的地位和应用概况。
    钎焊是人类最早使用的材料连接方法之一。在人类尚未开始使用铁器时,就已发明用钎焊来连接金属。在埃及出土的古文物中,就有用银铜钎料钎焊的管子,用金钎料连接的护符盒,据考证分别是5000年前和近4000年前的物品。公元79年被火山爆发埋没的庞贝城的废墟中,残存着由钎焊连接的家用铅制水管的遗迹,使用的钎料具有Sn:Pb=1:2的成分比,类似现代使用的钎料成分。我国在公元前5世纪的战国初期也已经使用锡铅合金钎料,在秦始皇兵马俑青铜马车中也大量采用了钎焊技术。我国最早见诸于文献记载的钎焊是汉代班固所撰《汉书》中有云:“胡桐泪盲似眼泪也可以汗金银也今工匠皆用之”。1637年出版的明代宋应星科技巨著《天工开物》中有“中华小钎用白铜末,大钎则竭力挥锤而强合之”的记载。明代方以智所撰《物理小识》云:“焊药以硼砂合铜为之,若以胡桐汁合银,坚如石。今玉石刀柄之类焊药,加银一分其中,则永不脱。试以圆盆口点焊药于其一隅,其药自走,周而环之,亦一奇也”。这一记述明确指出了铜钎焊应以硼砂做钎剂而银钎焊则可以胡桐树脂为钎剂,并且对钎料的填缝行为做了精彩的描述。尽管钎焊技术出现较早,但很长时间没有得到大的发展。进入20世纪后,其发展也远落后于熔焊技术。直到20世纪30年代,在冶金和化工技术发展的基础上,钎焊技术才有了较快发展,并逐渐成为一种独立的工业生产技术。尤其是二次世界大战后,由于航空、航天、核能、电子等新技术的发展,新材料、新结构形式的采用,对连接技术提出了更高的要求,钎焊技术因此受到更大的重视,迅速地发展起来,出现了许多新的钎焊方法,其应用也越来越广泛。例如,制造机械加工用的各种刀具,特别是硬质合金刀具,钻探、采掘用的钻具,各种导管和容器,汽车、拖拉机的水箱,各种用途的不同材料、不同结构形式的换热器,电机部件以及汽轮机的叶片和拉筋等构件的制造广泛采用钎焊技术。在轻工业生产中,从医疗器械、金属植入假体、乐器到家用电器、炊具、自行车,都大量采用钎焊技术。对于电子工业和仪表制造业,在很大范围内钎焊是唯一可行的连接方法,如在元器件生产中大量涉及金属与陶瓷、玻璃等非金属的连接问题,及在布线连接中必须防止加热对元器件的损害,这些都有赖于钎焊技术。在核电站和船舶核动力装置中,燃料元件定位架、换热器、中子探测器等重要部件也常采用钎焊结构。 
 
    扩散焊技术也具有悠久的历史。公元前3000多年,埃及人就通过将两块红热的金属用不断锤击的方法使其连接到一起,这可能是固相扩散焊最古老的形式了。公元前700年的青铜器时代,英国人采用在常温下锤击的方法将金子加工成箱体,这应该算是最早的冷压焊。接下来,扩散焊技术经历了漫长的发展历程。但是,直到第二次世界大战扩散焊技术才得到飞速发展,这是因为战争双方为追求更高的飞机飞行性能,需要实现高强铝合金构件的可靠连接,真空技术的迅速发展也促进了扩散焊技术的进步。此外,航空工业的发展和要求也促使扩散焊形式变得多种多样,如20世纪70年代发展了主要用于连接高温合金的TLP扩散焊工艺,可实现先进铸造高温合金的高强连接,目前该工艺也用于钛合金、陶瓷、金属间化合物等新型结构材料的连接;又如20世纪70年代初期开发了钛合金的LID焊工艺,可获得组织成分均匀的钛合金接头。目前固相扩散焊主要用于制造不同材料组成的零件或多孔材料制件,如流线分析仪元件、多孔过滤元件、电磁线圈骨架及一些双金属构件等。TLP扩散焊和LID焊接则用于航空航天领域高温合金及钛合金构件的高强连接。   
   
    记者:您认为我国的钎焊及特种连接技术水平与世界其他国家相比,那些方面比较先进,那些方面还存在一定差距。
    我认为在先进连接技术的开发及新型材料连接技术的研究方面,国内近年来开展了卓有成效的研究工作,基本上能够追踪世界先进水平。但在有关钎焊及特种连接技术基础理论和相关数值模拟技术的研究、新型材料先进连接技术的工程应用、钎焊材料的生产制备技术、钎焊及特种连接设备与控制技术等方面与国外先进水平相比,还存在较大的差距。  
    记者:请您描述一下钎焊及特种连接的发展趋势和研究热点。
    钎焊及相关的特种连接技术越来越多地用于重要承力构件和复杂构件的制造;在新型特种材料的连接中显示出重要的作用,对某些材料、某些构件甚至是唯一可行的连接方法;另钎焊及相关的特种连接技术与冶金、机械、电子、化学工程、表面工程、热处理、高能束加工等学科相互融合交叉,可派生出许多新的制造技术,这也是钎焊及相关的特种连接技术创新发展的重要方向。
    我想为了促进先进材料及其构件的工程应用,应在以下方面开展深入系统的试验研究工作:1)可用于高温结构件的陶瓷及陶瓷与金属连接技术;2)复合材料(包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、C/C复合材料)连接技术;3)金属间化合物材料连接技术;4)难熔金属材料连接技术;5)钛合金低脆性钎焊技术;6)可热处理强化铝合金真空钎焊技术;7)纳米技术在钎焊及特种连接技术中的应用。另基础理论和数值模拟研究工作仍比较薄弱,要给予足够重视,加大研究力度与深度。
    记者:作为专委会主任,请您介绍一下钎焊及特种连接专委会近几年的工作计划。
    专委会作为一个学术团体,主要任务是组织学术活动,如每年要召开全国性或专题性学术会议,促进同行技术交流;在适当的时候组团参加国际学术会议,扩大我国钎焊及特种连接在国际上的影响。今年恰逢Ⅰ专委会成立30周年,我们将在焊接年会期间举办庆祝活动。另外专委会还将在加强科研院所及高校与工厂企业的联系方面进一步开展工作,给研究机构和企业的合作搭桥牵线,使科研成果迅速向生产力的转化,在这方面Ⅰ专委会多年来积累了丰富的经验,也得到了广大钎焊及特种连接研究工作者、单位和企业的认可,我们还要进一步发扬光大。

    记者:请您简要介绍一下我国从事钎焊及特种连接技术研究及相关生产机构的情况和从业人员规模,产业分类,相关材料及产品的规模情况。
    我国从事钎焊及特种连接技术的科研人员估计约有数百人,在多数工科院校及各大工业集团所属的材料或工艺研究院所均有专门从事钎焊扩散焊研究的科研队伍。生产研制钎焊材料的单位有近百家,生产近20个系列的各种软钎料和硬钎料及钎剂等相关材料达数百种。
    记者:作为北京航空材料研究院院长,您认为钎焊及特种连接技术与航空材料的发展存在怎样的联系。钎焊及特种连接技术在航空工业的发展中起什么样的作用。
    一代材料、一代制造、一代装备。钎焊(包括扩散焊)作为材料连接的重要方法之一,它同电子束焊、激光焊、摩擦焊一起被认定为先进飞机和发动机的关键连接技术。
 
    飞机机体上各种钛合金、不锈钢导管在组装过程中要采用高频感应钎焊连接,实现减重效果;机载设备上大量的导线、仪表也采用了钎焊连接。飞行马赫数大于2.5的飞机,由于蒙皮要承受与空气摩擦引起的高温,越来越多地采用不锈钢、钛合金或高温合金的钎焊或LID焊蜂窝壁板。
    航空发动机大量重要部件,诸如涡轮叶片、压气机叶片、燃烧室部件、蜂窝封严结构、叶环结构、不锈钢热交换器、铝合金机箱、燃油总管及其它管路等构件的制造都离不开钎焊或TLP扩散焊技术。发动机整流器、导流窗叶片与机匣之间采用钎焊连接,既满足了设计要求又达到了减重效果。据统计,在某型航空发动机的核心机钎焊面积超过14000cm2。可以说,没有先进钎焊及特种连接技术,就无法实现高性能航空发动机许多重要高温结构件的制造。
    随着航空科学技术的发展,在未来航空装备中将越来越多地采用新材料、新结构和新的制造技术,钎焊及其派生的连接技术,如TLP扩散焊和LID焊接,对于新材料的连接及复杂精细结构件的制造,具有独特的优越性和灵活性,甚至对于某些新材料与复杂构件,钎焊是其唯一可行的连接技术,在重要承力构件上的应用也越来越多,毫无疑问钎焊技术在航空工业中所起的作用越来越重要。

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紫铜及紫铜与低碳钢的焊接工艺 Tue, 12 Nov 2019 18:18:24 +0800 紫铜的特点:具有极高的导电性、导热性、优良的可塑性、耐腐蚀性、低温塑性。
由于紫铜导热性好,焊接时热量迅速从加热区传导出去,使母材与填充金属难以融合,这种现象尤其在厚板焊接时表现得更明显。
“金属结晶器”整体由低碳钢与紫铜焊接.因为内桶为全紫铜制作,而且内桶与外桶的连接是低碳钢法蓝,从而涉及到紫铜及紫铜与低碳钢的焊接工艺。
焊接要求:
要求结晶器整体在6Mpa压缩空气下10分钟无渗漏现象。
把母材需要焊接的位置通过机械加工和等离子切割而得到需要的坡口形式,方便达到焊接要求。
焊接方法的选择:
紫铜焊接有很多方法,如气焊、焊条电弧焊、TIG焊、CO2焊、埋弧焊等等方式.考虑到母材结构、工艺、与焊接设备等因素,选择了TIG焊(高纯Ar气体保护焊)。
焊接材料的准备:
焊丝:HS201   (HS201是含有少量硅、锰、磷脱氧元素的特制紫铜焊丝。加了锡改善了熔融铜的流动性。具有焊接工艺性能优良、焊缝成型良好,机械性高,抗裂性好等优点)
焊剂:四硼酸钠(焊接助熔剂,吸湿性较强,具有脱氢作用,可加深清除焊缝表面残留氧化膜、杂质)。
焊前准备
紫铜焊接部位需严格去油、氧化物及其它污物,焊接坡口部位需去油、除涂锈等杂质。法蓝破口用角磨机清除切割残留氧化膜与杂质,打磨平滑,
焊接过程:
1      紫铜桶状焊缝:
紫铜尤其是厚件必须预热,预热温度一般在600℃左右。因焊件为圆桶状,焊缝过长,我们采用专门为了焊接此设备制作的长炉,为了更有效更持续的给焊缝加温、保温。当焊缝附近温度接近600度左右(视觉观察成暗红色)时,在坡口处开始第一遍打底焊。仔细观察焊缝融合情况,根据母材温度适当调节输出电压,从而实现焊接的流畅性。第一遍打底以后,观察焊缝四硼酸钠固液混合状态的情况,在聚集较多的地方应该用氧气乙炔火焰清理焊缝,避免焊接过程出现四硼酸钠夹杂混流在金属焊缝深层的现象。第二、三遍过度焊同上工艺。盖面焊时,要注意焊缝的余高,既加强高度。保证焊缝的强度。
在温度适当的情况下,铜的金属熔液流动性很好,在注意熔合焊缝的情况下,一定保证焊枪角度和高度,避免在焊接过程中出现填充金属未熔合或焊枪太高,气体保护不到焊缝形成气孔等缺陷。焊后用炉火保温,焊缝上端用石棉铺盖,加强保温与缓冷的效果。
2、紫铜与低碳钢法蓝的焊缝:
   Fe与Cu的原子半径、点阵类型、晶格常数及外层电子数都比较接近,这对钢与紫铜之间的焊接比较有利。但是,钢与紫铜的熔化焊接还有一定的难度,主要如下:
  (1)、钢与铜的物理性能不同,熔点及线膨胀系数差异大。紫铜的线膨胀系数大,在焊接过程中会产生较大的焊接应力。所以我们要把法蓝内径与紫铜圆桶外径咬合好,用法蓝固定和限制紫铜圆桶的膨胀,从而减少焊后缓冷时产生裂纹。
  (2)、铜的导热系数是钢的8-9倍左右,熔池的冷却速度比钢要大得多,氢的扩散逸出和水的上浮条件更为恶劣,形成气孔的敏感性增大。
  (3)、在焊缝或近缝区易产生热裂纹,影响接头的强度及气密性,这是焊接工艺中重点要解决的问题。由于钢与紫铜中含有—定量的杂质,如氧、硫、磷等。在焊接过程中,这些杂质元素易形成各种低熔点的共晶体和脆性化合物而存于焊缝晶界处,严重削弱了金属在高温时的晶间结合力,是焊缝产生热裂纹的主要原因。
  (4)、施焊时,电弧应偏向紫铜侧,以减少熔合比。焊缝中的铁元素对热裂纹倾向的影响比较大,以保证铁在焊缝中的含量在10—43%之间(主要针对紫铜与低碳钢),使焊缝具有良好的抗裂性能。因此,控制焊缝的熔合比是相当重要的环节。
易出现问题:
   1、气孔   铜及铜合金产生气孔的倾向远比钢严重,其中一个直接原因是铜的导热性好,熔池凝固速度快,易造成气孔,但根本原因是气体溶解度随温度下降,而积聚下降及化学反应产生气体所致,气孔的类型有氢造成的扩散气孔和水蒸气造成的反应气孔。
   2、裂纹 铜及铜合金焊接时在焊缝及熔合区易产生热裂纹。
焊接要点:
(1)、合理控制焊接热循环,改善焊接应力状态和消除氧化物、硫化物以及低熔点共晶体的有害作用。具体地的方法就是采用热量集中的焊接方法,即: TIG焊(高纯Ar气体保护焊)。
   (2)、正确选择焊接材料,控制焊缝的化学成分,限制有害杂质的含量。
  (3)、采用合理的接头型式,改善接头的工艺性能和抗裂性能。
  (4)、严格进行焊接前期处理。
焊接工艺参数:
在我们采用融化极高纯Ar气体保护焊时,电流320左右,而电压随时要根据母材温度而调节。
焊后检测:
    紫铜圆桶试漏采用煤油试验,在圆桶外焊缝上涂石灰水,干燥后,再于圆桶内焊缝涂煤油,等待15分钟左右无渗透现象。
(当焊缝有穿透性缺陷时,煤油即渗透过去,在石灰粉上出现油斑或带条)。
    紫铜与低碳钢法蓝,则采用整体通过6Mpa压缩空气下试漏。
以上为金属结晶器的焊接工艺,其中焊接电流的选择这一点不太好把握,有经验的技术人员可能一下子就会调节的很合适,对于新手来说也没什么大不了的,首先可以参考焊接手册及相关标准的参数,这个参数不一定合适,通过试验最终肯定会调到理想参数。在本例中采用TIG焊(高纯Ar气体保护焊)时,可通过金属温度来调节电压大小来匹配相应的电流,因为在厚紫铜板的焊接过程中,大的电流电压足以保持或升高母材的温度.母材熔深加大,增强焊丝融化渗透.而小的电流电压,母材熔深减小,易产生未熔合缺陷,也保证不了焊接过程的温度.所以经过试验最终定为电流320左右。
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碳钢和低合金钢的钎焊 Tue, 12 Nov 2019 18:18:24 +0800 碳钢和低合金钢的钎焊摘要:三相交流电动机正反转固态继电器在高速走丝电火花线切数控机床的发展特点及发展条件(二)鹤山机械化插秧实现零突破 对流传热干燥设备的适用范围基于峰值电流控制的全桥变换器在高频逆变焊机中的应用上海拓攀螺纹切削座基于PCI总线的电火花线切割机运动控制卡设计我国数据转台的发展现状CAE技术在注射模具设计及制造中的应用浅析普通机床的数控改造212532立式坭芯磨床操作规程SANCH推出性能卓越的矢量控制注塑机专用变频器西班牙欧纳公司将展出成熟技术的电加工机床等产品什么是机电一体化基于随形技术的快速制模工艺优化软件研究机床行业部分英汉对照三相交流异步电动机的选择薄壁零件加工过程浅析螺纹类零件4的数控车床加工编程压实机械发展研究报告 [标签:tag] 1钎焊性 碳钢和低合金钢的钎焊性很大程度上取决于材料表面上所形成氧化物的种类。随着温度的升高,在碳钢的表面上会形成Y-Fe2O3、a-Fe2O3、Fe3O4和FeO四种类型的氧化物。 这些氧化物除了Fe3O4之外都是多孔和不稳定的,它们都容易被钎剂所去除,也容易被还原性气体所还.
1钎焊性 
碳钢和低合金钢的钎焊性很大程度上取决于材料表面上所形成氧化物的种类。随着温度的升高,在碳钢的表面上会形成Y-Fe2O3、a-Fe2O3、Fe3O4和FeO四种类型的氧化物。
这些氧化物除了Fe3O4之外都是多孔和不稳定的,它们都容易被钎剂所去除,也容易被还原性气体所还原,因而碳钢具有很好的钎焊性。
对低合金钢而言,如果所含的合金元素相当低,则材料表面上所存在的氧化物基本上是铁的氧化物,这时的低合金钢具有与碳钢一样的钎焊性。如果所含的合金元素增多,特别是象A1和Cr这样易形成稳定氧化物的元素的增多,会使低合金钢的钎焊性变差,这时应选用活性较大的钎剂或露点较低的保护气体进行钎焊。
2钎焊材料
(1)钎料碳钢和低合金钢的钎焊包括软钎焊和硬钎焊。软钎焊中应用最广的钎料是锡铅钎料,这种钎料对钢的润湿性随含锡量的增加而提高,因而对密封接头宜采用含锡量高的钎料。锡铅钎料中的锡与钢在界面上可能形成Fe-Sn金属间化合物层,为避免该层化合物的形成,应适当控制钎焊温度和保温时间。几种典型的锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度如表1所示,其中以w(Sn)为50%的钎料钎焊的接头强度最高,不含锑的钎料所焊的接头强度比含锑的高。
碳钢和低合金钢硬钎焊时,主要采用纯铜、铜锌和银铜锌钎料。纯铜熔点高,钎焊时易使母材氧化,主要用于气体保护钎焊和真空钎焊。但应注意的是钎焊接头间隙宜小于0.05mm,以免产生因铜的流动性好而使接头间隙不能填满的问题。用纯铜钎焊的碳钢和低合金钢接头具有较高的强度,一般抗剪强度在150~215MPa范围内,而抗拉强度分布在170~340MPa之间。
表1 锡铅钎料焊的碳钢接头的抗剪强度
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表2 银铜锌料钎焊的低碳钢接头的强度
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与纯铜相比,铜锌钎料因Zn的加入而使钎料熔点降低。为防止钎焊时Zn的蒸发,一方面可在铜锌钎料中加入少量的Si,另一方面必须采用快速加热的方法,如火焰钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等。采用铜锌钎料钎焊的碳钢和低合金钢接头都具有较好的强度和塑性。例如用B—Cu62Zn钎料钎焊的碳钢接头抗拉强度达420MPa,抗剪强度达290MPa。银铜锌钎料的熔点比铜锌钎料的熔点还低,便于钎焊的操作。这种钎料适用于碳钢和低合金钢的火焰钎焊、感应钎焊和炉中钎焊,但在炉中钎焊时应尽量降低Zn的含量,同时应提高加热速度。采用银铜针钎料焊碳钢和低合金钢,可获得强度和塑性均较好的接头,具体数据列于表2中。
(2)钎剂钎焊碳钢和低合金钢时均需使用钎剂或保护气体。钎剂常按所选的钎料和钎焊方法而定。当采用锡铅钎料时,可选用氯化锌与氯化铵的混合液作钎剂或其他专用钎利。这种钎剂的残渣般都具有很强的腐蚀性,钎焊后应对接头进行严格清洗。 
采用铜锌钎料进行硬钎焊时,应选用FB301FB302钎剂(参见JBT6045—92硬钎焊用钎剂,下同),即硼砂或硼砂与硼酸的混合物:在火焰钎焊中,还可采用硼酸甲酯与甲酸的混合液作钎剂,其中起去膜作用的是B2O3蒸汽。 
当采用银铜锌钎料时,可选择FBl02FBl031FBl04钎剂,即硼砂、硼酸和某些氟化物的混合物。这种钎剂的残渣具有一定的腐蚀性,钎焊后应清除干净。
3钎焊技术 
采用机械或化学方法清理待焊表面,确保氧化膜和有机物彻底清除。清理后的表面不宜过于粗糙,不得粘附金属屑粒或其他污物。 
采用各种常见的钎焊方法均可进行碳钢和低合金钢的钎焊。火焰钎焊时,宜用中
性或稍带还原性的火焰,操作时应尽量避免火焰直接加热钎料和钎剂。感应钎焊和浸沾钎焊等快速加热方法非常适合于调质钢的钎焊,同时宜选择淬火或低于回火的温度进行钎焊,以防母材发生软化。保护气氛中钎焊低合金高强钢时,不但要求气体的纯度高,而且必须配用气体钎剂才能保证钎料在母材表面上的润湿和铺展。 
钎剂的残渣可以采取化学或机械的方法来清除。有机钎剂的残渣可用汽油、酒精、丙酮等有机溶剂擦拭或清洗:氯化锌和氯化铵等强腐蚀性钎剂的残渣,应先在NaOH水溶液中中和,然后再用热水和冷水清洗;硼酸和硼酸盐钎剂的残渣不易清除,只能用机械方法或在沸水中长时间浸煮解决。
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常用钎焊方法分类、原理及应用 Tue, 12 Nov 2019 18:18:24 +0800 常用钎焊方法分类、原理及应用

 

 

钎焊方法

分类

原理

应用

烙铁钎焊

外热式烙铁

使用外热源(如煤气、气体火焰等)加热

适用于以软钎料不大的焊件,广泛应用于无线电、仪表等工业部门

电烙铁

普通电烙铁

靠自身恒定作用的热源保持烙铁头一定温度

 

带陶瓷加热器

 

可调温度

 

弧焊烙铁

烙铁头部装有碳头,利用电弧热融化钎料

适用于铝、铝合金(含Mg多的除外)、不锈钢、钴、锗、硅等钎焊

超声波烙铁

在电加热烙铁头上再加上超声波震动,靠空化作用破坏金属表面氧化膜

火焰钎焊

氧乙炔焰

用可燃气体与氧气(或压缩空气)混合燃烧的火焰来进行加热的钎焊,火焰钎焊可分为火焰硬钎焊和火焰软钎焊

主要用于钎焊钢和铜

压缩空气雾化汽油火焰或空气液化石油火焰或煤气等

多用于铝合金的硬焊接

炉中钎焊

保护气氛炉中钎焊

还原性气氛

加有钎料的焊件在还原性气氛或惰性气氛的电炉中加热进行钎焊

适用于钎焊碳素钢、合金钢、硬质合金、高温合金等

惰性气氛

真空炉中钎焊

热壁型

使用真空钎焊容器,将装配好钎料的焊件放入容器内,容器放入非真空炉中加热到钎焊 温度,然后容器在空气中冷却

钎焊含有Cr、Ti、Al等元素的合金钢、高温合金、钛合金、铝合金及难熔合金

冷壁型

加热炉与钎焊室合为一体,炉壁作成水冷套,内置热反射屏,防止热向外辐射,提高热效率,炉盖密封。焊件钎焊后随炉冷却

空气炉中钎焊

把装配好的焊件放入一般工业电炉中加热至钎焊温度完成钎焊

多用于钎焊铝、铜、铁及其合金

感应钎焊

高频(150~700KHZ)

焊件钎焊处的加热是靠在交变磁场中产生感应电流的电阻热来实现

广泛用于钎焊钢、铜、及铜合金、高温合金等的具有对称形状的焊件

中频(1~10KHZ)

工频(很少直接用于钎焊)

浸渍钎焊

盐浴浸渍钎焊

外热式

多为氯盐的混合物做盐浴,焊件加热和保护靠盐浴来实现。外热式由槽外部电阻热来加热;内热式靠电流通过盐浴产生的电阻热来加热自身和进行钎焊。当钎焊铝和铝合金时应使用钎剂作盐浴

适用于以铜基钎料和银基钎料钎焊钢、铜及其合金、合金钢及高温合金。还可钎焊铝及其合金

内热式

熔化钎料中浸渍钎焊(金属浴)

将经过表面清晰,并装配好的钎焊件进行钎剂处理,再放入熔化钎料中,钎料把钎焊处加热到钎焊温度实现钎焊

主要用于以软钎料钎焊铜、铜合金及钢。对于钎缝多而复杂的产品(如蜂窝式换热器、电机电枢等)用此法优越、效率高

电阻钎焊

直接加热式

电极压紧两个零件的钎焊处,电流通过钎焊面形成回路,靠通电中钎焊面产生的电阻热加热到钎焊温度实现钎焊

主要用于钎焊刀具、电机的定子线圈、导线端口以及各种电子元器件的触点等

间接加热式

电流或只通过一个零件,或根本不通过焊件。前者钎料熔化和另一零件加热是依靠通电加热的零件向它导热来实现。后者电流是通过并加热一个较大的石墨板或耐热合金板,焊件放置在此板上,全部依靠导热来实现,对焊件仍需压紧

特种钎焊

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钛及钛合金的材料特点及焊接性 Tue, 12 Nov 2019 18:18:24 +0800 钛及钛合金的材料特点及焊接性,并会对钛及钛合金焊接中易产生氧化、裂纹、气孔等焊接缺陷,进行了焊接性试验。能过对钛及钛合金焊接工艺规范的不断摸索,以及对试验过程出现的问题的合理分析,总结出钛及钛合金焊接工艺特点及操作要领。

钛及钛的分类及特点

工业纯钛有TA1、TA2、TA3三种,其区别在于含氢氮杂质的含量不同,这些杂质使用工业纯钛强化,但是塑性显著降低。工业纯钛尽管强度不高,但塑性及韧性优良,尤其是具有良好的低温冲刺韧性;同时具有良好的抗腐蚀性能。所以,这种材料多用于化学工业、石油工业等,实际上多用于350℃以下的工作条件。

   根据钛合金退火状态的室温组织,可将钛合金分为三种类型:

   α型钛合金、(α+β)型钛合金及β型钛合金。

α型钛合金中,应用较多的是TA4、TA5、TA6型的Ti-AI系合金和TA7、TA8型的Ti+AI+Sn合金,这种合金室温下,其强度可达到931n/mm2,而且在高温下(500℃以下)性能稳定,可焊性良好。

β型钛合金在中国的应用量较少,其使用范围有待进一步扩大。

钛及钛合金的焊接性

钛及钛合金的焊接性能,具有许多显著特点,这些焊接特点是由于钛及钛合金物理化学性能决定的。

1、  气体及杂质污染对焊接性能的影响

在常温下,钛及钛合金是比较稳定的。但试验表时,在焊接过程中,液态熔滴和熔池金属具有强烈的吸收氢、氧、氮的作用,而且在固态下,这些气体已与其发生作用。随着温度的升高,钛及钛合金吸收氢、氧、氮的能力也随之明显上升,大约在250℃左右开始吸收氢,从400℃开始吸收氧,从600℃开始吸收氮,这些气体被吸收后,将会直接引起焊接接头脆化,是影响焊接质量的极为重要的因素。

1.2氧的影响

   氧在钛的α相和β相中都有较高的熔解度,并能形成间隙固深相,使用权钛的晶伤口严重扭曲,从而提高钛及钛合金的硬度和强度,使塑性却显著降低。为了保证焊接接应的性能,除了在焊接过程中严防焊缝及焊接热影响区发生主氧化外,同时还应限制基本金属及焊丝中的含氧量。

 1.3确氮的影响

   在700℃以上的高温下,氮和钛发生剧作用,形成脆硬的氮化钛(TiN)而且氮与钛形成间隙固溶体时所引起的晶格歪挪程度,比是量的氧引起的后果更为严重,因此,氮对提高工业纯钛焊缝的抗拉强度、硬度,降低焊缝的塑性性能比氧更为显著。

1.4 碳的影响

   碳也是钛及钛合金中常见的杂质,实验表明,当碳含量为0.13%时,碳因深在α钛中,焊缝强度极限有些提高,塑性有些下降,但不及氧氮的作用强烈。但是当时理点提高焊缝含碳量时,焊缝却出现网状TiC,其数量随碳含量增高而增多,使焊缝塑性急剧下降,在焊接应力作用下易出现裂纹。因此,钛及钛合金母材的含碳量不大于0.1%,焊缝含碳量不超过母材含碳量

  2 焊接接头裂纹问题

   钛及钛合金焊接时,焊接接头产生热裂纹的可能性很小,这是因为钛及钛合金中S、P、C等杂质含量很少,由S、P形成的低熔点共晶不易出现的晶界上,加之有效结晶温度区间窄小,钛及钛合金凝固时收缩量小,焊缝金属不会产生热裂纹。

钛及钛合金焊接时,热影响区可出现冷裂纹,其特征是裂纹产生在焊后数小时候甚至更长时间称作延迟裂纹。以研究表明这咱裂纹与焊接过程中氢弹的扩散有关。焊接过程中氢由高温深池向较低温的热影响区扩散,氢含量的提高使该区析出HIH2量增加,增大热影响区脆性,另外由于氢化物析出时体积膨胀引起较大的组织应力,再加上氢原子向该区的高应力部位扩散聚集,以致形成裂纹。防止这种延迟裂纹产生的办法,主要是减少焊接接头的氢的来源,发现时,也呆进行真空退火处理。

3、  焊缝中的气孔问题

钛及钛合金焊接时,气孔是经常碰到的问题。形成气孔的根本原因是由于氢影响的结果。焊缝金属形成气孔主要影响到接头的疲劳强度。防止产生气孔的工艺措施主要有:

(1)、保护氖气要纯,纯度应该不低于99.99%

(2)、彻底清除焊件表面、焊丝表面上的氧化皮油污等有机物。

(3)、对熔池施以良好的气体保护,控制好氩气的流量及流速,防止产生紊流现象,影响保护效果。

(4)、正确选择焊接工艺参数,增加深池停留时间使用权于气泡逸出,可有效地减少气孔。

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镁合金焊接技术浅议 Tue, 12 Nov 2019 18:18:24 +0800 镁合金焊接技术浅议

       镁合金是21世纪的“绿色工程材料”。中国镁金属产业经过十年的快速发展,已经成长为世界第一镁金属生产大国,镁合金成为当前工业产品中使用越来越多的一种减重节能的新型金属材料。具体在电动自行车的运用上,是一种能减轻整车重量,制造高档轻便自行车产品的首要材料选择。
    由于镁金属的物理特性和化学活性,使镁合金开发应用的工艺技术难度较大,焊接工艺技术难题主要表现在氧化、氮化与蒸发,过热晶粒粗大,热裂纹倾向大,容易产生气孔,热应力和变形大,焊接接头机械性能降低等方面,所以在材料焊接技术上,值得业界探讨。
  
    
镁合金母材和焊丝焊前必须经严格的化学和机械清理,去除油污、氧化膜;选用品质优良、电弧稳定的交流钨极氩弧焊方法,采用大电流、快速焊工艺参数和刚性固定等措施,可以获得优质的镁合金焊接接头。镁合金填丝焊接接头的母材区由较粗大的等轴晶粒构成,焊缝区由于冷却速度快产生的晶粒较小,而热影响区近缝区的晶粒则由于受热而有所长大。但是,拉伸性能测试表明,采用填丝交流TIG方法焊接镁合金,可以获得高质量的焊缝,其焊接接头强度可以达到母材的93.5%左右,高于不填丝焊接接头。焊接镁合金自行车的工艺技术与焊接铝合金自行车的技术相近相似,焊工操作技能稍加改进,既能达到合格质量标准。
  
    
高速、高效、优质、自动化及智能化是现代焊接技术的主要发展方向,研发和推广应用数字化逆变焊机是它的基础,也是实现现代化焊接工艺的重要标志。随着逆变技术的发展,单片机或数字微处理器已经广泛应用到焊接电源中。而数字化焊机是高效焊接和自动化焊接的基础。数字化焊机作为数字信号处理技术与弧焊工艺结合的产物,引起业内人士的广泛关注。数字化焊接的概念及其特点、数字化焊机的实现方式及数字化焊机对整个焊接生产工艺起着一定的推动作用。而随着数字信号处理器(DSP)的出现,它就以其强大的指令系统及接口功能显示出功能强、速度快、编程和开发方便等特点而广泛应用于通用数字信号处理。近几年来,DSP在焊接领域也获得愈来愈多应用。
   
    
此外就是焊接专家系统的出现。所谓专家系统是将众多的焊接规范以数据库的形式存储到计算机中,这些焊接规范都是成功的经验数据。每一条数据都包含诸多信息,如:焊接方法、焊接材料、板厚、坡口形状、焊丝直径、送丝速度、焊接电流、焊接电压等等。当操作者输入某几项参数后就可以查询到最佳的焊接规范,通过控制系统把这焊接规范转换成焊机的给定信号以控制焊接设备的运行。如果没有焊接数字化的实现,上述这些是不可能实现的。
    逆变技术是将工频(50Hz)市电整流成直流,再由大功率电力电子器件(IGBT或功率MOSFET)逆变成20kHz以上的中频电压,然后通过变压器以传递功率。由于主电路工作频率高,显著减小了变压器及滤波电抗器的体积及重量,提高了焊机的效率(90%以上)及功率因数(0.85以上),使节能效果非常显著。由于工作在音频以外,因而几乎消除了噪音污染。通过控制电路的作用,能在数微秒级的范围内调节大功率电力电子器件通断的占空比,以控制焊接电源的电流、电压,满足焊接工艺的要求。由于工作频率的提高,使回路纹波电流更小、响应速度更快、焊机具有更好的动态响应特性,对熔滴过渡和熔深的控制更加精细。
    从上世纪80年代末到90年代初,IGBT逆变焊机开始出现。目前,工业发达国家的焊机制造厂商几乎全部进入逆变焊机时代。这是因为逆变焊机对大幅度节省原材料(钢材、铜材、硅钢片等),降低制造成本,大幅度减少电能消耗以及明显改善焊接性能等方面都有突破性的意义,是电焊机产品发展的必然趋势,也是我国电动车、自行车制造业产品更新换代的必由之路 

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手弧焊单面焊双面成型技巧和要领 Tue, 12 Nov 2019 18:18:25 +0800 单面焊双面成形技术是焊条电弧难度较大的一种操作技术,熟练掌握操作要领和技巧才能保证焊出内外质量合格的焊缝与试件。
以断弧焊为例,要掌握好焊条电弧焊单面焊双面成形操作技术,必须熟练掌握“五种要领”,具体内容:看、听、准、短、控。还应学会“六种技巧”具体内容:点固,起头,运条,收弧,接头,收口。
一、五要领
1、看
焊接过程中,认真观察熔池的形状,熔化的大小及铁液与熔渣的分离情况,还应注意观察焊接过程是否正常(如偏弧、极性正确与否等),熔池一般保持椭圆形为宜(圆形时温度已高),熔孔大小以电弧将两侧钝边完全熔化并深入每侧0.5-1㎜为好,熔孔过大时,背面焊缝余高过高,易形成焊瘤或烧穿。熔孔过小时,容易出现未焊透或冷接现象(弯曲时易裂开)焊接时一定要保持熔池清晰,熔渣与铁夜要分开,否则易产生未焊透及夹渣等缺陷,当焊条接过程中出现偏弧及飞溅过大时,应立即停焊,查明原因,采取对策。
2、听
焊接时要注意听电弧击穿坡口钝边时发出的“噗噗”声,没有这种声音,表明坡口钝边未被电弧击穿,如继续向前焊接,则会适成未焊透,熔合不良缺陷。
3、准
送给铁液的位置和运条的间距要准确,并使每个熔池与前面熔池重叠2/3,保持电弧1/3部分在溶池前方,用以加热和击穿坡口钝边,只有送给铁液的位置准确,运条的间距均匀,才能使焊缝正反面形均匀、整齐、美观。
4、短
短有2层意思,一是指灭弧与重新引燃电弧的时间间隔要短,就是说每次引弧时间要选在熔池处在半凝固熔化的状态下(通过护目玻璃能看到黄亮时),对于两点击穿法,灭弧频率大体上50~60次/㏕为宜,如果间隔时间过长,熔池温度过低,熔池存在的时间较短,冶金反应不充分,容易造成夹渣、气孔等缺陷。时间间隔过短,溶池温度过高,会使背面焊缝余高过大,甚至出现焊瘤或烧穿;二是指焊接时电弧要短,焊接时电弧长度等于焊条直径为宜。电弧过长,一是对熔池保护不好,易产生气孔;二是电弧穿透力不强,易产生未焊透等缺陷;三是铁液不易控制,不易成形而且飞溅较大。
5、控
  “控”,是在“看、听、准、短”的基础上,完成焊接最关键的环节。
①控制铁液和溶渣的流动方向
焊接过程中电弧要一直在铁液的前面,利用电弧和药皮熔化时产生的气体定向吹力,将铁液吹向溶池后方,既能保证熔渣与铁液很好地分离,减少产生夹渣和气孔的可能性,当铁液与溶渣分不清时,要及时调整运条的角度(即焊条角度向焊接方向倾斜),并且要压低电弧,直至铁液和熔渣分清,并且两侧钝边熔化0.5-1㎜缺口时方能灭弧,然后进行正常焊接。
②控制溶池的温度和熔孔的大小
焊接时熔池形状由椭圆形向圆形发展,熔池变大,并出现下塌的感觉,如不断添加铁液,焊肉也不会加高,同时还会出现较大的熔孔,此时说明熔池温度过高 ,应该迅速熄弧,并减慢焊接频率(即熄弧的时间长一些),等熔池温度降低后,再恢复正常的焊接。
在电弧的高温和吹力的作用下,试板坡口根部熔化并击穿形成熔孔,施焊过程中要严格控制熔池的形状,尽量保持大小一致,并随时观察熔池的变化及坡口根部的熔化情况。
熔孔的大小决定焊缝背面的宽度和余高,通常熔孔的直径比间隙大1-2㎜为好,焊接过程中如发现熔孔过大,表明熔池温度过高,应迅速灭弧,并适当延长熄弧的时间,以降低熔池温度,然后恢复正常焊接,若熔孔太小则可减慢焊接速度,当出现合适的熔孔时方能进行正常焊接。
③控制焊缝成形及焊肉的高低
影响焊缝成形,焊肉高低的主要因素有:焊接速度的快慢,熔敷金属添加量(即燃弧时间的长短)、焊条的前后位置,熔孔大小的变化、电弧的长短及焊接位置等。一般的规律是:焊接速度越慢,正反面焊肉就越高;熔敷金属添加量越多,正反面焊肉就越高;焊条的位置越靠近熔池后部,表面焊肉就越高,背面焊肉高度相对减少;熔孔越大,焊缝背面焊肉就越高;电弧压得越低,焊缝背面焊肉就越高,否则反之。在仰焊位,仰立焊位时焊缝正面焊肉易偏高,而焊缝背面焊肉易偏低,甚至出现内凹现象。平焊位时,焊缝正面焊肉不易增高,而焊缝背面焊肉容易偏高。
仰焊位焊缝背面焊肉高度达到要求的方法是利用超短弧(指焊条端条伸入到对口间隙中)焊接特性。同时还应控制熔孔不宜过大,避免铁液下坠,这样才能使焊缝背面与母材平齐或略低,符合要求。
通过对影响焊肉高低的各种因素的分析,就能利用上述规律,对焊缝正反面焊肉的高度进行控制,使焊缝成形均匀整齐,特别是水平固定管子焊接时,控制好焊肉的高低尤为重要。
二、六技巧
①点固技巧
  试件焊接前,必须通过点固来进行定位,板状试件(一般长300㎜)前后两端点固进行定位,φ≤57㎜的管状或管板试件点固1点进行定位,φ>60㎜点固2点进行定位,定位焊缝长度为10~15㎜为宜。
  由于定位焊缝是正式焊缝的一部分,要求单面焊双面成形,并且不得有夹渣、气孔、未焊透、焊瘤、焊肉超高或内凹超标等缺陷。所采用的焊条牌号、直径、焊接电流与正式焊接时相同。板状及管板试件一般可以在平焊位进行点固,水平固定管一般采用立爬坡位进行点固,垂直固定管一般采用本位(横焊位)进行点固。用断弧打底焊接时,各类试件装配尺寸见表1。
试件装配尺寸
 

 

 

焊缝位置

 试件厚度/㎜

坡口角度/(°)

 间隙/㎜ 

钝边/㎜ 

反变形角   /(°)

 错边量

平焊

12

 60 

前3后4

0.5-1

3

≤1

立焊

12

 60 

下3上4

0.5-1

5

≤2

横焊

12

 60 

前3后4

0.5-1

7

≤3

仰焊 

12

 60 

前3后4

0.5-1

3

≤4

管垂直固定

3.5~6 

 60 

点固处2.5 .起焊3

0.5-1

≤0.3

管水平固定 

3.5~6 

 60 

下2.5 .上3.2

0.5-1

≤0.3

管板垂直固定

4.5~5 

55

点固处3 .起焊3.5

0.5-1

≤0.3

管板水平固定

4.5~5 

55

下3上3.5

0.5-1

≤0.3


②起头技巧
管状或管板试件起头时有一定的难度,因没有依靠点(不许在点固处起弧),操作不好易出问题,水平固定管和水平固定管板起头点应选在仰焊位越过中心线5~15㎜处,垂直固定管和垂直固定管板起头选在定位点的对面(垂直固定大管起头选在两定位点对面即第3等分点),不论管状还是板状试件,引弧先用长弧预热3~5S,等金属表面有“出汗珠”的现象时,立即压低电弧,焊条做横向摆动;当听到电弧穿透坡口而发出“噗噗”声时,同时看到坡口钝边熔化并形成一个小熔孔(形成第1个熔池)表明已经焊透,立即灭弧,形成第1个焊点,此时,起头结束。
③运条技巧
运条是指焊接过程中的手法,即焊条角度和焊条运行的轨迹。平焊、立焊、仰焊时焊条角度(焊条与焊接方向的夹角)一般为60°~80°。横焊和垂直固定管(横管)焊接时焊条角度一般为60°~80°,与试件下方呈75°~85°。垂直固定管板焊条与管切线夹角为60°~70°,焊条与底板间的夹角为40°~50°。水平固定管和水平固定管板由于焊位的不断变化,焊条角度也随之进行变化。仰焊时的焊条角度(焊条与管子焊接方向之间的夹角)为70°~80°。仰立焊时焊条角度为90°~100°,立焊时焊条角度85°~95°,坡立焊时焊条角度为90°~100°,平焊时焊条角度为70°~80°。而水平固定管板焊条与底板夹角为40°~50°。
平焊、立焊、仰焊、水平固定管及垂直、水平固定管板焊接时焊条运行的轨迹大多采取左右摆动(锯齿形运条),可采取左(右)引弧,右(左)灭弧,再右(左)引弧,左(右)灭弧,依次循环运条,或左(右)引弧运条至右(左)侧再运条回到左(右)侧灭弧,依次循环运条。横焊和垂直固定管运条方式,一般采用斜锯齿或椭圆形。从坡口上侧引弧到坡口下侧灭(熄)弧,再从坡口上侧引弧到坡口下侧灭弧,依次运条。
④收弧技巧
当一根焊条焊完,或中途停焊而需要熄弧时,一定注意作收弧动作,焊条不能突然离开熔池,以免产生冷缩孔及火口裂纹,收弧的方法有3种:
第1种为补充熔滴收弧方法,即收弧时在熔池前方做一个熔孔,然后灭弧,并向熔池尾部送2~3滴铁液,主要目的是减慢池的冷却速度。避免出现冷缩孔,该种收弧方法适用于酸性药皮焊条。
第2种叫衰减收弧法,即:要收弧时,多给一些铁液,并做一个熔孔,然后把焊条引至坡口边缘处熄弧,并沿焊缝往回点焊2-3点即可。这样收弧处焊肉较低,为热接头带来方便(接头一般不用修磨),此法收弧一般不易产生冷缩孔,可用于酸性药皮焊条,在焊接生产中常用此法,以利于接头。
第3种方法叫回焊收弧法,收弧时焊条向坡口边缘回焊5~10㎜(即向焊接反方向坡口边缘回焊收弧),然后熄弧,该种收弧方法适用于碱性药皮焊条。
5、接头技巧(热接法、冷接法)
热接法:收弧后,快速换上焊条,在收弧处尚保持红热状态时,立即从熔池前面迅速把电弧拉到收弧处用连弧(作横向锯齿形运条)进行焊接,焊至熔孔处电弧下压,当听到电弧熔化坡口钝边时发出的“噗噗”声后,立即灭弧,转入正常断弧方法进行焊接,热接法的要领必须是更换焊条动作要迅速,运条手法一定要熟练和灵活。
冷接法:引弧前把接头处的熔渣清理干净,收弧处过高时应进行修磨形成缓坡,在距弧坑约10㎜处引弧,用长弧稍预热后(碱性焊条可不预热)用连弧作横向摆作,向前施焊至弧坑处,电弧下压,当听到电弧击穿坡口根部发出“噗噗”声后,即可熄弧进行正常的焊接,冷接法的优点是:当收弧处有缩孔或焊肉过厚时可进行修磨,保证接头质量,同时操作难度也比热接法时小一些,但焊接效率没有热接法高。
6、收口技巧
收口也叫收尾,是指第1层打底焊环形焊缝首(头)尾相接处,也包括与点固焊缝相连接处,当焊至离焊缝端点或定位点固焊缝前端3-5㎜时,应压低电弧,用连弧焊接方法焊至焊缝并再超过3-5㎜后熄弧,如果留的未焊缝过长,采用连弧焊接就会造成熔孔过大而出现焊瘤和烧穿等缺陷,如果留的未焊缝过短,再用连弧焊进行焊接为时已晚,极易造成收口处未焊透等缺陷。所以收口时所留的未焊焊缝长度要合适,操作技巧要熟练,才能保证接头收口的质量。

 

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关于薄壁件焊接变形技术控制浅谈 Tue, 12 Nov 2019 18:18:25 +0800 关于薄壁件焊接变形技术控制浅谈

作者:陕西雷奇华能科技有限公司    齐海滨

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摘要:

根据多年的焊接经验,结合同行业及本单位实际情况阐述不锈钢薄壁筒多点多道焊接变形主要形式及提前预变形控制方法。

 

关健词:

多点、多道工艺,焊接变形、预变控制方法。

目前,电阻焊、钎焊在我国焊接技术生产领域中得到广泛的应用。而薄壁、多点、多道焊接小工件变形问题以明显影响部分产品的生产速度及生产成本。部件的焊接产生的内应力形成变形,很难控制在设计允许变形的范围,常采用工装、模具强制收形等控制方法。其方法都是在焊接应力产生后设法造成新的变形来抵消已经发生的变形。

薄壁多点、多道焊接变形的形成分析与提前预变控制:

  • 不锈钢薄壁筒工件由于焊接位置不对称,焊接工艺多 及工件本身形状开口不对称,所以焊接形成的应力不对称不拉伸。使工件的变形范围很难控制在工艺设计允许的圆度30丝范围内。
  • 提前预变控制是由多年的对焊接应力变形的概率结合传统的钳工矫形的方法,总结出来的。在焊接变形的垂直方向用传统钳工矫形,应用交往过正的矫形原理提前变形,以对应焊接产生的相对应力,以保证设计变形范围在设计允许变形范围内,即保证了焊接质量又降低了生产成本。

结语:

提前预变的应力与焊接的应力一样,同样是内应力。运用适当的提前应力变形,可抵消焊接时产生的焊接应力。采用提前预变尽可能控制好精准程度。过量变形焊接应力也无法使其保证设计要示主,应注意以下几点:

  • 提前预变方向应垂直与焊接方向;
  • 预变尺寸应不超过焊接应力变形的范围;
  • 后续钎焊时应注意:火焰方向不能朝向薄壁开口薄弱处,以防二次变形;
  • 后续钎焊加热应控制好加热 的状态范围。


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手工电弧焊焊接中克服咬边的小窍门 Tue, 12 Nov 2019 18:18:25 +0800
咬边是焊接中较为严重的表面缺陷,会造成应力集中,严重时会产生裂纹而裂断。他主要是由于焊接工艺参数选择不当,操作工艺不正确,而在母材上产生沿熔合线方向的沟槽或凹陷。故而在操作中较难克服,要求焊工在焊接操作中要严格注意焊接工艺参数,并能较好的观察熔池的熔化情况,保证足够的焊条摆动停留时间,对焊工的操作技能要求较高。依据多年的教学和焊工培训摸索的经验,介绍几点在焊条电弧焊接操作中防止咬边的窍门。
 
一 、坡口加工
1、常见的问题:
在对接焊中,无论是V形坡口、U形坡口还是X形坡口,这些坡口加工时在坡口与工件表面都会形成一条尖锐的棱边,焊接时大家都会以这两条棱边为停留的参考,用于保证焊缝的直线度,而在初学时,焊条摆动到该位置时,尖锐的棱边会很快熔化,而熔化的焊条金属不会很快填满母材的缺损,如果分不清熔池中的金属和熔渣,就无法保证焊条在此处的停留时间,势必会产生咬边。如果在两侧停留时间过长,容易造成焊缝过高,同时由于焊条在两侧停留而造成两侧温差较大,焊缝表面的焊波粗大,影响外观质量。
2、解决措施:
可以在坡口的棱边端部用磨光机修磨出一条1×450的一条倒棱,使其形成“缓冲”,这样可以减缓坡口端部的熔化速度,避免产生咬边,同时可以缩短焊条在焊缝两侧的停留时间,解决由于停留时间过长而导致的温差过大,焊波粗糙的问题。
 
二、焊条摆动及运条角度
1、常见问题:
!)焊条摆动时在两侧停留的位置的选择对克服焊缝咬边有很大的影响,如果焊条停留在坡口的边沿,会因坡口边缘母材金属较为尖锐容易形成咬边;如果停留在坡口外侧的母材金属上,就能够因为待母材金属熔化而相应的变厚,使得母材与焊条金属熔化速度基本一致而减小产生咬边的可能性,但这样无法控制焊缝的宽度,导致焊缝的宽度及宽度差超标,影响焊缝的外观及成形质量。
2)对于很多的初学者来说,焊条摆动时,由于对焊条的电弧及焊条的角度无法作出正确的判断,故而在摆动过程中容易手和手腕一起摆动,使得焊条的电弧容易往一边吹出,焊缝金属一侧高,一侧低,低的一侧就容易形成咬边,焊缝的成形也较为难看,质量较差。
2、解决措施:
1)可以让焊条摆动时在坡口的边缘处短暂停留,然后摆动到另一侧坡口边缘也做短暂停留,再继续往前进行摆动,在摆动到另一侧焊缝边缘做停留时,焊缝的熔池与前一熔池的外侧宽度一致,同时要盖住前一熔池的四分之三左右,以保证焊波的细腻。同时焊条金属一直保持熔化的高温状态,而母材金属有相应的冷却时间,温度较低,熔化的焊条金属就能很快将原有咬边处迅速填满,这样可以有效的解决咬边问题。同时焊条在焊缝两侧停留时以坡口的直边为基准,可以保证焊缝的平直;由于焊条在两侧的停留时间变短,焊缝两侧的温差不大,可以使得焊缝波纹细密,外观成形较好。
2)焊条摆动时,焊条应和焊缝形成一个投影的关系,以保证焊条一直在焊缝的中央,摆动时,仅是手腕的摆动,而手不能摆动,电弧由焊缝中央向两侧吹出,避免母材金属流向焊缝中央形成咬边。
 
三、正确选用工艺参数
1、常见问题:
在学生的教学中,一般有教师指导,通常不会出现这类问题;而在焊工培训教学中,由于工人师傅多于记件为主,为保证完成工作量,多数人都喜欢用大电流,实质上,电流值过大,容易使得母材金属熔化加快,溶池增大,焊条熔化金属的速度无法及时填满母材棱边熔化的沟槽,焊缝的宽度就已经足够,故而容易形成咬边。
2、解决措施:
依据相关的焊接规范选用焊接工艺参数,在平时的工作中养成良好的质量意识,认真参加各种培训和规范焊接要求。
 
我们在学生的教学和各种焊工培训过成中对上述小窍门进行了推广,学生和焊工都较容易接受并掌握,在实际的生产中应用效果良好,焊工们都反映不错,能在一定程度上解决焊缝咬边的问题。当然,在实际应用时,应根据各自的情况合理选择。在此,仅提出供大家参考选用,实际工作中还应该灵活掌握和处理问题。
 
参考文献:
《焊工工艺及技能训练》 中国劳动和社会保障出版社       王长忠编       北京    2001
《电焊工》职业技能鉴定培训教材 中国劳动出版社 
     李继三主编   北京   1996
中国机械工程学会焊接学会 《焊接手册》[M]     北京 机械工业出版社    1992

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单面焊双面成型的焊接质量差原因及防止措施 Tue, 12 Nov 2019 18:18:25 +0800 单面焊双面成型的焊接质量差原因及防止措施
0 引 言
  焊接技术是一门重要的金属加工技术, 尽管焊接技术发展很快,自动化程度也越来越高,但手工电弧焊仍占有不可替代的地位. 尤其在小直径容器和管道的焊接方面,单面焊双面成形焊接技术的作用更显突出. 优质的单面焊双面成形焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材,表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷,焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及操作等原因,使得形成的焊缝达不到质量要求,从而对结构的工作质量和使用寿命产生严重的影响.
1 单面焊双面成形质量差引起的问题

1. 1 增加消耗,降低结构的质量和使用寿命
  焊接生产中,优质的焊接质量可以满足设计要求,保证结构的正常使用寿命. 而一旦出现严重的焊接缺陷,就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等. 否则,这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中,降低结构的使用寿命.
1. 2 焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁,引起安全事故

单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中, 一旦有严重缺陷,质量不合格,焊件的焊补非常困难,而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用,使焊缝的缺陷产生应力集中,加之焊缝的有效使用面积减小,减弱了焊接接头的强度. 轻则使产品的使用寿命受到影响,重则导致焊缝断裂,产品破坏,酿成严重的事故.单面焊双面成型的焊接质量差原因及防止措施
摘 要:单面焊双面成型的焊接质量受到了焊接设备、焊材工艺流程、操作技术水平的限制. 通过分析造成质量差的原因,提出了相应的防止措施,对单面焊双面成型的作业具有指导作用.
关键词:单面焊双面成型; 焊接;质量;原因;措施

0 引 言
  焊接技术是一门重要的金属加工技术, 尽管焊接技术发展很快,自动化程度也越来越高,但手工电弧焊仍占有不可替代的地位. 尤其在小直径容器和管道的焊接方面,单面焊双面成形焊接技术的作用更显突出. 优质的单面焊双面成形焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材,表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷,焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及操作等原因,使得形成的焊缝达不到质量要求,从而对结构的工作质量和使用寿命产生严重的影响.
1 单面焊双面成形质量差引起的问题

1. 1 增加消耗,降低结构的质量和使用寿命
  焊接生产中,优质的焊接质量可以满足设计要求,保证结构的正常使用寿命. 而一旦出现严重的焊接缺陷,就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等. 否则,这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中,降低结构的使用寿命.
1. 2 焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁,引起安全事故

单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中, 一旦有严重缺陷,质量不合格,焊件的焊补非常困难,而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用,使焊缝的缺陷产生应力集中,加之焊缝的有效使用面积减小,减弱了焊接接头的强度. 轻则使产品的使用寿命受到影响,重则导致焊缝断裂,产品破坏,酿成严重的事故.
2 单面焊双面成形焊接质量差的原因分析

2. 1 焊接电源自身因素引起的焊接质量差
  焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素. 若焊接电源自身性能不好,必然不会产生良好的焊件. 当焊机的引弧性
能差,电弧燃烧不稳定,就不能保证工艺参数稳定,焊接过程就无法正常进行,焊接质量就得不到保证.
2. 2 工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响

2. 2. 1 焊接电流
  焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量. 焊接电流过大,可以提高生产率,并使熔透深度增加,但易出现咬肉、焊瘤等缺陷,并增大气孔倾向. 尤其在立焊操作时熔池难以控制,易出现焊瘤,弧长增加,就会产生咬边. 焊接电流过小,熔透深度减小,易出现未焊透、熔合不良、夹渣、脱节等缺陷.
2. 2. 2 焊速

  焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数. [ 3 ] (p168)合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要. 焊速过快,使熔池温度不够,易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷. 焊速过慢,使高温时间长,热影响区宽度增加,焊接接头的晶粒变粗,机械性能降低,焊件的变形量增大,同时焊速过慢还会使每层的厚度增大,导致熔渣倒流,形成夹渣等缺陷.
2. 2. 3 电弧电压

  焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊接缝质稳定的重要因素. 电弧过长对熔化金属保护差,空气中的氧、氮等有害气体容易侵入,使焊缝易产生气孔,焊接金属的机械性能降低. 但弧长也不易过短,若弧长过短,就会引起粘条现象,且由于电弧对溶池的表面压力过大,不利于溶池的搅拌,使溶池中气体及溶渣上浮受阻,从而引起气孔、夹渣等缺陷的产生.
2. 2. 4 焊接层数选择不当

  单面焊双面成形焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响,每层厚度过大,对焊缝金属的塑性有不利的影响,且焊接过程中熔渣易倒流,产生夹渣和未熔合等缺陷. 但每层厚度也不易过小,以免造成焊缝两侧熔合不良.
2. 2. 5 焊条类型及焊条直径的影响

  焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定. 因此, 焊条类型选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素. 焊
条直径的大小除了对生产率有一定的影响外,对焊接质量也有一定的影响. 焊条直径过大,在进行打底层焊接和立焊焊接时
熔池难以控制, 易产生焊瘤等缺陷.
2. 3 操作因素

  在焊接生产过程中,焊工的单面焊双面成形操作技术水平低,就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练,这是造成焊缝质量差的重要原因之一.
  焊前对工件上的油、锈、水分清理不严格,焊条未经烘干处理或烘烤温度不够而投入使用,会促使焊缝产生大量的气孔
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从而使焊接缝质量达不到要求.
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关于铜和不锈钢焊接质量保证的技术及过程控制 Tue, 12 Nov 2019 18:18:25 +0800
我公司研发的铜与不锈钢特种焊接工艺
 \      关于铜和不锈钢焊接质量保证的技术及过程控制
                                陕西雷奇华能科技有限公司              齐海滨 

  由于工业发展及科技进步,铜和不锈钢焊接在我国许多如太阳能光辐转换、风力发电、冶金铸造、电力电子工程、航空航天及船舶制造业等行业里以广泛应用。
    我公司研发的铜与不锈钢特种焊接工艺是以多角度分析、控制,提高了抗裂性、互溶性,采用在液态和固态与铜和不锈钢都互溶的铜及铜合金焊丝及哈氏合金等作为填充金属,焊缝成形良好,组织均匀,接头弯曲角可达180°,接头强度和塑性都令人满意……

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钛及钛合金的焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:25 +0800 试述钛及钛合金的分类及特性。钛是一种非磁性材料,具有密度小(4.5g/cm3)、强度高(比铁约高1倍)、较好的高温强度和低温韧性以及良好的耐腐蚀性等特点。钛在885℃以下时,具有密集六方晶格称为α钛。在885℃产生同素异晶转变,晶格变为体心立方晶格称为β钛。钛长时间在高温停留,晶粒容易长大,快速冷却时,容易生成不稳定的针状α钛组织称为“钛马氏体”,其强度较高,塑性较低。
钛加入合金元素后可改善加工性能和力学性能,常加的合金元素有Al、V、Mn、Cr、Mo等,按照成分和在室温时的组织不同,钛和钛合金可分为:
⑴工业纯钛  按其纯度可分为TA1、TA2、TA3等牌号,其中TA1的杂质最少,少量杂质将使强度增高、塑性降低,故TA1的强度最低(σb为300~500MPa)、塑性最好(δ为30%)。
工业纯钛有良好的焊接性。
⑵α钛合金  钛中加入了Al、Sn等元素,牌号为TA6、TA7,有良好的高温强度和抗氧化性。
α钛合金有良好的焊接性。
⑶β钛合金  钛中加入了Mn、V、Mo、Cr等元素,牌号为TB1、TB2。热处理后强度较高(TB1的σb为700MPa),塑性也较好,而且具有良好的加工性,但耐热性稍差,体积质量大、成本高。
β钛合金的焊接性不良。
⑷α+β钛合金  钛中加入了Al、Se、Mo、Mn、Cr等元素,牌号为TC1、TC2。可通过热处理如化,加工性能良好,但高温强度低于α钛合金。
α+β钛合金焊接性很差,很少用于焊接结构。
84  试述钛及钛合金的焊接性。
⑴化学活性大  钛和钛合金不仅在熔化状态,即使在400℃以上的高温固态也极易被空气、水分、油脂、氧化皮等污染,吸收O2、N2、H2、C等元素,使焊接接头的塑性及冲击韧度下降,并易引起气孔。因此,施焊时对焊接熔池、焊缝及温度超过400℃的热影响区都要妥善保护。
⑵热物理性能特殊  钛和钛合金和其它金属比较,具有熔点高、热容量较小、热导率小的特点,因此焊接接头易产生过热组织,晶粒变得粗大,特别是β钛合金,易引起塑性降低,所以在选择焊接参数时,既要保证不过热,又要防止淬硬现象。由于淬硬现象可通过热处理改善,而晶粒粗大却很难细化,因此为防止晶粒粗大,应选择硬参数。
⑶冷裂倾向较大  溶解于钛中的氢在320℃时和钛会发生共析转变,析出TiH2,引起金属塑性和冲击韧度的降低,同时发生体积膨胀而引起较大的应力,严重时会导致产生冷裂纹。
⑷易产生气孔  产生气孔的气体是氢。因氢在钛中的溶解度随温度升高而下降,焊接时,沿熔合线附近加热温度高,会引起氢的析出,因此气孔常在熔合线附近形成。
⑸变形大  钛的弹性模量约比钢小一半,所以焊接残余变形较大,并且焊后变形的矫正较为困难。
85  试述钛及钛合金焊接方法的选择及常用的焊前清理方法。
由于钛及钛合金的化学活性大,易被氧、氮、氢所污染,所以不能采用手弧焊、CO2气体保护焊等焊接方法进行焊接。目前常用的焊接方法是氩弧焊、埋弧焊和真空电子束焊等,其中尤以钨极氩弧焊用得最为普遍。
近年来等离子弧焊、电阻点焊、缝焊、钎焊和扩散焊得到应用。
钛和钛合金焊件的表面,焊前一定要进行认真的清理,因污物易在焊缝中产生气孔和非金属夹杂,使焊缝的塑性和耐腐蚀性显著下降。常用的清理方法如下:
⑴机械清理  用切削加工、喷砂、喷丸或钢丝刷清除焊接区的污物和氧化皮等。
⑵化学清理  将焊件及焊丝在酸液中进行清洗,使焊件表面去净氧化物,呈银白色金属光泽为止,酸洗液的配方见表60。酸洗后在流动的清水中洗净,焊前再用丙酮或酒精擦净焊丝及焊件焊接区域的表面。

表60  钛及钛合金的酸洗溶液配方
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86  试述钛及钛合金钨极氩弧焊的焊接工艺。
⑴局部保护  钛及钛合金焊接时,不仅要保护焊缝区和熔池区,并且对加热温度超过400℃的热影响区和焊缝背面也要进行保护,常用的局部保护方法见图12。保护效果以焊缝及热影响区表面颜色为标志见表61。

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表61  焊缝和热影响区的表面颜色
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⑵接头形式  钛及钛合金的接头形式及坡口尺寸见表62。

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⑶焊丝  焊丝牌号有TA和TC两大系列,通常采用同质材料,为改善接头塑性,可用比母材合金化程度稍低的焊丝,例如焊接TC4时可以用TC3焊丝。
⑷焊接工艺参数  钛及钛合金手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊的焊接工艺参数,分别见表63、表64。

 

 

 

 

 

 

 

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87  试述钛及钛合金熔化极氩弧焊的焊接工艺。
熔化极氩弧焊有较大的热功率,适用于3~20mm中厚板的焊接。这种方法具有焊接速度高、成本低、气孔倾向也比钨极氩弧焊少的优点。但主要缺点是飞溅较大,影响焊缝成形和区域保护。短路过渡适于较薄件焊接,喷射过渡适于较厚件焊接。由于熔化极焊接时填丝较多,故焊件的坡口角度较大,厚15~25mm一般选用90°、Y形坡口。焊接工艺参数,见表65。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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88  试述钛及钛合金埋弧焊的焊接工艺。
埋弧焊已成功地用于焊接中厚板的钛及钛合金焊件。由于钛及钛合金具有活泼的化学性能,所用焊剂除应具备一般焊剂所共同的性质外,还需具有特别良好的隔绝空气的保护作用,确保焊缝金属不发生氧化反应、不受氢的有害影响。因此,现有各种焊剂都不能使用。目前生产中使用成功的一种特殊焊剂成分(质量分数)为:   
CaF279.5%;BaCl219%;NaF1.5%。这是一种无氧焊剂,要用化学纯原料配制。其中CaF2为基本造渣剂,BaCl2用于稳弧,NaF含量不多,作用是细化晶粒。
焊接电源采用交、直流均可,但用直流反接时焊缝原成形较好,生产率也较高。
焊接接头反面的保护,可用于母材上切取的钛垫板,也可用紧贴背面的焊剂垫。工业纯钛埋弧焊的焊接工艺参数,见表66。

\焊后除渣工作必须在焊缝金属冷至300℃以下时进行。
埋弧焊的主要缺点是成本较高,灵活性较差,工艺设备也较复杂。
89  试述钛及钛合金等离子弧焊的焊接工艺。
钛及钛合金等离子弧焊具有能量集中、单面焊双面成形、弧长变化对熔深程度影响小、无钨无杂、气孔少和接头性能好等优点,可用“小孔型”和“熔透型”两种方法进行焊接。“小孔型”一次焊透的适合厚度为2.5~15mm,“熔透型”适用于各种厚度,但一次焊透的厚度较小,厚度3mm以上需开坡口,填丝多层焊。为加强保护,可以使用氩弧焊拖罩,只是随厚度增加和焊速提高,拖罩长度要适当加长。由于高温等离子焰流过小孔,为保证小孔的稳定,焊件背面不得使用垫板。15mm以上钛材焊接时可以开Y形或∪形坡口,钝边取6~8mm,用“小孔型”等离子弧焊封底,然后用埋弧焊、钨极氩弧焊或“熔透型”等离子弧焊填满坡口。由于氩弧焊封底时,钝边仅1mm左右,故用等离子弧焊封底可大大减少焊接层数、填丝量和角变形,并能提高生产率和降低焊接成本。
等离子弧焊的焊接工艺参数见表67。

 

 

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紫铜与钢的焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:25 +0800 采用手工电弧焊、气焊和埋弧焊。板厚大于3毫米时需开坡口,坡口形式与钢构相同。开X形坡口时不留钝边,以保证焊透。当坡口角度太小或端部沾污就不能很好焊透。
紫铜、铜合金与钢的手工电弧焊可采用铜107(T107)、铜227(T227)焊条进行焊接。
被焊材料的厚度为3毫米或3毫米以上,可以采用埋弧焊,焊接接头可以采用对接或“T”形接。
熔剂层下的碳焊用直流正极性,弧压为40~55伏,弧长14~20毫米,电流300~550安,选用焊铜用的焊剂例如焊剂150、焊剂431等。
熔化极电弧焊时,虽然熔剂中加入2~5%的铝、锰、硅和碳酸钙,以及铜墙铁壁焊毕上镀0.1~0.15毫米的锌,仍不能消除气孔。如对坡口预热150℃,则气孔完全消失。焊丝用T2铜丝,焊剂用430或360,结果良好。
黄铜、紫铜与钢进行闪光焊和电阻焊均可获得合格的接头。闪光焊时钢的烧损量比铜大,因些装入焊机的伸出长度应大些。闪光焊时,钢 L=3.5d ,黄铜L=1.5d ,紫铜L=1d 。式中d为焊件直径,L为伸出长度。电阻焊时,钢L=2.5d ,黄铜L=1d ,紫铜L=1.5d 。顶锻压力均为1.0~1.5公斤力/毫米2
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铝合金MIG焊熔池图像的形态学处理方法(图) Tue, 12 Nov 2019 18:18:25 +0800 摘 要:建立了用于铝合金脉冲M IG焊熔池图像检测的CCD视觉系统,通过窄带滤光系统和选取合适的焊接规范,获取了铝合金脉冲M IG焊熔池的清晰图像。分析了铝合金焊接熔池图像的特征。针对目前已有熔池图像处理算法的缺点,利用形态学方法去除了图像信号中的噪声、阴极雾化区等影响熔池特征提取的部分,获得了满意的熔池边缘图像,为进一步实现铝合金M IG焊接过程控制创造了条件。
关键词: 铝合金; M IG焊; 形态学; 视觉传感
0 序  言
  利用视觉传感系统获取熔池图像并进行处理是实现焊接过程自动控制的重要方法之一,并且在碳钢、不锈钢等材料的焊接中得到了初步应用[ 1~4 ] 。对熔池图像处理的最终目的是获取熔池最大宽度、熔池半长和熔池后拖角等特征信息,通过建立熔池特征与熔深或熔宽等目标对象的映射模型,调节焊接规范实现焊接过程控制,因此对熔池图像的边缘提取是获得以上特征信息的重要手段。在分析图像信号的频率特性时,可以发现图像的边缘和噪声代
表图像信号的高频分量,因此传统的边缘检测的方法是基于空间运算的,借助空域微分算子进行边缘检测,通过将其模板与图像卷积完成,根据模板的大小和元素值的不同有不同的算子,例如Robert算子、Prewitt算子、Sobel算子等。还有利用高斯函数对原始图像作平滑或卷积运算的Canny边缘检测算子。但这些空域边缘检测算子对噪声都比较敏感并且常常会在检测边缘的同时加强噪声,而在焊接熔池图像采集过程中,由于图像传输和数字量化处理的过程中产生的寄生效应会导致采集的图像中会叠加很多噪声信号。铝合金M IG焊接过程中需要较
大的焊接基值电流才能保证阴极破碎作用,实现铝合金正常焊接,电弧光更加强烈,再加上逆变焊接电源干扰、M IG焊过程中伴随的熔滴过渡干扰,铝合金表面反射全波段可见光,且铝合金焊接时熔池与母材没有明显的颜色变化,熔池与母材界线对比度较差及焊接电弧的电磁干扰使得焊接熔池图像背景噪声十分强烈,采用以上边缘检测方法效果较差。文献[ 5, 6 ]采用神经网络和小波变换检测铝合金TIG焊熔池特征,取得了较好效果,但该方法计算量较大。通过对铝合金脉冲M IG焊熔池特征的分析,针对目前熔池图像处理算法的缺点,文中提出利用形态学方法提取铝合金M IG焊熔池特征信息,获得了满意的效果。
1 试验系统组成
1. 1 试验系统
  铝合金M IG焊接熔池视觉传感系统的组成如图1所示。主要包括松下CP - 230型CCD ( chargecoup led device)摄像机及包括中性减光片和窄带滤光片、吸热片等光学组件的复合滤光镜头,变焦镜头,天敏SDK - 2000型图像采集卡,工业控制计算机等,还包括电焊机、焊接机器人和焊接工作台等设备。电焊机采用德国DELEX V IR IO M IG - 400L 型数字控制电焊机,可以实现多种脉冲电流的调节。系统控制计算机采用的配置为P4 - 2. 0G, 256M内存。
1. 2 复合滤光系统设计
  复合滤光系统主要由中性减光片和窄带滤光片、吸热片等组成,其中最关键的问题是如何选取滤光“窗口”(窄带滤光片的中心波长和半宽) ,将强烈弧光和反射光滤除,利用熔池金属自身的发光和剩余弧光的照明作用,实现熔池在CCD 器件上的成像。
  铝合金M IG焊接区电弧的光谱主要由叠加在较低的连续光谱上的氩元素光谱和铝元素光谱组成,根据氩元素和铝元素的特征谱线强度分布[ 7 ]可知,在波长396 nm附近铝元素的谱线比氩元素的高,理论上适合视觉采样,但396 nm靠近紫外区,不在普通CCD的光谱响应范围内,因此不能利用该波段。在可见光范围内观察铝和氩的特征谱线发现波长600~800 nm的范围内,氩的谱线较弱,电弧光基本上为强度较低的连续光谱组成,虽然在这一区域不存在铝元素谱线,不能利用熔池的自身发光成像,但可以利用较弱的弧光对熔池的照明来实现成像。
通过试验研究,复合滤光系统采用610 nm ±10 nm的窄带滤光片加两片30%减光片和一片焊接用标准吸热玻璃可以实现较好的滤光效果。
 

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图1 试验系统组成


2 熔池图像获取及特征分析
  铝合金M IG焊过程中弧光十分强烈,如果焊接电压较高会造成弧长较长,弧光会覆盖整个焊接接头区域,加上铝板表面强烈的镜面反射,即使采用复合滤光系统和脉冲焊接仍然不能获得清晰的熔池图像,因此焊接过程中宜采用短弧焊,配合较长的干伸长度,将电弧压缩在熔池底部,使弧光不能扩散,这样容易采集到清晰的熔池图像。试验中利用铝合金脉冲M IG焊视觉采集系统对板厚为6 mm的LF6铝板堆焊进行了熔池图像采集试验。尝试了许多不同的焊接规范和焊枪角度,对不同光圈、以及拍摄角度进行了组合,通过试验,得到了焊接规范和光学参数的最佳组合。试验中保护气体为100%氩气,焊丝材料为AlMg4. 5,直径<1. 2,焊接速度12 cm /min,焊接基值电流100 A, 峰值电流300 A,电弧电压14. 5 V,脉冲频率2 Hz, 焊枪角度75°, 气体流量10 L /min。在以上规范条件下,焊接过程为亚射流过渡,飞溅很少对视觉检测过程影响较小,获得的典型熔池图像如图2所示。
 

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图2  熔池图像


  由图2所示的铝合金M IG焊熔池图像中主要所反映的信息包括焊丝、电弧、熔池、阴极雾化区、焊道边缘、金属堆积等部分。整个焊接熔池区呈火山口状,焊接电弧压缩在熔池底部产生强烈的反射,在图像中灰度值最高。焊接熔池受电弧照射也产生强烈反射,但由于反射光线与镜头光轴线有一定夹角,因此亮度与电弧区相比相对较弱,灰度值也较低但相比其它区域高很多。由于M IG焊过程中,阴极雾化作用强烈,因此在阴极雾化区也产生了强烈的反射,灰度值也较高。而由于焊丝熔化产生的金属堆积及焊道边缘,并没有受到电弧的直接照射,因此亮度和灰度值较低。母材产生的光线反射大部分被减光片和吸热片吸收,在CCD上的成像很弱,在熔池图像中表现的灰度值最低。
3 熔池图像的形态学处理
  对熔池图像进行处理的目的是检测熔池的边缘,进而获得熔池最大宽度、熔池半长和熔池后拖角等与焊接熔透、熔宽相关的信息,实现焊接过程传感。由于边缘的锐利程度由图像的灰度梯度决定,传统的边缘检测算法一般用差分对每一个像素计算出灰度梯度向量,求出它的绝对值,通过阈值操作获得边缘图像。传统熔池图像处理方法一般要经过滤波,图像增强,选用合适的边缘检测算子进行边缘检测等步骤,这种方法的主要缺点是结果对噪声很敏
感,图像经离散差分后对噪声比对原图像更敏感,虽然对图像做平滑后可改善结果,但是又会产生一个问题:会把一些靠在一起的边缘平滑掉,而且会影响对边缘的定位。图3 显示了经过滤波和图像增强后,利用各种常用边缘检测算子对铝合金M IG焊熔池图像进行边缘检测后的结果。从熔池边缘检测结果看大部分算子不能完全消除噪声的影响,沿熔池边缘存在很多细小的线段,并且在熔池边缘存在很多断点,不利于熔池特征信息的提取。相对而言,Canny算子的边缘检测结果较好,边缘光滑。但是所有算法的检测结果都不能去除阴极雾化区和焊丝的图像边缘,给下一步熔池特征信息的提取带来了很大干扰。针对传统图像处理方法的缺点,提出了采用形态学方法处理铝合金M IG焊熔池图像。
 

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图3 不同边缘算子的熔池检测结果


  数学形态学图像处理是用具有一定形态的结构元素去量度和提取图像中的对应形状以达到对图像分析和识别的目的[ 8 ] 。由于形态学算子实质上是表达物体或形状的集合与结构元素之间的相互作用,结构元素的形态就决定了这种运算所提取的信号的形态信息,因此数学形态学对信号的处理具有直观上的简单性,在描述信号形态特征上具有独特的优势。形态学中的形态滤波器可借助于先验的几何特征信息,利用形态学算子有效地滤除噪声,又可保留图像中的原有信息,而且运算速度快,用于控制系统实时性好,因此文中提出了一种适用于提取铝合金脉冲M IG焊熔池边缘的形态学方法。
  数学形态学算子通常包括腐蚀、膨胀、形态开、形态闭等算子, 其数学表示如下:
设n维欧氏空间Rn 中集合A ,结构元素B ∈Rn或其子空间Rm的一个点集,两个矢量a 和b分别
是A 和B 的元素,形态和与形态差分别定义为如下点集
 

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(1)
式中: Z是a和b的矢量和。Ab 是集合A 关于矢量b的变换。在此基础上,集合X 被集合B 膨胀可定义为集合X 与集合B s (集合B 关于原点对称的集合)的形态和:
 

\

(2)
而集合X 被集合B 腐蚀是集合X 与集合B s 的形态差
 

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(3)
膨胀是扩展运算,而腐蚀是收缩运算。集合X 关于结构元素B 的形态开变换XB 和形态闭变换XB 分别定义为
 

\

(4)(5)
利用形态学方法进行图像处理,结构元素矩阵的选取很重要,它直接影响图像处理的结果和精度。由于铝合金M IG焊熔池形状近似为圆形,因此结构元素选取圆形比较合适。经过试验,结构元素矩阵采用半径为7个像素的圆可获得最理想的效果。应用形态学方法提取焊缝熔池边缘的基本过程为:阈值化处理、去噪、腐蚀、膨胀和边缘检测。阈值化处理利用阈值实现熔池图像和背景的分离,因此阈值的选取十分重要,根据对熔池图像的灰度等高线分析可知熔池图像的灰度在220以上,因此选取灰度阈值为220。
  通过形态开闭操作去除图像中的噪声。处理后的熔池图像中还包括阴极雾化区的图像,需要通过腐蚀操作去除,然后对图像进行膨胀操作以恢复腐蚀处理前熔池图像的尺寸,最后进行边缘检测获得熔池几何形状。整个处理过程如图4所示。由图4f的结果可知,采用形态学方法提取的熔池边缘图像完全消除了噪声和阴极雾化区的影响,并且边缘光滑连续。该试验系统完成整个处理过程所需时间大约30 ms,比基于Canny算子的计算速度( 55 ms)有较大程度的提高,完全可以满足实时控制过程。
 

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图4  形态学处理结果
4 结  论
  (1) 利用文中设计的视觉采集系统,通过合理选择光学系统参数和恰当的焊接规范,获得了清晰的铝合金M IG焊熔池区图像。
  (2) 分析了铝合金脉冲M IG焊熔池区图像特征,通过传统微分算子对熔池图像的处理,发现用传统图像处理方法处理铝合金熔池图像有很多缺点,提出了铝合金M IG焊熔池图像的数学形态学方法。试验证明该方法算法简单,计算量小,计算速度快,对噪声敏感性低,可以有效去除图像中的阴极雾化区,得到的边缘信息光滑、连续,没有断点和噪声,其结果明显优于基于微分算子的边缘提取算法,在运算量较小的条件下实现了铝合金M IG焊熔池几何特征的准确提取,为进一步实现铝合金脉冲MIG焊过程智能控制奠定了基础。

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铜与不锈钢的焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:25 +0800
焊接铜与不锈钢时,若采用不锈钢焊条,则在焊缝金属内熔入大量的铜,易引起热裂纹。由冶金学可知,如含镍高,则熔入铜的允许量与含镍量成比例增加。例如奥032、奥222焊条含2%左右的铜,是可用的。当在不锈钢焊缝金属内熔化入20%的铜时,则由于铜在晶界析出,形成网状分布的热裂纹,降低了使用寿命。因此,焊接上述异种金属时,应习题避免采用不锈钢焊条,而尽量改用蒙乃尔焊条。
采用铜合金焊条时,由于焊缝中熔入了镍、铬、铁等元素,使焊缝金属变硬、变脆。在焊接区的不锈钢侧,由于铜渗入奥氏体晶界使接头变脆。因此要尽量避免采用铜合金焊条,或仅用于对机械强度要求不高的接头。采用在不锈钢上堆焊铜或铜合金作为过渡层的方法虽然可行,但仍在不同程度上出现上述现象。例如,用蒙乃尔合金、铝青铜、纯铜焊条时,裂纹较少;而采用磷青铜、黄铜和硅青铜时,则裂纹较多。
通常采用氩弧焊焊接铜和不锈钢。因为铜合金比18-8型不锈钢的导热系数几乎高9倍,焊接时必须给铜加入较多的热量。为此电极应向铜侧偏移一定距离,使缝区中钢侧不熔化,而铜合金的表面也无咬边现象。
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焊接铜与不锈铜,采用在液态和固态与铜和铁都无限互溶的蒙乃尔合金作为填充金属,焊缝成形良好、组织均匀,接头弯曲角可达180°,接头强度和塑性都令人满意。
图6-18a是典型的铜与钢的爆炸接头金相照片。接头区的化学成分通常和电子探针进行研究(图6-18 b、c)。从图的区段(含铜量约为30%),不定期有3~5微米大小的纯铜粒。在旋涡区中铜约占70%~85%,从图6-18 c中可以看到10~15微米的纯铁段,然后从100%下降到0的数量级,约占10微米的距离。这种现象的造成可从铁一铜状态图(图6-16)中看出,在平衡状态的结晶条件下,铜在铁中的溶解度不超过30%,而铁在铜中的溶解度只有0.3%。在液态铜与铁相互之间具有无限溶解度。上面的这种现象正好证明了在焊接条件下,除塑性流动外,局部区段(点)可能发生了熔化。因此,在混合区,曲线上出现的各种突变并不奇怪,因为不规则的局部熔化可能会造成任意比例的固溶体。

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激光焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:26 +0800 \

图为激光焊接,材料厚度为0.3 ,二处焊点。

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钛及钛合金的材料特点及焊接性 Tue, 12 Nov 2019 18:18:26 +0800 钛及钛合金的材料特点及焊接性,并会对钛及钛合金焊接中易产生氧化、裂纹、气孔等焊接缺陷,进行了焊接性试验。能过对钛及钛合金焊接工艺规范的不断摸索,以及对试验过程出现的问题的合理分析,总结出钛及钛合金焊接工艺特点及操作要领。

钛及钛的分类及特点

工业纯钛有TA1、TA2、TA3三种,其区别在于含氢氮杂质的含量不同,这些杂质使用工业纯钛强化,但是塑性显著降低。工业纯钛尽管强度不高,但塑性及韧性优良,尤其是具有良好的低温冲刺韧性;同时具有良好的抗腐蚀性能。所以,这种材料多用于化学工业、石油工业等,实际上多用于350℃以下的工作条件。

   根据钛合金退火状态的室温组织,可将钛合金分为三种类型:

   α型钛合金、(α+β)型钛合金及β型钛合金。

α型钛合金中,应用较多的是TA4、TA5、TA6型的Ti-AI系合金和TA7、TA8型的Ti+AI+Sn合金,这种合金室温下,其强度可达到931n/mm2,而且在高温下(500℃以下)性能稳定,可焊性良好。

β型钛合金在中国的应用量较少,其使用范围有待进一步扩大。

钛及钛合金的焊接性

钛及钛合金的焊接性能,具有许多显著特点,这些焊接特点是由于钛及钛合金物理化学性能决定的。

1、  气体及杂质污染对焊接性能的影响

在常温下,钛及钛合金是比较稳定的。但试验表时,在焊接过程中,液态熔滴和熔池金属具有强烈的吸收氢、氧、氮的作用,而且在固态下,这些气体已与其发生作用。随着温度的升高,钛及钛合金吸收氢、氧、氮的能力也随之明显上升,大约在250℃左右开始吸收氢,从400℃开始吸收氧,从600℃开始吸收氮,这些气体被吸收后,将会直接引起焊接接头脆化,是影响焊接质量的极为重要的因素。

1.2氧的影响

   氧在钛的α相和β相中都有较高的熔解度,并能形成间隙固深相,使用权钛的晶伤口严重扭曲,从而提高钛及钛合金的硬度和强度,使塑性却显著降低。为了保证焊接接应的性能,除了在焊接过程中严防焊缝及焊接热影响区发生主氧化外,同时还应限制基本金属及焊丝中的含氧量。

 1.3确氮的影响

   在700℃以上的高温下,氮和钛发生剧作用,形成脆硬的氮化钛(TiN)而且氮与钛形成间隙固溶体时所引起的晶格歪挪程度,比是量的氧引起的后果更为严重,因此,氮对提高工业纯钛焊缝的抗拉强度、硬度,降低焊缝的塑性性能比氧更为显著。

1.4 碳的影响

   碳也是钛及钛合金中常见的杂质,实验表明,当碳含量为0.13%时,碳因深在α钛中,焊缝强度极限有些提高,塑性有些下降,但不及氧氮的作用强烈。但是当时理点提高焊缝含碳量时,焊缝却出现网状TiC,其数量随碳含量增高而增多,使焊缝塑性急剧下降,在焊接应力作用下易出现裂纹。因此,钛及钛合金母材的含碳量不大于0.1%,焊缝含碳量不超过母材含碳量

  2 焊接接头裂纹问题

   钛及钛合金焊接时,焊接接头产生热裂纹的可能性很小,这是因为钛及钛合金中S、P、C等杂质含量很少,由S、P形成的低熔点共晶不易出现的晶界上,加之有效结晶温度区间窄小,钛及钛合金凝固时收缩量小,焊缝金属不会产生热裂纹。

钛及钛合金焊接时,热影响区可出现冷裂纹,其特征是裂纹产生在焊后数小时候甚至更长时间称作延迟裂纹。以研究表明这咱裂纹与焊接过程中氢弹的扩散有关。焊接过程中氢由高温深池向较低温的热影响区扩散,氢含量的提高使该区析出HIH2量增加,增大热影响区脆性,另外由于氢化物析出时体积膨胀引起较大的组织应力,再加上氢原子向该区的高应力部位扩散聚集,以致形成裂纹。防止这种延迟裂纹产生的办法,主要是减少焊接接头的氢的来源,发现时,也呆进行真空退火处理。

3、  焊缝中的气孔问题

钛及钛合金焊接时,气孔是经常碰到的问题。形成气孔的根本原因是由于氢影响的结果。焊缝金属形成气孔主要影响到接头的疲劳强度。防止产生气孔的工艺措施主要有:

(1)、保护氖气要纯,纯度应该不低于99.99%

(2)、彻底清除焊件表面、焊丝表面上的氧化皮油污等有机物。

(3)、对熔池施以良好的气体保护,控制好氩气的流量及流速,防止产生紊流现象,影响保护效果。

(4)、正确选择焊接工艺参数,增加深池停留时间使用权于气泡逸出,可有效地减少气孔。

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操作激光切割机安全生产的13个要点 Tue, 12 Nov 2019 18:18:26 +0800 操作激光切割机安全生产的13个要点

激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。要计算机的控制下,通过脉冲来使激光器放电,从而输出受控的重复高频率的脉冲激光,形成一定频率,一定脉宽的光束,该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦镜组在加工物体的表面上,形成 一个个细微的、高能量密度光斑,焦斑位于待加工面附件近,以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量的激光脉冲瞬间就能把物体表面溅射出一个细小的孔,在计算机控制下,激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点,这样就会把物体中工成想要的形状。

激光切割机在工作时,如果发生故障是很危险的,新手必须经过专业人员的培训才能独立操作,激光专家信根据经验总结了激光切割机安全工作的13个细节,希望有所帮助。如下:

1.         遵守一般切割机安全操作规程。严格按照激光器启动程序启动激光器。

2.         操作者必须经过培训,熟悉设备结构、性能,掌握操作系统有关知识。

3.         按规定穿戴好劳动防护用品,在激光束附近必须佩带符合规定的防护眼镜。

4.         在未弄清某一材料是否能用激光照射或加热前,不要对其加工,以免产生烟雾和蒸气的潜在危险。

5.         设备开时操作人员不得擅自离开岗位或托人待管,如的确需要离开时应停机或切断电源开关。

6.         要将灭火器放在随手可及的地方;不加工时要关掉激光器或光闸;不要在未加防护的激光束附近放置纸张、布或其他易燃物。

7.         在加工过程中发现异常时,应立即停机,及时排除故障或上报主管人员。

8.         保持激光器、床身及周围场地整洁、有序、无油污、工件、板材、废料按规定堆放。

9.         使用气瓶时,应避免压坏焊接电线,以免漏电事故发生。气瓶的使用、运输应该遵守气瓶监察规程。禁止气瓶在阳光下爆晒或靠近热源。开启瓶阀时,操作者必须站在瓶嘴侧面。

10.   维修时要遵守高压安全规程。每运转40小时或每周维护、每运转1000小时或第六个月维护时,要按规定和程序进行。

11.   开机后应手动低速X、Y方向开动机床,检查确认有无异常情况。

12.   对新的工件程序输入后,应先试运行,并检查其运行情况。

13.   工作时,注意观察机床运行情况,以免切割机走出有效行程范围或两台发生碰撞造成事故。

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钛及钛合金的材料特点及焊接性 Tue, 12 Nov 2019 18:18:26 +0800 钛及钛合金的材料特点及焊接性,并会对钛及钛合金焊接中易产生氧化、裂纹、气孔等焊接缺陷,进行了焊接性试验。能过对钛及钛合金焊接工艺规范的不断摸索,以及对试验过程出现的问题的合理分析,总结出钛及钛合金焊接工艺特点及操作要领。

钛及钛的分类及特点

工业纯钛有TA1、TA2、TA3三种,其区别在于含氢氮杂质的含量不同,这些杂质使用工业纯钛强化,但是塑性显著降低。工业纯钛尽管强度不高,但塑性及韧性优良,尤其是具有良好的低温冲刺韧性;同时具有良好的抗腐蚀性能。所以,这种材料多用于化学工业、石油工业等,实际上多用于350℃以下的工作条件。

   根据钛合金退火状态的室温组织,可将钛合金分为三种类型:

   α型钛合金、(α+β)型钛合金及β型钛合金。

α型钛合金中,应用较多的是TA4、TA5、TA6型的Ti-AI系合金和TA7、TA8型的Ti+AI+Sn合金,这种合金室温下,其强度可达到931n/mm2,而且在高温下(500℃以下)性能稳定,可焊性良好。

β型钛合金在中国的应用量较少,其使用范围有待进一步扩大。

钛及钛合金的焊接性

钛及钛合金的焊接性能,具有许多显著特点,这些焊接特点是由于钛及钛合金物理化学性能决定的。

1、  气体及杂质污染对焊接性能的影响

在常温下,钛及钛合金是比较稳定的。但试验表时,在焊接过程中,液态熔滴和熔池金属具有强烈的吸收氢、氧、氮的作用,而且在固态下,这些气体已与其发生作用。随着温度的升高,钛及钛合金吸收氢、氧、氮的能力也随之明显上升,大约在250℃左右开始吸收氢,从400℃开始吸收氧,从600℃开始吸收氮,这些气体被吸收后,将会直接引起焊接接头脆化,是影响焊接质量的极为重要的因素。

1.2氧的影响

   氧在钛的α相和β相中都有较高的熔解度,并能形成间隙固深相,使用权钛的晶伤口严重扭曲,从而提高钛及钛合金的硬度和强度,使塑性却显著降低。为了保证焊接接应的性能,除了在焊接过程中严防焊缝及焊接热影响区发生主氧化外,同时还应限制基本金属及焊丝中的含氧量。

 1.3确氮的影响

   在700℃以上的高温下,氮和钛发生剧作用,形成脆硬的氮化钛(TiN)而且氮与钛形成间隙固溶体时所引起的晶格歪挪程度,比是量的氧引起的后果更为严重,因此,氮对提高工业纯钛焊缝的抗拉强度、硬度,降低焊缝的塑性性能比氧更为显著。

1.4 碳的影响

   碳也是钛及钛合金中常见的杂质,实验表明,当碳含量为0.13%时,碳因深在α钛中,焊缝强度极限有些提高,塑性有些下降,但不及氧氮的作用强烈。但是当时理点提高焊缝含碳量时,焊缝却出现网状TiC,其数量随碳含量增高而增多,使焊缝塑性急剧下降,在焊接应力作用下易出现裂纹。因此,钛及钛合金母材的含碳量不大于0.1%,焊缝含碳量不超过母材含碳量

  2 焊接接头裂纹问题

   钛及钛合金焊接时,焊接接头产生热裂纹的可能性很小,这是因为钛及钛合金中S、P、C等杂质含量很少,由S、P形成的低熔点共晶不易出现的晶界上,加之有效结晶温度区间窄小,钛及钛合金凝固时收缩量小,焊缝金属不会产生热裂纹。

钛及钛合金焊接时,热影响区可出现冷裂纹,其特征是裂纹产生在焊后数小时候甚至更长时间称作延迟裂纹。以研究表明这咱裂纹与焊接过程中氢弹的扩散有关。焊接过程中氢由高温深池向较低温的热影响区扩散,氢含量的提高使该区析出HIH2量增加,增大热影响区脆性,另外由于氢化物析出时体积膨胀引起较大的组织应力,再加上氢原子向该区的高应力部位扩散聚集,以致形成裂纹。防止这种延迟裂纹产生的办法,主要是减少焊接接头的氢的来源,发现时,也呆进行真空退火处理。

3、  焊缝中的气孔问题

钛及钛合金焊接时,气孔是经常碰到的问题。形成气孔的根本原因是由于氢影响的结果。焊缝金属形成气孔主要影响到接头的疲劳强度。防止产生气孔的工艺措施主要有:

(1)、保护氖气要纯,纯度应该不低于99.99%

(2)、彻底清除焊件表面、焊丝表面上的氧化皮油污等有机物。

(3)、对熔池施以良好的气体保护,控制好氩气的流量及流速,防止产生紊流现象,影响保护效果。

(4)、正确选择焊接工艺参数,增加深池停留时间使用权于气泡逸出,可有效地减少气孔。

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激光焊接与电子束焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:26 +0800 激光焊接与电子束焊接

 

前言

焊接,作为现代重要的加工技术之一,自1882年出现了碳弧焊开始,迄今已经历了100多年的发展历程,为了适应工业发展及技术进步的需要,先后产生了,埋弧焊、电阻焊、电渣焊及各种气体保护焊等一系列新的焊接方式。进入20世纪50后代后,随着焊接新工艺和新能源的开发研究,等离子弧切割与焊接、真空电子束焊接及激光焊接等高能束技术也陆续应用到各工业部门,使焊接技术达到一个新的水平。特别是近年来,各种尖端工业的发展需求,不断提出了具有特殊性能材料的焊接问题,如高强钢、超高强钢、特种耐热耐腐蚀钢、高强不锈钢、特种多及金属部化合物、算命材料、难熔金属及异种材料焊接等等。激光焊接技术与其它熔化焊想比独具的深宽比高,焊缝宽度小,热影响区小,变形小、焊接速度快,焊缝质量高,无气孔,可精确控制,聚焦光点小,定位精度高,易实现自动化等优点。电子束焊接具有其它熔焊方法难以比拟的优势和特殊功能:其焊接能量密谋极高,容易实现金属材料的深熔透焊接、焊缝窄、深宽比大,焊缝热影响区小,焊接残余变形小、焊接工艺参数容易精确控制、重复性和稳定性好等。这两个焊接方法参各种加工制造行业中得到了高度重视。

1.       激光焊接技术

激光焊接是一种新型的熔代焊接方式,是利用原子受激辐射的原理,使工作物质(激光材料)受激而产生的一种单色性好、方向性强、强度很高的激光束。聚集后的激光束最高能量密谋可达1013W/cm2,在千分之几秒甚至更短时间内将光能转换成热能,温度可达到一万摄氏度以上,利用这种高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热,激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散,将材料熔化后形成特定的熔池,从而达到焊接的目的。激光焊接主要针对薄壁材料、精密零件的焊接,可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等。

激光焊接中应用的激光器主要有两大类,一类是固体激光器,又称Nd:YAG激光器。Nd(钦)是一种稀土族无素,YAG代表忆铝拓榴石,晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06mm,主要优点是产生的光束可以通过光纤传送,因此可以省去复杂的光束传送系统,适用于柔性制造系统或远程加工,通常用于焊接精度要求较高的工件。另一类是气体激光器,又称CO2激光器,分子气体作工作介质,产生平均10.6mm的红外激光,可以连续工作并输出很高的功率,标准激光功率在2-5KW之间。

1.1    激光焊接的种类

      激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接两大类。脉冲激光焊特别适用于对电子工业和仪表工业的微形件的焊接,可以实现薄片(0.2mm)以上、薄膜(几微米到几十微米)、丝与丝(直径0.02-2mm)、密封缝焊和异种金属、异种材料的焊接,如集成电路外引线和内引线(硅片上蒸镀有的铝膜和厚铝箔间)的焊接,微波器件中速调管的担片和钥片的焊接,零点几毫米不锈钢、铜、镍、钽等金属丝的对接、重迭、十字接、T字接,密封性微型继电器、石英晶体器件外壳和航空仪表零件的焊接等。连续激光焊接主要使用C02大功率气体激光器,适合物从薄板精密焊到50mm厚板深穿着入焊的各种焊接。

1.2    激光焊接的特点

激光焊接与传统的熔焊工艺相比,具有优势主要集中在以下几个方面:

(1)       能量密谋大具放出极其迅速,在高速加工中能避免热损伤的焊接变形,可进行精密零件、热敏感性材料加工。

(2)       被焊材料不易氧化,可以在大气中焊接,不需要气体保护或真空环境。

(3)       激光可对绝缘材料直接焊接,对异种金属材料焊接比较容易,甚至能把金属与非金属焊接在一起。

(4)       激光焊接装置不需要与焊接工件接触。激光束可用反射镜或偏转棱镜将其在任何方向上弯曲或聚焦,还可用光导纤维将其引到难以接近的部位进行焊接。激光还可以穿过透明材料进行聚焦,因此可以焊接一般方法难以接近的接头或无法安置的接焊点,如真空管中电极的焊接。

(5)       激光束不会带来任何磨损,且能长时间稳定工作。

激光焊接不足主要表现在以下两点:

(1)       要求焊接件装配精度高,且要求光束在工作上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚集后光斑尺寸小,焊缝窄。如工件装配精度或光束定位精度达不到要求,很容易造成焊接缺陷。

(2)       激光器及其相关系统的成本较高,一次性投资比较大。

2.       激光焊接加工生产中的应用

       激光焊接最主要的应用领域是汽车、航空航天、船舶等加工中的焊接制造。以汽车制造为例,激光焊接已实现规模化,并且已出现了相关的自动生产线和焊接机器人。据有关资料统计,在欧美发达工业国家中,有50%-70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。其中主要以激光焊接和激光切割为主,激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺。我国汽车工业界也开始重视这种先进的焊接技术,如率先使用激光焊接技术的上海大众,新近上市的多功能轿车的车身上,使用激光焊接技术的总长度达到41米。汽车工业中,激光技术主要用于车身拼焊、焊接和零件焊接。

激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起,然后再进行冲压,这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。由于很少变形,也省去了二次加工。激光焊接加速了用车身冲压零件代替锻造零件的进程。采用激光焊接,可以减少搭接宽度和一些加强部件,还可以压缩车身结构件本身的体积。仅此一项车身的重量可减少50KG左右。而且激光焊接技术能保证焊点连接达到分子层面的接合,有效提高了车身的刚度和碰撞安全性,同时有效降低了车内噪声。

激光拼焊在车身设计制造中,根据车身不同的设计和性能要求,选择不同规格的钢板,通过激光裁剪和拼装技术完成车身某一部位的制造,如前档风玻璃框架、车门内板、底板、中立柱。激光拼焊具有减少零件睡模具有减少零件和模具数量、减少点焊数目、优化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好处。而激光焊接主要用于车身框架结构的焊接。

飞机制造中,它主要应用于飞机大蒙皮的及蒙皮与长析的焊接,以保证气动的外形公差。另外在机身附件的装配中也大量使用了激光束焊接技术,如腹鳍和襟翼和翼盒,结构不再是应用内肋条骨架支撑结构和蒙皮完成,而是应用了行进的钣金成形技术后,采用激光焊接技术在三维空间完成焊接拼合,不仅产品质量好,生产效率高,而且工艺再现性好,减重效果明显。

激光焊接中的熔覆技术已成为模具修补的主要技术,航空业界用此技术进行航空发动机、Ni 基涡轮叶片耐热、耐磨层的修复。激光熔覆与其它表面改性方法相比,加热速度快、热输入少,变形极小、结合强度高、稀释率低,改性层厚度可精确控制,定域性好、可达性好、生产效率高。

同时,激光焊接也用于各大行业,诸如手机电池、电子元件,传感器、精密机械、通讯、珠宝首饰等。

   激光焊接技术在迅猛发展的同时,也面临着一些新课题,其中包括:高功率低模式激光器的开发及在焊接中的应用;纳秒级短脉冲高峰值功率激光焊接过程中激光与材料的的作用机制;超薄板材料激光焊接工艺的优化与接头性能的检测;激光焊接时声、光、电信号的反馈控制;激光焊接过程中等离子体的产生对焊接质量的影响等等。激光焊接技术面临的这些新的打挑战,有待于从事激光焊接的研究人员进行深入的探讨,同时,这些新问题的提出也预示着激光焊接技术正向着更加深化的方向发展。

3.       电子束焊接方法

电子束焊接(EBW)是利用电子枪中的阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25-300KV)加速电场作用下被拉出,并加速到很高的速度(0.3-0.7倍光速),经一级或二级磁透镜聚焦后,形成密集的高速电子流,当其撞击在工件接缝处时,其动能转换为热能,使材料迅速熔化而达到焊接的目的。其实,高速电子在金属中的穿透能力非常弱,如在100KV加速电压下仅能穿透0.025mm。但电子束焊接中之所以能一次焊透甚至达数百毫米,这是因为焊接过程中一部分材料迅速蒸发,其气流强大的所作用力将熔融的底面金属液体向四周排开,露出新的底面,电子束继续作用,过程连续不断进行,最后形成一深而窄的焊缝。

3.1    电子束焊接的特征

由于高能量密谋的电子束流集中作用的结果,使得电子束焊接熔池“小孔”形成机理与其他熔化焊有所不同。根据真空度的不同,电子束焊接可分为高真空焊接、低真空焊接和非真空焊接三种。电子束焊接过程是,高压加速装置形成的高功率电子束流,通过磁透镜会聚,得到很小的焦点(其功率密谋可达104-109W/cm2),轰击置于真空可非真空的焊件时,电子的动能迅速转变为热能,熔化金属,实现金属焊接的目的。电子束焊接的特点可概括如下:

(1)       电子束斑点直径小,加热功率密度大,焊接速度快,焊缝宽度狭窄,热影响区小,特别适宜于精密焊接和微型焊接;

(2)       可获得深宽比大的焊缝,焊接厚件时可以不开坡口一次成形;

(3)       多数构件是在真空条件下焊接,焊缝纯洁度高;

(4)       规范参数易于调节,工艺适应性强。焊接工艺参数的重复性和再现性好;

(5)       适于焊接多种金属材料;

(6)       焊接热输入低,焊接热变形小。

当然电子束焊接方法也有一些不足,如:A、电子束焊机结构复杂,控制设备精度高,所需费用高;B、冷却过程中快速凝固,引起焊接缺陷,如气孔、焊接脆性等;C、工件大小受真空室尺寸的限制,每次装卸工件要求重新抽真空。

4.       电子束焊接在工业上的应用

      电子束焊接正广泛应用于各种构件,如结构钢、钛合金、铝合金、厚大截面的不锈钢和异种材料的焊接。近年来,在对各种材料电子束焊可焊性和接头性能研究均获得了可喜的进展。在焊接大厚件方面,电子束一直具有得天独厚的优势。特别是在能源、重工业及航空工业中发展迅速。如在核工业大型核反应堆环形真空槽和线圈隔板的电了束焊接中,其最大焊接深度达150mm,电子束焊接发挥其深熔焊的特点可一次焊透厚达150-200mm的钢木瓜 ,且焊后不再加工就可投入使用。又如在日本PWR蒸气发电机的安装和改选中采用的就是电子束焊接,他们采用无缺陷的焊接程序和步骤,成功地实现了不锈钢厚板的电子束焊接。

   一直以来,电子束焊接在航空、航天工业中的应用居多,主要应用于飞机重要承力件和发动机转子部件的焊接上。例如:在美国近来发展的F-22战斗机身段上,由电子束焊接的钛合金焊缝长达87.6mm,厚度为6.4-25mm。同时,电子束焊接技术作为柔性很好的工艺方法,不仅在发动机制造领域中得到了广泛应用,在涡轮叶看及热端部件修理领域也有其广阔的市场。

   另外,电子束焊接在电子、仪表和生物医药工业是也起到了独特的作用。由于在这些工业中,有许多零件对焊接接质量要求相当高。电子束焊接技术可以解决电子和仪且工业中许多精密零件的焊接难题,其焊缝质量高,工件变形小,焊接效率高。在生物医药业中对焊缝清洁度的要求很高,采用电子束焊接可以轻松实现上述行业中各种材料的焊接,如铜-铍合金、钛合金、不锈钢以及陶瓷与金属焊接等。

   凭借EBB能量密度高,加热和冷却速度快的特点,采用该焊接技术可以很好地解决异种材料焊接中出现的两种材料冶金不相容和性能差异问题,因此异种材料的电子束焊接已经越来越得到人们的重视,尤其是厚大异种材料的焊接,金属和非金属材料的焊接等。特别是在航空发动机、精密仪器、刀具刃具制造方面有广泛的应用前景。

     为了使电子束焊接技术获得更进一步的应用和发展,国内外学者正从以下几方面着手进行研究,即完善超高能密谋电子束焊接源装置;掌握电子束品质计算机及CNC控制提高设备柔性以扩大其应用领域。近年来,随着电子束焊接设备的不断改进和更新,国内外电子束焊接技术及其应用也有了长足的发展,主要内容包括:日本大阪大学研制出了600KV  300KW的超高压电子工业束热源装置,一次焊200mm厚不锈钢时,深宽比达70:1。欧共体采用德国阿享大学研制的DIA BEAM系统,对电子束特性进行了定量研究,对大型壁厚80mm圆筒压力容器电子束焊的环缝起焊收尾搭接处,通过电子束焦点及焊接过程分析,找出了减少和消除贺环焊缝收尾处缺陷的方法。日本采用填丝双枪电子束薄板超高速焊接技术,得到了反面无飞溅的良好焊缝。近年英国焊接研究所采用非真空电子束焊接铜制核废料罐,取得了良好的社会和经济效益。国内有北京航空工艺所在1992年研制成功了ZD150-15A高压电子束焊机,并用此机完成了多种航空航天发动机零部件的焊接,以及导弹壳体、汽车变截面轴、石油钻头等多种军民品。

6、电子束焊接的发展趋势

      综上所述,国内外开展电子束焊接技术研究的广度和深度在不断的加大,已经在焊接理论和工艺实践上取得了积极的研究成果。但由于电子束焊接过程中电子束与金属间的深穿快速物理化学冶金作用,以及当前研究分析手段上的局限性,使得焊接机理的本质研究有待进一步深入。基于电子束焊接异种材料的优越性,当前各国在异种材料的电子束焊接方面逐步扩大了异种材料之间连接的研究范围,目前航空航天用的高温结构材料及先进的新型结构材料与黑色金属、有色金属的异种材料的电子束焊接已经成为各国高度关注的研究热点。因此,针对世界电子束焊接技术的研究走向及国内研究的不足,深入开展异种材料,特别是航空航天用的高温新型材料的电子束焊接机理及工艺研究有着深远的现实意义和良好的应用前景。

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激光焊接概述 Tue, 12 Nov 2019 18:18:26 +0800 激光焊接是一种将激光作为焊接热源,将数控机床或者机器人作为运动系统的加工工艺。激光热源不同于传统焊接热源,因为激光具有良好的传输和聚集特性,通过透镜组可以将全部能量集中于极小的作用点上,这样,激光焊接的速度较快,焊缝宽度、焊接热影响区宽度和焊接变形量均较小,使得焊接接头具有优异的性能。

激光焊接可以通过连续或者脉冲激光束得以实现,可分为热传导焊接和激光深熔焊接。热传导焊接的原理为:激光束照射金属表面,金属表面的热量通过热传导的方式向内部扩散,通过对工艺参数的控制,使金额熔化形成熔池,液态金属冷却凝固后形成一条焊缝。激光深熔焊接的原理为:当激光光斑上的功率密度大于106W/cm2时,在激光束的照射下,金属吸收光能并将其转化为热能,金属表面瞬间升温,熔化直至发生气化,随之产生大量的金属蒸汽,金属蒸气迅速离金属熔池的表面,同时产生一个反作用力作用于熔化的金属材料上,使熔化的金属表面向下凹陷,形成一个小凹坑。随着加热的持续,激光直接射入凹坑底部,形成一个“小孔”。当金属蒸汽的反作用力与液态金属的表面张力与重力平衡后,这个“小孔”就不会继续深入。当激光光斑上的功率密度非常大时,“小孔”的深度将达到金属板的厚度,形成一个深穿透焊缝。随着激光束的向前移动,“小孔”也随之向前移动。“小孔”四周的金属液体向后面回流,冷却凝固后开成一条焊缝,如图

激光深熔焊接原理

 

激光深熔焊接的质量取决于对工艺参数的控制。激光深熔焊接的工艺参数主要包括激光功率、焊接速度、离焦量和保护气体等,具体如下:

1.       激光功率

在进行激光焊接时,当工件上的激光功率密度高于激光能量密度阈值时,才能够产生等离子体,此时激光深熔焊接可以持续、稳定的进行。而当激光功率密度低于激光能量密度阈值时,工件只有在表面发生熔化,些时并未实现激光深熔焊接,是以热传导焊接的方式持续、稳定的进行。当激光功率密度达到小孔开成临界值时,深熔焊和热传导焊交替进行,焊接过程不稳定,熔深波动很大。在进行激光深熔焊接时,激光功率可以控制熔透深度和焊接速度。通常,对当激光束直径确定时,熔深随着激光功率增大而增大。

2.       焊接速度

焊接速度是熔深影响的一个重要因素,提高焊接速度全使熔深变小,降低速度会导致材料过度熔化,使得工件被焊穿。所以,当激光功率和工件的厚度一定时,每种材料都有一个合适的焊接速度范围,着这个范围内,达到合适的焊接速度值时,可以获得最大的熔深。

3.       离焦量

离焦量是激光焊接最重要的工艺参数之一,当激光功率和焊接速度确定时,离焦量处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和最佳的焊缝质量。分为正离焦和负离焦。焦平面位于工件上方称之为正离焦,焦平面位于工件下方称之为负离焦。按照几何光学理论,当正负离焦在数值上相等对时,所对应平面上的功率安密度近似相等,但实际上所获得的熔池形状不相同。采用负离焦进行激光焊接时,可以得到更大的熔深,所以,应采用正离焦焊接薄板材料,采用负离焦焊接厚材料。

4.       保护气体

激光焊接通常使用惰性气体保护熔池,如氮、氩、氦等气体。使用保护气体可以使工件在接时不被氧化。某些材料焊接如果允许表面氧化,可以不使用保护气体。使用保护气体也可以保护聚焦透镜不被金属蒸气污染和液体熔滴溅射。保护气体还可以驱散高功率激光焊接产生的等离子体,防止激光束的部分能量被等离子消耗,影响焊接质量。

激光焊接工艺优势

1.       能量密度极高

由于激光具有良好的传输和聚焦特性,通过透镜组可以将全部能量集中于极小的作用点上,这样,激光扫就能利用最少的能量作用于最小的目标区域,所以激光热源的能量密度极高。

2.       焊接质量较好

由于激光热涛能量密度极高,使得激光焊接的速度较快,焊缝深宽比高,焊接热影响区宽度和焊接变形量均较小,而且冷却速度较快,焊缝组织的晶粒更加细化,焊缝的致密性和强度均较高,焊接接头具有优异的性能。

3.  由于聚焦光斑很小,可以精确定们焊缝隙。另外,激光的输出没有:“惯性”,在高速加工时可以急停和重新启动,与数控机床或者机器人可以组成多功能激光加工系统,实现快速、高效和高精度的自动化焊接。

4.  可以实现大气条件下的非接触焊接

由于激光焊接的能量来源于激光束,不与工件发生物理接触,没有对工件施加外力,不存在加工工具损耗和调换的问题。电子束焊接虽然也是无接触焊接,但是,电子束焊接时需要抽真空,大气对无影响,焊接录存大此问题。另外,磁场对激光也无影响。所以,激光可以实现大气条件眄的非接触焊接。

5.       可以焊接不同的材料

由于激光热源能量密度极高,可以对熔点和导热率较高、物理性质差异较大的同种或者异种金属材料实现有效的焊接。

6.         生产效率高、 生活成本较低

   激光焊接加工速度快,不需要经常更换焊枪、喷嘴,而且激光束便于控制、传输特性好,能较好地实现自动批操作。另外,激光焊接的加工精度高。可以减少再加工的费用,所以,激光的有生产效率较高和生产成本较低的优点。

   激光焊接也有其缺点,比如,激光焊接的焊接深度有限,工件装配精度高,而且激光加工系统较为昂贵,一次性投资较高。但是,瑕不掩瑜,激光焊接以其著的优点为,在工业生产中得到了广泛的应用。

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薄板激光焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:26 +0800 前言:

激光焊中,焊接热过程贯穿整个的发过程的始终,一切焊接物理化学过程都是在热过程中发生和发展的。准确地了解焊接热过程是进行焊接冶金分析,焊接应力应变分析以及焊接过程控制的前提。但是目前焊接温度场的精确测量还比较困难,随着计算机技术和数值模型并编制了相应的有限元程序。在数值计算中,对空间域的离散采用加权余量法,对时间域的离散采用向后差分格式的有限差分法。同时考虑了材料热物性参数的温度依赖性、熔化潜热以及工件表面换热系数等对温度场的影响。

1、  温度声计算模型的建立

1.1    控制方程

对于薄板的激光焊接,可以将激光热源看作板厚方向上的一个移动线关热源来处理,因此,金属材料内的热流动可近似为二维,则由焊接热传导微分方程,T(x,y,t)与坐标(x,y)和时间T应满足[1]:式中kx,ky为x\y方向的热流传导系数(各向同性材料kx=ky);Q为内热源的生成热;C 为材料的比热容;P为材料的密度;q 为流经边界和比热流密度;ζ为体表面的发射率;α为表面换热系数;σ为Boltzmann常数,其值为5167×10-4W/(cm3·K4)。

1.2    有限无计算模型

1.2.1          温度场计算方法

焊接温度场属于连续介质的场问题,温度场求解方法的原理如图1所示[2]

1.2.2          空间域的离散

加权余量法是直接对热传导微分方程进行近似计算,数理分析过程简单,因此,有限元议程的推导采用该方法。由加权余量原理,取近似温度函数T,使其自动满足第一类边界条件,然后代入控制方程,令各余量的加权积分为0,使得热传导微分方程式及边界条件在全域(包括边界上)得到加权意义上的满足,从而求得温度场有限元方程:

1.3    温度场各影响因素和处理

1.3.1          材料热物性参数

材料的物理性能参数一般随温度的变化莫测而变化。通常采用分段线性插值法来处理。由于密度ρ受温度影响很小,在此只考虑热传导系数κ、比热容c及换热系数β的温度相关性,各参数见表1和表2

1.3.2          边界条件和处理

由于某种原因工件的边界与周围环境存在着温差,而与周围介质换热,其中包括对流换热和辐射换热。温度越高则辐射换热作用越强烈,而对流作用相对较小。由于辐射和对流的计算方法不同,为了计算方便,用类似于计算对流换热的关系式,把辐射换热的热流和物体表面上的温度差联系起来,考虑总的换热系数β,这样因边界换热而损失的热能可表示为:ps=β(T-T0)

换热系数β的取值如表2

1.3.3   相变潜热

       研究表明,相变潜热对温度分布也有很大的影响,因此有必要考虑其影响,在分析过程中采用的是等效热量法(温度回升法),即当工件温度达到熔点时,令温度不变,当潜热全部吸收或放出后,温度再继续上升或降低,设熔化潜热为Q1,此时的比热容为c1当在加热过程中,某节点的温度开始超过熔点Tm后,令该点温度T仍然降为Tm(此时T=T-TM),然后进行下一个时间步计算。当6T=Q1/c1时,此后潜热的影响结束,该节点温度继续上升,凝固时释放潜热,按同样的方法处理。

部分组成1.前处理,参数的输入和限元网格的划分;2.分析计算,单元及整体刚度矩阵的计算、线性代数方程组的求解;3.后处理,以给定时间、截面、色温图等方式显示温度的分布,以及温度变化过程的动态显示。程序流程图

2.1 有限元网格的划分

考虑薄板对接焊的对称性,取工件的一半进行分析。单元的类型为矩形单元。由于激光的能量密度很高,在焊缝两侧形成极陡的温度梯度。因此,在焊缝两划分细密的风格。如图3

2.2 时间步长的确定

激光焊接时,升温及高温停留时间都很短,必须采用很小的时间步长才能充分记录场的信息,而在热源移出工件后,温度的变化较平缓。因此在实际计算中,采用变时间步长,时间步长变化的起始点从激光移出工件5mm开始,这时工件上的温度变化趋于平缓,时间步长变成015s,并逐渐放大见诸行动大系数取为111。

2.3        有限元分析结果的处理

有限元分析会输出大量的计算数据,所以采用合适的表达方式是数值模拟技术的重要内容。图形显示和动画演示是目前常用字的两种方法以。色温图显示只是给出了总体的温度状况,为得到精确的温度分布,需对任意指定截面进行显示。温度变化莫测则相当平缓,

结论:

移动热源条件下工件温度场的分布随着时间、空间急剧变化,同一时刻加热与冷却并存,传统的解析很难得到满意的结果。应用有限元法分析了薄板激光焊接的温度分布。

1.       采用加权余量法和有限差分别对空间域和时间域进行了离散,建立二维有限元方程。

2.       在有限元分析中考虑了材料热物理参数的温度依赖思性、熔化潜热以及表面散热等对温度分布的影响。

3.       有限元分析结果表明,在焊缝两侧40mm内温度梯度极陡,是后续分析中需重点考察的地方。

4.       为验证有限元分析的可行性,选用A3钢进行实验验证,结果比较表明只要网格划分得当,位移函数选择合适,有限元析可参考。

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钛及钛合金与不锈钢焊接分析 Tue, 12 Nov 2019 18:18:27 +0800 一、材料特性:

       钛是20世纪50年代发展起来的一种重要金属,具有比强度高、密度低、耐高温、韧性好、导热性能好和抗疲劳性好等优点,尤其是具有良好的耐腐蚀性能,能在大多数酸、碱、盐及海水中不腐蚀;钛合金可在600℃以上的温度下工作,在同样的工作温度范围内,与钢、镍合金、铝合金相比,钛合金的比强度要高很多。因此,钛在航空航天、国防、核能、船舶等工业部门得到了广泛的应用,钛及钛合金已经成为航空航天工业的脊柱之一。钛不仅成功地取代了易受到严重腐蚀的不锈钢及镍基合金等材料,而且已成为实现某种新工艺流程和新技术的关键部分。

不锈钢是最常用的结构材料、具有一系列优良的性能,如力学性、焊接性、热稳定性等,且成本相对较低。然而钢的耐蚀性能远不如钛合金,且钢的比重较大。

    因此、在某些情况下需要将不锈钢与钛连接起来使用,以充分发挥各自的长处。钛及钛合金与不锈钢的焊接,其复合构件同时具有钛合金与不锈钢的优点,就能充分发挥两种材料在性能与经济上的互补优势。因此,钛及钛合金与不锈钢的焊接,从使用性能角度都非常有必要。

 

二、钛及钛合金/不锈钢的焊接性分析

 

1.钛及钛合金的焊接性

       钛及钛合金的化学活性大,400℃以上时即使在固态情况下也极易被空气、水分、油脂、氧化皮等污染,吸收O2 N2  H2  C等,使焊接接头的塑性及冲击韧度下降,并易引想气孔;其熔点高、热容量小、热导率小的特点,使焊接接头易产生过热组织,晶粒变得粗大,特别是β钛合金,易引起塑性降低;溶解于钛中的氢在320℃时钛会发生共析转变,析出TH2,引起金属塑性和冲击韧度和降低,同时发生体积膨胀而引起较大的应力,严重时会导致冷裂纹产生;氢在钛中的溶解度随温度升高而下降,焊接时沿熔合线附近加热度高,会引起氯的析出,因此气孔常在熔合线附近形成;钛及钛合金的弹性模量相对较小,所以焊接残余变形较大,并且焊后变形的矫正也较为困难。

 

2.不锈钢的焊接性

        由于不锈钢本身所具有的特性,与普碳钢相比不锈钢的焊接及切割有其特殊性,更易在其焊接接头及其热影响区(HAZ)产生各种缺陷。焊接时要特别注意不锈钢的物理性质。马氏体型不锈钢进行焊接时,由于热影响区中被加热到相变点以上的区域内发生a-r(M)相变,因此存在低温脆性、低温韧性恶化、伴随硬件化产生的延展性下降等问题。一般来讲铁素体型不锈钢有475℃脆化、700-800℃长时间加热下发生σ相脆性、夹杂物和晶粒粗代引起的脆化、低温脆化、碳化物析出引起耐蚀性下降以及高合金钢中易发生的延迟裂纹等问题。奥氏体型不锈钢一般具有良好的焊接性能,但其中镍、钼含量高的高合金不锈钢进行焊接易产生高温裂纹。另外还易发生σ相脆性,在铁互体生成元素的作用下生成的铁素体易引起低温脆性,以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后,焊接接头的力学性能一般良好,便当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时极易生成贫铬层,而贫铬层的出现在使用过程中易产生晶间腐蚀。双相不锈钢的焊接裂缝敏感性较低,但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感提高,因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题。

 

3.钛及钛合金与不锈钢的综合焊接性

        钛及钛合金与不锈钢的物理和化学性能差异显著,连接时易在接头外形成脆性相和较大的内应力,导致接头极易开裂,而且在密谋、比热、线膨胀系数、导热系数等物理性能和力学性能上均有较大差异,必然会降低钛及钛合金钢连接的牢固性,即使在固态连接方法下,由于结膨胀系数差别较大,也会在焊接接头中引起较大焊接的残余应力,降低接头性能。钛的化学活性强,在高温下,对氧、氮、氢具有较高的化学亲和力,易形成脆性和韧性急剧下降,显著地增加脆性断裂倾向及裂纹形成 。钛还易与许多其它金属形成金属间化合物,钛与铁易形成金属间化合物TiFe2和TiFe2  。钛钢焊接时,由于钢中存在的Ni 、Cr 、C、等元素也能与T形成TNi 、TCr 、TC、等多种间化合物脆性相使焊缝更脆,性能进一步降低。

 

三、钎焊的特点:

        钎焊具有很多优点,如:加热温度低、对母材影响小,接头残余应力极微;可以根据连接温度、强度选择多种填充金属;适合焊接难熔化的金属,特别是异种金属;密封性好;对于精密的、微型或结构复杂的焊件尤其适用。由于钛的高温活性强,钎焊一般在真空或氩气保护下进行。钛和不锈钢焊接的方法主要有超声波焊接、熔焊、固相压力焊、熔焊-钎焊及液相过度焊等。其中真空钎焊焊接参数容易控制,接头强度较为稳定,可以用来焊接重要的结构件。

 

钎焊分析

       钛及钛合金与钢的物理性能以及结晶化学性能均相差较大,焊接时易在焊缝中形成多种脆性金属间化合物及碳化物,因此焊缝很脆,加上钛钢接头因热膨胀系数相关差较大而存在较大的内应力,导致接头极易开裂,即使在固态下焊接,由于母材组元的相互扩散和迁移,也会在结合面附近形成一个金属间化合物和碳化物的薄层,从而导致接头脆断。因此,必须选择合适的焊接方法来进行钛及钛合金与不锈钢的连接。用钎焊方法来焊接钛及钛合金钢比较理想。因为一方面,钎料的存在可以起到降低应力的作用;另一面,可能过改变钎料和钎焊温度,钎焊时间、钎焊间隙等工艺参数来减小接头办面脆性相(金属间化合物)和生成量及形态分布,从而实现特殊构件及高精度、高可靠性的连接。

        在低真空度下进行钛和不锈钢异种金属的无钎料、无镀层的辉光放电钎焊,结果表明,不锈钢表面的氧化膜可以通过离子轰击减少,也可以被液态钛及钛铜合金破坏,大大发送了钎料对它的铺展性,使钎焊更好的地得以进行;同时,母材向钎料中的溶解造成钎缝成分、组织和性能不均匀,溶解量主要取决于钎料成分、钎焊温度和时间,钎焊时只要选择合适的钎料、严格控制这两个工艺参数,即可获得无溶蚀和钎焊接头。

         对于钛与不锈钢异种金属组合小直径管进行真空高频感应钎焊,不同接头型式、搭接间隙搭接长度对钎焊接头承载能力的影响,得出接头型式、装配间隙和搭接长度是影响接头质量与性能的主要因素。不锈钢作为外套管型式和钎焊接头性能要远远优于钛合金作为外套管型式的接头性能;随着装配间隙的增大,接头承载能力大大降低;钎焊接头的内外部质量未发现任何缺陷,密封性能良好,钛合金与不锈钢母材均与钎料发生了良子的化学反应,并且钎料层与钛合金、不锈钢母材之间没有形成金属间化合物层。

钎料:在一些钛合金复杂结构、精密结构的制造工艺中,在进行钛合金与不锈钢钎焊连接中,常用的主要是金基钎料、银基钎料、铝基钎料和钛基钎料。由于金基钎料价格贵使其应用受到一定的限制,而铜基和镍基钎料由于某种原因开成脆性的金属间化合物而一般不宜使用。银基钎料和铝基钎料具有良好的润湿性和一定的力学性能,银基钎料合多的缺点是对能引艳情腐蚀的氯离子很敏感,高温强度低。美国空边材料实验室和波音试验表明;铝基钎料的熔融温度范围基本上在β相变温度以下,具有较高的剪切强度和良好的耐破损性,但在潮湿环境长期工作时出现了腐蚀,接头脆性,耐疲劳和冲出强度都较低,钛基钎料LQ06与钛合金的冶金相容性好,可以获得高强度的接头,特别是于高温操作和高腐蚀性环境下的接头尤其适合,是钎焊钛合金的优质钎料。

图1为同一温度下不同母材上的钎料铺展试验结果。图2为不同温度下钎料在钛合金上的铺展试验结果。图3钎缝显微组织

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镁合金焊接技术浅议 Tue, 12 Nov 2019 18:18:27 +0800 镁合金焊接技术浅议

       镁合金是21世纪的“绿色工程材料”。中国镁金属产业经过十年的快速发展,已经成长为世界第一镁金属生产大国,镁合金成为当前工业产品中使用越来越多的一种减重节能的新型金属材料。具体在电动自行车的运用上,是一种能减轻整车重量,制造高档轻便自行车产品的首要材料选择。
    由于镁金属的物理特性和化学活性,使镁合金开发应用的工艺技术难度较大,焊接工艺技术难题主要表现在氧化、氮化与蒸发,过热晶粒粗大,热裂纹倾向大,容易产生气孔,热应力和变形大,焊接接头机械性能降低等方面,所以在材料焊接技术上,值得业界探讨。
  
    
镁合金母材和焊丝焊前必须经严格的化学和机械清理,去除油污、氧化膜;选用品质优良、电弧稳定的交流钨极氩弧焊方法,采用大电流、快速焊工艺参数和刚性固定等措施,可以获得优质的镁合金焊接接头。镁合金填丝焊接接头的母材区由较粗大的等轴晶粒构成,焊缝区由于冷却速度快产生的晶粒较小,而热影响区近缝区的晶粒则由于受热而有所长大。但是,拉伸性能测试表明,采用填丝交流TIG方法焊接镁合金,可以获得高质量的焊缝,其焊接接头强度可以达到母材的93.5%左右,高于不填丝焊接接头。焊接镁合金自行车的工艺技术与焊接铝合金自行车的技术相近相似,焊工操作技能稍加改进,既能达到合格质量标准。
  
    
高速、高效、优质、自动化及智能化是现代焊接技术的主要发展方向,研发和推广应用数字化逆变焊机是它的基础,也是实现现代化焊接工艺的重要标志。随着逆变技术的发展,单片机或数字微处理器已经广泛应用到焊接电源中。而数字化焊机是高效焊接和自动化焊接的基础。数字化焊机作为数字信号处理技术与弧焊工艺结合的产物,引起业内人士的广泛关注。数字化焊接的概念及其特点、数字化焊机的实现方式及数字化焊机对整个焊接生产工艺起着一定的推动作用。而随着数字信号处理器(DSP)的出现,它就以其强大的指令系统及接口功能显示出功能强、速度快、编程和开发方便等特点而广泛应用于通用数字信号处理。近几年来,DSP在焊接领域也获得愈来愈多应用。
   
    
此外就是焊接专家系统的出现。所谓专家系统是将众多的焊接规范以数据库的形式存储到计算机中,这些焊接规范都是成功的经验数据。每一条数据都包含诸多信息,如:焊接方法、焊接材料、板厚、坡口形状、焊丝直径、送丝速度、焊接电流、焊接电压等等。当操作者输入某几项参数后就可以查询到最佳的焊接规范,通过控制系统把这焊接规范转换成焊机的给定信号以控制焊接设备的运行。如果没有焊接数字化的实现,上述这些是不可能实现的。
    逆变技术是将工频(50Hz)市电整流成直流,再由大功率电力电子器件(IGBT或功率MOSFET)逆变成20kHz以上的中频电压,然后通过变压器以传递功率。由于主电路工作频率高,显著减小了变压器及滤波电抗器的体积及重量,提高了焊机的效率(90%以上)及功率因数(0.85以上),使节能效果非常显著。由于工作在音频以外,因而几乎消除了噪音污染。通过控制电路的作用,能在数微秒级的范围内调节大功率电力电子器件通断的占空比,以控制焊接电源的电流、电压,满足焊接工艺的要求。由于工作频率的提高,使回路纹波电流更小、响应速度更快、焊机具有更好的动态响应特性,对熔滴过渡和熔深的控制更加精细。
    从上世纪80年代末到90年代初,IGBT逆变焊机开始出现。目前,工业发达国家的焊机制造厂商几乎全部进入逆变焊机时代。这是因为逆变焊机对大幅度节省原材料(钢材、铜材、硅钢片等),降低制造成本,大幅度减少电能消耗以及明显改善焊接性能等方面都有突破性的意义,是电焊机产品发展的必然趋势,也是我国电动车、自行车制造业产品更新换代的必由之路 

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离子堆焊 Tue, 12 Nov 2019 18:18:27 +0800

离子堆焊系统是金属表面改性设备,堆焊工艺是提高金属表面耐磨性、耐腐蚀性和耐冲击等性能的有效技术方法之一。
  等离子粉末堆焊是以等离子弧作为热源,应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固,等离子束离开后自激冷却,形成一层高性能的合金层,从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺,由于等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好,熔深可控性强,通过调节相关的堆焊参数,可对堆焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整。等离子粉末堆焊后基体材料和堆焊材料之间形成融合界面,结合强度高;堆焊层组织致密,耐蚀及耐磨性好;基体材料与堆焊材料的稀释减少,材料特性变化小;利用粉末作为堆焊材料可提高合金设计的选择性,特别是能够顺利堆焊难熔材料,提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。 等离子粉末堆焊具有较高的生产率,美观的成型以及堆焊过程易于实现机械化及自动化。

等离子堆焊的特点:
 1、堆焊熔覆合金层与工件基体呈冶金结合,结合强度高;
 2、堆焊熔覆速度快,低稀释率;
 3、堆焊层组织致密,成型美观;
 4、可在锈蚀及油污的金属零件表面不经复杂的前处理工艺,直接进行等离子堆焊;
 5、堆焊过程易实现机械化、自动化;
 6、与其他等离子喷焊相比设备构造简单,节能易操作,维修维护容易;


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单晶金刚石刀具的焊接与装卡 Tue, 12 Nov 2019 18:18:27 +0800

 将单晶金刚石刀头牢固、可靠地装卡在刀杆上,是制造金刚石刀具的关键步骤,其装卡质量直接影响金刚石刀具的使用性能。目前常用的装卡方法主要有三种,即粘结法、镶嵌法和钎焊法。

 1.粘结法
粘结法是采用环氧树脂或502胶等有机粘结剂,将金刚石刀头粘结在刀杆上与金刚石刀头大小相匹配的凹槽。这种方法操作简便,不需要专用设备与夹具,可获得一定的粘结强度。但由于有机粘结剂的耐温性一般不超过200℃,研磨刀头时或采用较大切削用量进行切削加工时产生的高温均可能使粘结剂失效,所以粘结式金刚石刀具只适用于切削用量较小的超精密加工,且不能在刀杆上直接研磨金刚石刀头。当刀具需要修磨时,需要用丙酮等溶剂先将粘结胶化开,对金刚石刀头进行修磨后再重新粘结到刀杆上。此外,粘结过程金刚石刀头的位置精度较难保证。
2.镶嵌法
镶嵌法是首先将金刚石刀头与金属粉末一起烧结,再通过压板将金刚石刀头机械地固定在刀杆上。镶嵌法是目前应用最为广泛的金刚石刀具装卡方法,其工艺过程如下:
(1)将金刚石粗磨成上大下小的形状,并确定刀刃及后刀面的位置。(2)将金刚石大面朝下放置在如图1所示的铸铁模具,在其周围填充适量的铜基金属粉末(如663铜粉),然后插入上柱塞,稍加压力压实金属粉末。(3)采用高频感应装置缓慢加热模具的同时,不断增加上下两柱塞之间的压力,直至温度与压力分别达到750℃和5.5kg/mm2。冷却后取出烧结块及其的金刚石刀头,在烧结块上即可得到与金刚石刀头形状和大小相一致的窝孔。(4)根据设计的刀刃与刀杆的相对位置,去除烧结块上的多余部分。然后将加工好的烧结块用较低温度的铜钎料钎焊在刀杆的正确位置上,并精确修磨刀杆的后角及其它部分。(5)将精磨好的金刚石刀头放入烧结块的窝孔并加盖合适的压板,即完成了金刚石刀具的装卡。装卡好的金刚石刀头(如图2所示)只露出刀具的后刀面和1mm左右的前刀面。镶嵌法可以牢靠地固定金刚石刀头,耐高温性也较好,可以在装卡后直接研磨刀头的后刀面,从而达到较高的角度精度。修磨时只需打开压板,取出金刚石刀头,修磨合格后再重新装配,十分方便。
    镶嵌法的缺点是工艺过程较复杂,同时金刚石刀头只能露出少部分前刀面,其后部的压板会妨碍切屑流出,容易使切屑堵塞在刀刃附近而破坏已加工表面。由于镶嵌法装卡的金刚石与烧结块窝孔面之间无化学键连接,仅靠压力压紧,在加工有可能产生微小位移,因此不太适合超精加工刀具的要求。此外,镶嵌法要求金刚石具有较大体积,这一方面导致金刚石的利用率较低,另一方面难以制作用于小孔加工的小直径刀具。

  3.钎焊法
    用钎焊法直接焊接金刚石刀具一直是一个颇受关注的问题。由于金刚石具有很高的化学稳定性,很难与其它金属发生化学反应而实现焊接,因此,如何可靠地实现金刚石与金属的牢固连接,成为金刚石工具制造业的技术难点和亟待解决的研究课题。
    实现金刚石刀具的钎焊需要解决以下问题:
(1)润湿性能:钎焊时,钎料必须润湿被焊材料才能保证焊接部位无缺陷。由于金刚石的表面能很高,润湿性差,因此找到对于金刚石和金属基体表面均具有良好润湿性的钎料是钎焊成功的关键。
(2)粘结性能:钎料不仅应具有良好的润湿性,还要能与被焊材料产生化学反应,形成化学键连接,才能实现具有足够粘结力的焊接。
(3)残余应力:金刚石与金属的热膨胀系数相差近十倍,在焊接后的冷却过程会形成很大的残余应力,从而影响焊接强度甚至损坏金刚石。
(4)金刚石的腐蚀:金刚石在高温下会氧化或石墨化,某些金属对金刚石还具有侵蚀作用,因此必须选择合适的工作环境与钎料,将金刚石的腐蚀现象减小到最低程度。大量研究发现,含有钛、锆、铌、钽等活性元素的钎料在真空可以直接润湿金刚石表面,这些活性元素还能与金刚石表面的碳原子反应生成稳定的碳化物,形成化学键连接。金属钼或钴基硬质合金与金刚石有较为相近的热膨胀系数,用作焊接基体既可以不损坏金刚石又能保证钎焊强度。在此研究基础上开发了真空条件下的金刚石钎焊技术。近年来又进一步开发了在保护气体氛围钎焊金刚石的新技术。与真空钎焊技术相比,保护气体钎焊技术具有设备成本低,操作简便,工艺周期短等优点,并保持了与真空钎焊相当的焊接强度。这一技术的出现较圆满地解决了长期存在的金刚石钎焊技术难题。
    保护气体钎焊金刚石所用钎料为银铜钛合金,合金银、铜、钛的成份比例分别为68.8%、26.7%和4.5%。保护气体为氩(95%)与氢(5%)的混合气体。焊接在如图3所示的半开放式腔体进行。钎焊工艺过程如下:
(1)充分清除金刚石和金属基体表面上的氧化物;
(2)在保护气氛加热基体及钎料,直至钎料熔化并均匀散布于基体的指定位置,然后冷却;
(3)在基体的正确部位放置需焊接的金刚石,充入保护气体后重新加热至钎料熔化温度,再缓慢冷却至室温。采用钎焊法装卡金刚石刀头具有以下优点:焊接强度高,焊接面的剪切强度可达340MPa,可将重量仅为0.02克拉的金刚石刀头牢固地焊接在刀杆上;可在钎焊后对金刚石刀头再进行精磨,以保证刀具几何角度的加工精度;可使刀具前刀面高于刀杆,从而保证切屑排出顺畅,使切削过程及工件表面质量更加稳定可靠;可大幅度提高金刚石刀具的系统刚性。


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紫铜如何焊接?选用什么焊接材料? Tue, 12 Nov 2019 18:18:27 +0800 焊接紫铜(即一般所称的工业纯铜)的方法有气焊、手工碳弧焊、手工电弧焊和手工氩弧焊等方法,大型结构也可采用自动焊。
  1.紫铜的气焊
焊接紫铜最常用的是对接接头,搭接接头和丁字接头尽量少采用。气焊可采用两种焊丝,一种是含有脱氧元素的焊丝,如丝201、202;另一种是一般的紫铜丝和母材的切条,采用气剂301作助熔剂。气焊紫铜时应采用中性焰。
  2.紫铜的手工电弧焊
  在手工电弧焊时采用紫铜焊条铜107,焊芯为紫铜(T2、T3)。焊前应清理焊接处边缘。焊件厚度大于4毫米时,焊前必须预热,预热温度一般在400~500℃左右。用铜107焊条焊接,电源应采用直流反接。
  焊接时应当用短弧,焊条不宜作横向摆动。焊条作往复的直线运动,可以改善焊缝的成形。长焊缝应采用逐步退焊法。焊接速度应尽量快些。多层焊时,必须彻底清除层间的熔渣。
  焊接应在通风良好的场所进行,以防止铜中毒现象。焊后应用平头锤敲击焊缝,消除应力和改善焊缝质量。
  3.紫铜的手工氩弧焊
  在紫铜手工氩弧焊时,采用的焊丝有丝201(特制紫铜焊丝)和丝202,也采用紫铜丝,如T2。
焊前应对工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油等脏物都必须清理干净,避免产生气孔、夹渣等缺陷。清理的方法有机械清理法和化学清理法。
  对接接头板厚小于3毫米时,不开坡口;板厚为3~10毫米时, 开V型坡口,坡口角度为60~70º;板厚大于10毫米时,开X型坡口,坡口角度为60~70º;为避免未焊透,一般不留钝边。根据板厚和坡口尺寸,对接接头的装配间隙在0.5~1.5毫米范围内选取。
  紫铜手工氩弧焊,通常是采用直流正接,即钨极接负极。为了消除气孔,保证焊缝根部可靠的熔合和焊透,必须提高焊接速度,减少氩气消耗量,并预热焊件。板厚小于3毫米时,预热温度为150~300℃;板厚大于3毫米时,预热温度为350~500℃。预热温度不宜过高,否则使焊接接头的机械性能降低。还有紫铜的碳弧焊,碳弧焊使用的电极有碳精电极和石墨电极。紫铜碳弧焊所用的焊丝和气焊时一样,也可用母材剪条,可用气焊紫铜的助熔剂,如气剂301等。]]>
铜及铜合金的焊接工艺 Tue, 12 Nov 2019 18:18:27 +0800 铜具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性、延展性及一定的强度等特性。在电气、电子、化工、食品、动力、交通及航空航天工业中得到广泛应用。在纯铜(紫铜)中添加10余种合金元素,形成固溶体的各类铜合金,如加锌为黄铜;加镍为白铜;加硅为硅青铜;加铝为铝青铜等等。
     铜及铜合金可用钎焊、电阻焊等工艺方法实现连接,在工业发达的今天、熔焊已占据主导地位。用焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊等工艺方法容易实现铜及铜合金的焊接。
     影响铜及铜合金焊接性的工艺难点主要有四项元素:一是高导热率的影响。铜的热导热率比碳钢大7~11倍,当采用的工艺参数与焊接同厚度碳钢差不多时,则铜材很难熔化,填充金属和母材也不能很好地熔合。二是焊接接头的热裂倾向大。焊接时,熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物,使铜及铜合金具有明显的热脆性,产生热裂纹。三是产生气孔的缺陷比碳钢严重得多,与要是氢气孔。四是焊接接头性能的变化。晶粒粗化,塑性下降,耐蚀性下降等。
1、紫铜的焊接
焊接紫铜的方法有气焊、手工碳弧焊、手工电弧焊和手工氩弧焊等方法,大型结构也可采用自动焊。
(1) 紫铜的气焊
焊接紫铜最常用的是对接接头,搭接接头和丁字接头尽量少采用。气焊可采用两种焊丝,一种是含有脱氧元素的焊丝,如丝201、202;另一种是一般的紫铜丝和母材的切条,采用气剂301作助熔剂。气焊紫铜时应采用中性焰。
(2)紫铜的手工电弧焊
  在手工电弧焊时采用紫铜焊条铜107,焊芯为紫铜(T2、T3)。焊前应清理焊接处边缘。焊件厚度大于4毫米时,焊前必须预热,预热温度一般在400~500℃左右。用铜107焊条焊接,电源应采用直流反接。
  焊接时应当用短弧,焊条不宜作横向摆动。焊条作往复的直线运动,可以改善焊缝的成形。长焊缝应采用逐步退焊法。焊接速度应尽量快些。多层焊时,必须彻底清除层间的熔渣。
  焊接应在通风良好的场所进行,以防止铜中毒现象。焊后应用平头锤敲击焊缝,消除应力和改善焊缝质量。
(3)紫铜的手工氩弧焊
  在紫铜手工氩弧焊时,采用的焊丝有丝201(特制紫铜焊丝)和丝202,也采用紫铜丝,如T2。
     焊前应对工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油等脏物都必须清理干净,避免产生气孔、夹渣等缺陷。清理的方法有机械清理法和化学清理法。
  对接接头板厚小于3毫米时,不开坡口;板厚为3~10毫米时, 开V型坡口,坡口角度为60~70º;板厚大于10毫米时,开X型坡口,坡口角度为60~70º;为避免未焊透,一般不留钝边。根据板厚和坡口尺寸,对接接头的装配间隙在0.5~1.5毫米范围内选取。
  紫铜手工氩弧焊,通常是采用直流正接,即钨极接负极。为了消除气孔,保证焊缝根部可靠的熔合和焊透,必须提高焊接速度,减少氩气消耗量,并预热焊件。板厚小于3毫米时,预热温度为150~300℃;板厚大于3毫米时,预热温度为350~500℃。预热温度不宜过高,否则使焊接接头的机械性能降低。
还有紫铜的碳弧焊,碳弧焊使用的电极有碳精电极和石墨电极。紫铜碳弧焊所用的焊丝和气焊时一样,也可用母材剪条,可用气焊紫铜的助熔剂,如气剂301等。
2、黄铜的焊接
黄铜焊接的方法有:气焊、碳弧焊、手工电弧焊和氩弧焊。 
(1)黄铜的气焊
  由于气焊火焰的温度低,焊接时黄铜中锌的蒸发比采用电焊时少,所以在黄铜焊接中,气焊是最常用的方法。
  黄铜气焊采用的焊丝有:丝221、丝222和丝224等,这些焊丝中含有硅、锡、铁等元素,能够防止和减少熔池中锌的蒸发和烧损,有利于保证焊缝的性能和防止气孔产生。气焊黄铜常用的熔剂有固体粉末和气体熔剂两类,气体熔剂由硼酸甲脂及甲醇组成;熔剂如气剂301。
(2)黄铜的手工电弧焊
  焊接黄铜除了用铜227及铜237外,也可以采用自制的焊条。
  黄铜电弧焊时,应采用直流电源正接法,焊条接负极。焊前焊件表面应作仔细清理。坡口角度一般不应小于60~70º,为改善焊缝成形,焊件要预热150~250℃。操作时应当用短弧焊接,不作横向和前后摆动,只作直线移动,焊速要高。与海水、氨气等腐蚀介质接触的黄铜焊件,焊后必须退火,以消除焊接应力。
(3)黄铜的手工氩弧焊
  黄铜手工氩弧焊可以采用标准黄铜焊丝:丝221、丝222和丝224, 也可以采用与母材相同成分的材料作填充材料。
  焊接可以用直流正接,也可以用交流。用交流焊接时,锌的蒸发比直流正接时轻。通常焊前不用预热,只有板厚相差比较大时才预热。焊接速度应尽可能快。焊件在焊后应加热300~400℃进行退火处理,消除焊接应力,以防止焊件在使用过程中裂缝。
(4)黄铜碳弧焊
     黄铜碳弧焊时,根据母材的成分选用丝221、丝222、丝224等焊丝,也可用自制的黄铜焊丝施焊。焊接可以采用气剂301等作熔剂。焊接应短弧操作,以减少锌的蒸发和烧损。 
     直流TIG焊工艺方法广泛应用于铜及铜合金的焊接,焊风成型好,内外质量优良,在氩气的保护下,熔池纯净,气孔少,热裂影响小,操作易掌握。厚度≤4mm时可不用焊前预热,直接用氩气预热,待熔池温度接近600℃时,可加填充焊丝熔化母材,实现焊接。厚度大于4mm的铜材,纯铜应预热400—600℃。铜合金焊接预热200—300℃。300TSP,315TX直流TIG焊机可焊接纯铜、硅青铜、磷青铜、黄铜、白铜等铜合金。300WP5、300/500WX4交直流两用TIG焊机可用交流TIG焊接铝青铜(用交流方波清除表面氧化膜)及用直流TIG焊接上述铜材。
     近年来,采用MIG方法焊接铜及铜合金的施工越来越多,尤其对于厚度≥3mm的铝青铜、硅青铜和白铜最好选用MIG焊方法。厚度3~14mm或>14mm的铜及铜合金几乎总要选用MIG焊,因为熔敷效率高、熔深大、焊速快(一般为TIG焊的3~4倍),实现高效、优质、低成本的经济效益要求。铜材施焊前均应达到预热温度要求(纯铜400~600℃,铜合金200~300℃),焊丝与母材化学充分相似,氩气纯度≥99.98%]]>
手弧焊单面焊双面成型技巧和要领 Tue, 12 Nov 2019 18:18:27 +0800 单面焊双面成形技术是焊条电弧难度较大的一种操作技术,熟练掌握操作要领和技巧才能保证焊出内外质量合格的焊缝与试件。
以断弧焊为例,要掌握好焊条电弧焊单面焊双面成形操作技术,必须熟练掌握“五种要领”,具体内容:看、听、准、短、控。还应学会“六种技巧”具体内容:点固,起头,运条,收弧,接头,收口。
一、五要领
1、看
焊接过程中,认真观察熔池的形状,熔化的大小及铁液与熔渣的分离情况,还应注意观察焊接过程是否正常(如偏弧、极性正确与否等),熔池一般保持椭圆形为宜(圆形时温度已高),熔孔大小以电弧将两侧钝边完全熔化并深入每侧0.5-1㎜为好,熔孔过大时,背面焊缝余高过高,易形成焊瘤或烧穿。熔孔过小时,容易出现未焊透或冷接现象(弯曲时易裂开)焊接时一定要保持熔池清晰,熔渣与铁夜要分开,否则易产生未焊透及夹渣等缺陷,当焊条接过程中出现偏弧及飞溅过大时,应立即停焊,查明原因,采取对策。
2、听
焊接时要注意听电弧击穿坡口钝边时发出的“噗噗”声,没有这种声音,表明坡口钝边未被电弧击穿,如继续向前焊接,则会适成未焊透,熔合不良缺陷。
3、准
送给铁液的位置和运条的间距要准确,并使每个熔池与前面熔池重叠2/3,保持电弧1/3部分在溶池前方,用以加热和击穿坡口钝边,只有送给铁液的位置准确,运条的间距均匀,才能使焊缝正反面形均匀、整齐、美观。
4、短
短有2层意思,一是指灭弧与重新引燃电弧的时间间隔要短,就是说每次引弧时间要选在熔池处在半凝固熔化的状态下(通过护目玻璃能看到黄亮时),对于两点击穿法,灭弧频率大体上50~60次/㏕为宜,如果间隔时间过长,熔池温度过低,熔池存在的时间较短,冶金反应不充分,容易造成夹渣、气孔等缺陷。时间间隔过短,溶池温度过高,会使背面焊缝余高过大,甚至出现焊瘤或烧穿;二是指焊接时电弧要短,焊接时电弧长度等于焊条直径为宜。电弧过长,一是对熔池保护不好,易产生气孔;二是电弧穿透力不强,易产生未焊透等缺陷;三是铁液不易控制,不易成形而且飞溅较大。
5、控
  “控”,是在“看、听、准、短”的基础上,完成焊接最关键的环节。
①控制铁液和溶渣的流动方向
焊接过程中电弧要一直在铁液的前面,利用电弧和药皮熔化时产生的气体定向吹力,将铁液吹向溶池后方,既能保证熔渣与铁液很好地分离,减少产生夹渣和气孔的可能性,当铁液与溶渣分不清时,要及时调整运条的角度(即焊条角度向焊接方向倾斜),并且要压低电弧,直至铁液和熔渣分清,并且两侧钝边熔化0.5-1㎜缺口时方能灭弧,然后进行正常焊接。
②控制溶池的温度和熔孔的大小
焊接时熔池形状由椭圆形向圆形发展,熔池变大,并出现下塌的感觉,如不断添加铁液,焊肉也不会加高,同时还会出现较大的熔孔,此时说明熔池温度过高 ,应该迅速熄弧,并减慢焊接频率(即熄弧的时间长一些),等熔池温度降低后,再恢复正常的焊接。
在电弧的高温和吹力的作用下,试板坡口根部熔化并击穿形成熔孔,施焊过程中要严格控制熔池的形状,尽量保持大小一致,并随时观察熔池的变化及坡口根部的熔化情况。
熔孔的大小决定焊缝背面的宽度和余高,通常熔孔的直径比间隙大1-2㎜为好,焊接过程中如发现熔孔过大,表明熔池温度过高,应迅速灭弧,并适当延长熄弧的时间,以降低熔池温度,然后恢复正常焊接,若熔孔太小则可减慢焊接速度,当出现合适的熔孔时方能进行正常焊接。
③控制焊缝成形及焊肉的高低
影响焊缝成形,焊肉高低的主要因素有:焊接速度的快慢,熔敷金属添加量(即燃弧时间的长短)、焊条的前后位置,熔孔大小的变化、电弧的长短及焊接位置等。一般的规律是:焊接速度越慢,正反面焊肉就越高;熔敷金属添加量越多,正反面焊肉就越高;焊条的位置越靠近熔池后部,表面焊肉就越高,背面焊肉高度相对减少;熔孔越大,焊缝背面焊肉就越高;电弧压得越低,焊缝背面焊肉就越高,否则反之。在仰焊位,仰立焊位时焊缝正面焊肉易偏高,而焊缝背面焊肉易偏低,甚至出现内凹现象。平焊位时,焊缝正面焊肉不易增高,而焊缝背面焊肉容易偏高。
仰焊位焊缝背面焊肉高度达到要求的方法是利用超短弧(指焊条端条伸入到对口间隙中)焊接特性。同时还应控制熔孔不宜过大,避免铁液下坠,这样才能使焊缝背面与母材平齐或略低,符合要求。
通过对影响焊肉高低的各种因素的分析,就能利用上述规律,对焊缝正反面焊肉的高度进行控制,使焊缝成形均匀整齐,特别是水平固定管子焊接时,控制好焊肉的高低尤为重要。
二、六技巧
①点固技巧
  试件焊接前,必须通过点固来进行定位,板状试件(一般长300㎜)前后两端点固进行定位,φ≤57㎜的管状或管板试件点固1点进行定位,φ>60㎜点固2点进行定位,定位焊缝长度为10~15㎜为宜。
  由于定位焊缝是正式焊缝的一部分,要求单面焊双面成形,并且不得有夹渣、气孔、未焊透、焊瘤、焊肉超高或内凹超标等缺陷。所采用的焊条牌号、直径、焊接电流与正式焊接时相同。板状及管板试件一般可以在平焊位进行点固,水平固定管一般采用立爬坡位进行点固,垂直固定管一般采用本位(横焊位)进行点固。用断弧打底焊接时,各类试件装配尺寸见表1。
试件装配尺寸
 

 

 

焊缝位置

 试件厚度/㎜

坡口角度/(°)

 间隙/㎜ 

钝边/㎜ 

反变形角   /(°)

 错边量

平焊

12

 60 

前3后4

0.5-1

3

≤1

立焊

12

 60 

下3上4

0.5-1

5

≤2

横焊

12

 60 

前3后4

0.5-1

7

≤3

仰焊 

12

 60 

前3后4

0.5-1

3

≤4

管垂直固定

3.5~6 

 60 

点固处2.5 .起焊3

0.5-1

≤0.3

管水平固定 

3.5~6 

 60 

下2.5 .上3.2

0.5-1

≤0.3

管板垂直固定

4.5~5 

55

点固处3 .起焊3.5

0.5-1

≤0.3

管板水平固定

4.5~5 

55

下3上3.5

0.5-1

≤0.3


②起头技巧
管状或管板试件起头时有一定的难度,因没有依靠点(不许在点固处起弧),操作不好易出问题,水平固定管和水平固定管板起头点应选在仰焊位越过中心线5~15㎜处,垂直固定管和垂直固定管板起头选在定位点的对面(垂直固定大管起头选在两定位点对面即第3等分点),不论管状还是板状试件,引弧先用长弧预热3~5S,等金属表面有“出汗珠”的现象时,立即压低电弧,焊条做横向摆动;当听到电弧穿透坡口而发出“噗噗”声时,同时看到坡口钝边熔化并形成一个小熔孔(形成第1个熔池)表明已经焊透,立即灭弧,形成第1个焊点,此时,起头结束。
③运条技巧
运条是指焊接过程中的手法,即焊条角度和焊条运行的轨迹。平焊、立焊、仰焊时焊条角度(焊条与焊接方向的夹角)一般为60°~80°。横焊和垂直固定管(横管)焊接时焊条角度一般为60°~80°,与试件下方呈75°~85°。垂直固定管板焊条与管切线夹角为60°~70°,焊条与底板间的夹角为40°~50°。水平固定管和水平固定管板由于焊位的不断变化,焊条角度也随之进行变化。仰焊时的焊条角度(焊条与管子焊接方向之间的夹角)为70°~80°。仰立焊时焊条角度为90°~100°,立焊时焊条角度85°~95°,坡立焊时焊条角度为90°~100°,平焊时焊条角度为70°~80°。而水平固定管板焊条与底板夹角为40°~50°。
平焊、立焊、仰焊、水平固定管及垂直、水平固定管板焊接时焊条运行的轨迹大多采取左右摆动(锯齿形运条),可采取左(右)引弧,右(左)灭弧,再右(左)引弧,左(右)灭弧,依次循环运条,或左(右)引弧运条至右(左)侧再运条回到左(右)侧灭弧,依次循环运条。横焊和垂直固定管运条方式,一般采用斜锯齿或椭圆形。从坡口上侧引弧到坡口下侧灭(熄)弧,再从坡口上侧引弧到坡口下侧灭弧,依次运条。
④收弧技巧
当一根焊条焊完,或中途停焊而需要熄弧时,一定注意作收弧动作,焊条不能突然离开熔池,以免产生冷缩孔及火口裂纹,收弧的方法有3种:
第1种为补充熔滴收弧方法,即收弧时在熔池前方做一个熔孔,然后灭弧,并向熔池尾部送2~3滴铁液,主要目的是减慢池的冷却速度。避免出现冷缩孔,该种收弧方法适用于酸性药皮焊条。
第2种叫衰减收弧法,即:要收弧时,多给一些铁液,并做一个熔孔,然后把焊条引至坡口边缘处熄弧,并沿焊缝往回点焊2-3点即可。这样收弧处焊肉较低,为热接头带来方便(接头一般不用修磨),此法收弧一般不易产生冷缩孔,可用于酸性药皮焊条,在焊接生产中常用此法,以利于接头。
第3种方法叫回焊收弧法,收弧时焊条向坡口边缘回焊5~10㎜(即向焊接反方向坡口边缘回焊收弧),然后熄弧,该种收弧方法适用于碱性药皮焊条。
5、接头技巧(热接法、冷接法)
热接法:收弧后,快速换上焊条,在收弧处尚保持红热状态时,立即从熔池前面迅速把电弧拉到收弧处用连弧(作横向锯齿形运条)进行焊接,焊至熔孔处电弧下压,当听到电弧熔化坡口钝边时发出的“噗噗”声后,立即灭弧,转入正常断弧方法进行焊接,热接法的要领必须是更换焊条动作要迅速,运条手法一定要熟练和灵活。
冷接法:引弧前把接头处的熔渣清理干净,收弧处过高时应进行修磨形成缓坡,在距弧坑约10㎜处引弧,用长弧稍预热后(碱性焊条可不预热)用连弧作横向摆作,向前施焊至弧坑处,电弧下压,当听到电弧击穿坡口根部发出“噗噗”声后,即可熄弧进行正常的焊接,冷接法的优点是:当收弧处有缩孔或焊肉过厚时可进行修磨,保证接头质量,同时操作难度也比热接法时小一些,但焊接效率没有热接法高。
6、收口技巧
收口也叫收尾,是指第1层打底焊环形焊缝首(头)尾相接处,也包括与点固焊缝相连接处,当焊至离焊缝端点或定位点固焊缝前端3-5㎜时,应压低电弧,用连弧焊接方法焊至焊缝并再超过3-5㎜后熄弧,如果留的未焊缝过长,采用连弧焊接就会造成熔孔过大而出现焊瘤和烧穿等缺陷,如果留的未焊缝过短,再用连弧焊进行焊接为时已晚,极易造成收口处未焊透等缺陷。所以收口时所留的未焊焊缝长度要合适,操作技巧要熟练,才能保证接头收口的质量。

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关于薄壁件焊接变形技术控制浅谈 Tue, 12 Nov 2019 18:18:27 +0800 关于薄壁件焊接变形技术控制浅谈

作者:陕西雷奇华能科技有限公司    齐海滨

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摘要:

根据多年的焊接经验,结合同行业及本单位实际情况阐述不锈钢薄壁筒多点多道焊接变形主要形式及提前预变形控制方法。

 

关健词:

多点、多道工艺,焊接变形、预变控制方法。

目前,电阻焊、钎焊在我国焊接技术生产领域中得到广泛的应用。而薄壁、多点、多道焊接小工件变形问题以明显影响部分产品的生产速度及生产成本。部件的焊接产生的内应力形成变形,很难控制在设计允许变形的范围,常采用工装、模具强制收形等控制方法。其方法都是在焊接应力产生后设法造成新的变形来抵消已经发生的变形。

薄壁多点、多道焊接变形的形成分析与提前预变控制:

  • 不锈钢薄壁筒工件由于焊接位置不对称,焊接工艺多 及工件本身形状开口不对称,所以焊接形成的应力不对称不拉伸。使工件的变形范围很难控制在工艺设计允许的圆度30丝范围内。
  • 提前预变控制是由多年的对焊接应力变形的概率结合传统的钳工矫形的方法,总结出来的。在焊接变形的垂直方向用传统钳工矫形,应用交往过正的矫形原理提前变形,以对应焊接产生的相对应力,以保证设计变形范围在设计允许变形范围内,即保证了焊接质量又降低了生产成本。

结语:

提前预变的应力与焊接的应力一样,同样是内应力。运用适当的提前应力变形,可抵消焊接时产生的焊接应力。采用提前预变尽可能控制好精准程度。过量变形焊接应力也无法使其保证设计要示主,应注意以下几点:

  • 提前预变方向应垂直与焊接方向;
  • 预变尺寸应不超过焊接应力变形的范围;
  • 后续钎焊时应注意:火焰方向不能朝向薄壁开口薄弱处,以防二次变形;
  • 后续钎焊加热应控制好加热 的状态范围。


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大截面紫铜母线钨极氩弧焊焊接工艺 Tue, 12 Nov 2019 18:18:27 +0800 在青藏线铺设无缝线路,对提高行车质量、减少线路维修更具现实意义。通过在海拔高度4300 m处的一系列施焊试验,确定了适合低气压、低含氧量处的氧气、乙炔流及加热器的火焰强度等焊接参数。

  铜母线的连接在电站、冶金装置中经常遇到,其连接方式有夹接法(螺柱紧固)、焊接法等。对大截面紫铜母线的焊接就国内目前的资料显示,有碳弧焊、埋弧焊及钨极氩弧焊几种。碳弧焊预热温度较高,须保证焊口母材温度750℃以上,焊缝外观成形一般,且高温产生的Cu2O蒸汽易使焊工中毒,同时易引起渗碳,塑性较差,电阻率较大。埋弧焊预热温度稍低,约500℃左右,质量较稳定,但电流、电压稍高,分别为750 A~800 A、40 V~50 V左右,且焊剂用量较大,国内尚未有焊接大截面、大长度母线的介绍。钨极氩弧焊从目前国内的规范显示,仅适用于δ<12的铜母线焊接,对δ>12的单面V形坡口的紫铜母线焊接则指导性不强。

  在商洛炼锌厂两套15 000吨/年电解锌装置中,设计要求采用焊接连接法,但未明确焊接工艺及方法。在充分考虑改善焊缝质量、劳动环境的基础上,我们借鉴国内、国外经验,采用了在预热条件下的水冷式钨极氩弧焊工艺,焊缝外观成型良好,内在质量保证Ⅱ级合格,基本解决了铜焊接中普遍存在的夹渣、气孔缺陷,成功地完成了该工程的安装任务。

  1 紫铜的可焊性

  该工程所用铜为含氧铜T1,其杂质总含量0.05,其中氧为0.02,其物理性能如表1所示。

  表1 含氧铜T1的物理性能表

  指标指标值指标指标值晶格类型面心立方晶格导热系数386.4W/(m·k) 熔点1083℃线胀系数16.5×10-6K-1沸点2580℃电阻率168×10-10Ω·m 密度8.96kg/cm3    

  紫铜的导热系数20℃时比铁大7倍,1 000℃时大11倍多,焊接时热量迅速从加热区传导出去,使母材与填充金属难以融合,因此焊接时须采用大功率热源并采取预热,施焊时才易形成熔池。

  T1的线胀系数比铁大15%,为避免近缝区产生袭纹,保证焊接时间隙,故组对时应保证足够的间隙;同时其收缩率比铁大1倍以上,为防止熔池由液相变为固态时,层间温度差较大形成袭纹,故施焊时应保证层间温度。

  含氧铜焊接时极易形成气孔,其产生原因主要为氧和水汽,其中氧形成反应气孔,水汽产生扩散气孔,故须采取焊粉脱氧及缓冷等措施。

  为防止出现富铅或富铋的低熔点共晶,焊后应采取水润法快速冷切,锤击减应。

  为保证焊缝根部成型及收弧处接头平滑、减少热量损失,施焊时应制备石墨垫板、挡板及堵块。

  2 焊前准备

  2.1 工器具的准备

  1)制作焦碳加热炉。

  2)准备石墨垫板。

  3)准备石墨挡板与堵块各2块。

  4)绝热材料选用石棉被。

  2.2 组对及预热

  1)坡口采用刨床加工,为单面V形,坡口角度55°±5°,钝边1 mm,预热前组对间隙宜为4 mm~5 mm。

  2)组对前,采用磨光机处理坡口侧50 mm范围内保护层至露出金属光泽为止。

  3)预热如图1所示。

  图1 预热装置

  ?1-母线;2-石墨垫板;3-焦碳炉;

  ?4-鼓风机;5-石棉被;6-挡板

  3 焊接工艺

  3.1 焊机及焊材的选取

  1)焊机选用2台Z630焊机,并联,正极性接法,保证电流平稳,焊枪为500 A。

  2)焊丝选用Φ6紫铜焊丝,并在焊接前用砂纸打磨,焊剂选用气剂301。

  3.2 预热

  预热采用焦碳炉持续加热至350℃~600℃后(采取远红外测温枪测试),用石棉被包裹焊缝两边400 mm宽范围后,关掉鼓风机,保证加热炉继续加热。此时,组对间隙因膨胀缩为2mm~3mm,在焊缝区均匀撒上气剂301后,可以施焊。

  3.3 焊接工艺参数

  焊接工艺参数如表2所示。

  表2 焊接工艺参数

  焊接层数电流电压钨极焊丝氩气流量打底350 A 20 VΦ6铈钨极Φ6 15~17(L/min) 填充盖面400 A 20 VΦ6铈钨极Φ6 15~17(L/min)

  焊接时,采用左焊法,为减少氧化,焊接速度应快。为便于观察熔池及填加焊丝,焊枪与工件夹角宜为75℃~85℃,焊丝与焊件间夹角为10°~20°,操作时焊枪应均匀、平稳地向前作直线运动,并保持恒定的电弧长度,弧长一般控制在2mm~4mm,当填充或盖面时,焊丝应做轻微横向摆,在接头填满后,逐渐拉长电弧灭弧。

  层间焊接时,应持续保证焊缝区温度350℃~600℃左右,并不宜过长停留。

  300×16紫铜板焊接,从加热至焊接完毕,一般需40 min左右,施焊时间仅为10 min。

  4 焊后处理

  1)焊后应采取水润法快速冷切,锤击减应,防止出现低熔点共晶,增加铜母线韧性。

  2)冷却后用钢丝刷清理熔渣,并酸洗清除焊缝热影响区氧化层。

  3)对焊缝进行外观检查。

  5 机具设备

  焊接机具准备如下。

  焊机Z630 2台并联焊枪500 A水冷式氩弧焊把1把等离子切割机Z200 1台空压机   1台鼓风机200ω1台炉子400×5002台石墨板δ20 20道口/1块吊车8t 1台倒链2t 2个红外测温枪M130T 1个防辅射劳保服   2套

  6 劳动力组织

  焊工2名铆工2名司炉工1名等离子切割机操作工1名技术员1名

  7 质量标准及检验

  7.1 质量标准

  对接接头表面质量按HGJ223-1992执行,内在质量执行JB4730-1994Ⅱ级合格,电阻率采取双臂电桥测试法,应符合GBJ149-1990。

  7.2 质量保证措施

  1)进行焊接工艺评定,并依评定现场试焊后,确定作业指导书。

  2)焊工经培训合格后方能上岗。

  3)焊机及氩气瓶上的计量器具必须在校验周期内,指示准确。

  4)严格工序交接检查制度,不合格部份必须处理后,方能进行下道工序。

  8 焊接质量

  用于工艺试验的两块300×200试件,经外观检查、着色显示熔合良好、无缺陷后,进行X射线照相,经检验无夹渣缺陷,仅有一处气孔,依JB4730-1994评定Ⅱ级合格。然后,制取试,进行机械性能试验,试验结果符合HGJ223-1992要求,电阻率采用双臂电桥测试法,测定结果最大电阻率0.015Ωmm2/m,符合GBJ149-1990要求。

  9 经济效益分析

  采用该焊接工艺后,焊缝外观成型良好,质量得到保证,避免了碳弧焊高温对焊工的强烈辅射,且适应场所更大,对难于采用炉子加热的场所用大焊炬气焊加热后,也可顺利施焊,同时对母线与导电片(角焊缝)、母线的软连接(对接缝)等各类型式的接头,也可在其指导下成功焊接,适用范围更广。

  相对于碳弧焊接,氩弧焊接电阻率更低,焊缝气孔更少,质量更稳定;相对于埋弧焊接,氩弧焊更易于使焊工掌握,且更适用于现场的窄幅、大长度母线焊接;相对于原母线采取的夹接连接,氩弧焊后母线的耗电更少,商炼一期装置投产表明,其每生产1吨电解锌片比原省电60度,年可减少成本支出45万元左右,经济效益明显。

  10 工程应用实例

  陕西锌业公司商洛炼锌厂2套15 000吨/年电解锌工程中有80多吨紫铜母线,材质为T1,截面为300mm×16mm,200mm×12mm,200mm×28mm不等,单根母线长达17m,并有部分导电片(250mm×12mm,间距62mm)与母线的角连接、镶嵌连接,设计要求均为焊接。我们采用预热条件下的氩弧焊接,焊缝外观成型良好,对其试件测试,接头内在质量、机械性能及电阻率等技术指标均符合设计规定,每套装置焊接工期仅为25天,提前完成任务,保证了该厂的顺利投产。

  11 结论

  1)钨极氩弧焊接对大截面紫铜母线来说是一种预热温度较低、焊接质量稳定、操作方便、施焊环境较好的方法,对δ>12mm的铜及其合金焊接具有一定的指导作用。但含氧铜焊接中普遍存在气孔通过使用焊粉、保证层间温度仍难以消除,从理论上讲,可通过控制氩气及周围环境中的氢、氮的含量来消除气孔,但在实际中很难达到。

  2)气孔产生的部位主要是焊接接头处,其原因为熄弧后温度降低、气体来不及析出造成。故宜接长焊条、每层连续焊完。

  3)对不同截面的紫铜母线角连接、软连接、镶嵌连接,其预热温度及工艺参数与对接时参数差别不大,宜根据截面大小及接头型式采取适当的预热方法(如船形焊)进行焊接。

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熔焊—钎焊焊接技术简介 Tue, 12 Nov 2019 18:18:27 +0800 熔焊—钎焊焊接技术简介

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作者:陕西雷奇华能科技有限公司
 
 
   这种焊接方法是使异种金属中的一种金属受热熔化。另一种金属去处在固态下,即对一种熔焊,而对另一种金属是钎焊。熔焊—钎焊法要想获得质量优良的接头,首先要求熔化金属对固态 金属有良好的润湿性能,这就涉及到许多钎焊方面的问题要对加热热源进行选择和控制,以保证上将焊接 控制在所需要的范围内。
根据电弧热源对基体金属加热方式,可分为直接作用电弧和间接作用电弧两类。进接作用电弧热源的特点是,熔化基体金属与填充金属所消耗的能量直接发由电源供给,实际上,在熔化极电弧焊时,有两方面的热源可使基体金属熔化,即:第一个热源是电弧放电二个热源是熔融的焊丝以射流或滴状过渡开工喷射到基体金属上而使之熔化。
用直接作用电弧热源焊接时,要在熔合区中获得不与基体金属掺和的均质,熔敷 是极其困难的。因为在工件上有活性的电弧放电的辉斑,温度很高,能使基体金属瞬间熔化,结果使熔化金属的熔池过热,延长液相与固相接触的时间。
基体金属的熔化量与热源功率及作用时间有关。采用任何一种焊接方法,都 可以调节和控制基体金属的熔化量。进接作用电弧热源主要是控制热源作用的时间。在熔化极电弧焊时,电弧对基体金属作用时间 的长短是依靠电极的横向摆动,或者利用专用的横向 摆动器调节。也可以用电弧自行摆动的方法,即电弧在带极端部从焊缝的一边摆动到另一边来进行控制。采用熔化极电弧焊不能把热源功率降得太低,因为焊接电流太小往往会使焊缝的成开不好。只有摆动熔化电极使溶点变小,加速焊丝熔化,或者补加填充丝,才能把热源的功率降低到一定程度。
辅加的填充焊丝在弧区内与工作表面相碰时,电弧电源一部分通过辅加焊丝,另一部分通过工件。然而,现在还没有一种熔化极电弧焊方法能够得到不掺有基体金属的熔敷金属。例如,埋弧自动堆焊时基体金属在堆金属中所占的比例通常约为65%。不断改变电极与工作之间电弧的能理分布,可以使基体金属的比例降低到10~15%,而用带极埋弧堆焊时可以降低到5~10%。
间接作用电弧热源,如一个电弧热能的作用明显减弱,相反,另一个电弧热能的作用增加,并可以在很大的范围内调节。属于间接加热的热源有:有惰性气体保护的在两个钨极之间 燃烧的间接电弧。在三根熔化电极之间燃烧的三相间接电弧直接把熔融的金属倾倒在经过预热或未经预热的工件表面。间接加热热源的优点是基体金属和填充金属的熔化过程是分开的,因此可以单独地进行控制和调节.但是,这几种热源也是存在着一些明显的缺点而影响其应用。
在惰性气体保护下,两个钨极之间燃烧的间接电弧热功率极低,因此熔化填充金属的效率也很低。利用三相的间接电弧需要装有一个复杂的自动送丝器。用熔化的金属浇敷到工亻表面,需要有一个能盛很多金属的金属熔化器。此外,上述这些热源在熔敷焊道成形方面也不可能获得可靠的结果。因为在焊缝的边缘 上常出现未焊透和局部不熔合等缺陷。因此,许多研究人员进一步完善了直接用电弧回热的焊接方法,出现了焊条横摆的焊接、振动电弧焊接、带极堆焊、在基体和填充金属之间分配电流的焊接等方法。但是,用所有这些焊接和堆焊方法仍不能把基体金属在熔敷金属中所占的比例降低到5%以下。
近年来研究成功 了一种新的热源-等离子弧。这种焊接热源,象其它间接热源一样,淡化 金属的有效热功率极低。把导电 的填充丝引到等离子流中去,能明显的提高焊接和堆焊的生产效率。
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铝锂合金的钎焊性研究 Tue, 12 Nov 2019 18:18:28 +0800 铝锂合金的钎焊性研究
                                                        孙德超


  摘要:通过试验研究,探讨了铝锂合金的钎焊性。试验结果表明,铝锂合金具有良好的高温软钎焊性和硬钎焊性,在钎料中添加微量稀土,可进一步提高钎焊接头的性能。
  关键词:铝锂合金;钎焊;钎焊性;钎料;稀土。
  中图分类号:TG454

Investigation On the Brazeability
of Aluminium-Lithium Alloys

  
  Sun Dechao
  (Dept.Of Materials Engineering,Nanchang Institute of Aeronautical-Technology,P.R.China 330034)
Abstract:The Brazeability of Al-Li alloys is studied through experiments.The result shows that the Brazeability of Al-Li alloys behave quite well in high temperature soldering and brazing,the Properties of brazed joint Can be improved by adding a little rare-earth to brazing filler metal.
Keywords:Al-Li Alloy;Brazing Brazeability;Filler Metal;Rare
  
前言
  铝锂(Al-Li)合金,是本世纪50年代后迅速发展的一种新型结构材料。锂的密度为0.54 g/cn3,将其加入铝中可明显降低合金的密度,每添加1%(重量百分比)的锂,可使铝合金的密度降低3%,而弹性模量却提高6%〔1〕。(Al-Li)合金除具有较低的密度、较高的比强度及比刚度,还具有良好的耐蚀性及低温性能〔2〕,是航空航天领域中极有潜力的新型结构材料,以其取代传统的铝合金,可使飞行器结构的重量减轻15%~20%,而刚度提高15%~20%〔3〕,因而其开发应用备受各国的青昧。
  随着Al-Li合金应用的广泛性,其焊接性的研究也日益受到了重视,其中以熔化焊领域中的研究报道较多,而其他焊接领域的研究报道极少。本文通过试验研究从钎焊范畴探讨了Al-Li合金的焊接性。
1 试验材料与试验方法
  钎焊金属采用俄罗斯进口的1420Al-Li合金(Al-2.0%Li-4.2%Mg-0.12%Zr)板材,密度为2.47 g/cn3、弹性模量为76 Gpa、抗拉强度为497 Mpa、屈服强度(σ0.2)为323Mpa、延伸率为8%,板厚2 mm。试验中采用的钎料及钎剂的成分如表1及表2所示。
表1 钎料成份
钎料类型 钎料牌号 化学成份W×100 熔点(℃)
低温软钎料 Sn-10Zn Sn90,
Zn10 200
中温软钎料 Sn-30Zn Sn70,
Zn30 183-331
高温软钎料 Sn-20Al-15Cu Sn65,Al20,Cu15 415~
425
硬钎料 HL400 Al88,Si12 577~
582
HL401 Cu25~30,Si4±0.7,Al余量 525~535

 
表2 钎剂成份
 
钎剂类型 化学成份(W×100) 钎焊温度(℃)
铝用有机软钎剂 C6H15NO367,C2H7NO14,NH4BF414,ZnO5 150~
275
铝用反应钎剂(QJ203) ZnCl265,NH4Cl25,NaCl10 330~
450
铝用硬钎剂(Φ5) LiCl38,KCl45,NaF10,SnCl23,CdCl24 420~620

   试验在电阻炉内进行,通过润湿性试验及钎焊接头的形成能力试验并结合对钎焊接头力学性能的测试探讨Al-Li合金的钎焊性。力学性能的测试内容主要为常规强度及抗腐蚀性试验后接头的强度,抗腐蚀性试验是将钎焊接头在20±3℃的人造海水中浸泡10天,人造海水的配方为:2.7%NaCl+0.1%KCl+0.1%CaCl2+0.6%MgCl2+余量H2O。
2 试验结果与分析
2.1 钎料对母材的润湿性
  钎焊过程中,液态钎料对钎焊金属良好的润湿性是实施钎焊的基础。钎料在钎剂配合下对Al-Li合金的润湿性试验结果如表3所示,其中所用钎料量为100 mg。
  
表3 钎料对Al-Li合金的润湿性
 
钎料 钎剂 钎焊温度(℃) 保温时间(min) 钎料铺展面积(mm2)
Sn-10Zn 铝用有机软钎剂
 250 5 0
Sn-30Zn QJ203 360 5 314~
380
Zn-20Al-15Cu Φ5 480 5 95~
118
HL401 Φ5 540 5 176~
207
HL400 Φ5 加热至560℃时,试样已过烧

    试验结果表明,低温软钎焊时钎料对Al-Li合金的润湿性极差,熔化的钎料以球珠状团聚在试样上,根本不铺层。这主要是由于合金中的含镁量较高,适合于低温软钎焊的铝用有机软钎剂的去膜能力弱,无法去除试样表面的氧化膜,故钎料无法对母材润湿。中温及高温软钎焊时,钎料对Al-Li合金的润湿性较好。硬钎焊时钎料在试样上也有较好的润湿性,但是,由于Al-Li合金的固相线温度较低,当钎焊温度过高时,会造成母材过烧。例如采用HL400在560℃温度下试验时,在钎料还未熔化的情况下,母材已产生了局部熔化现象,因而硬钎焊时,必须严格控制钎焊温度。
2.2 钎焊接头的形成能力
  将钎料置于搭接接头的间隙旁实施钎焊,观察Al-Li合金钎焊接头的形成能力。试验结果表明,Al-Li合金在高温软钎焊和硬钎焊时均能较好地形成接头,而中温软钎焊时接头的形成能力极差,钎料熔化后很难往钎缝间隙内渗透。这可能是由于中温软钎料的含锌量较高,对母材的溶解作用较强,钎料熔化后在间隙外已被母材所饱和而降低了其流动能力,此外,QJ203反应钎剂在间隙内与母材作用后所产生的大量气体对液态钎料的填缝过程也会产生阻碍作用。
2.3 钎焊接头的强度
  通过力学性能试验测得钎焊接头的剪切强度如表4所示。
  
表4 钎焊接头的剪切强度
 
钎料类型 钎焊温度(℃) 保温时间(min) 接头剪切强度(Mpa)
Zn-20Al-15Cu 480 5 28.2~
42.9
Zn-20Al-15Cu+0.5RE 480 5 36.8~
48.3
HL401 540 5 52.7~
84.3
HL401+0.5RE 540 5 56.2~88.4

  注:RE为混合稀土,其成份为:Ce35%,La30%,Nd21%,Pr7.8%,Sm0.3%,Y0.3%。
  试验结果表明,用高温软钎料和硬钎料钎焊Al-Li合金可以获得较高的接头强度,足以满足使用要求。若在钎料中添加微量的稀土,可使接头强度提高10~15%,这可能是由于钎料中的稀土可起变质剂细化晶粒和除气、除杂质的净化作用,改善了钎缝的组织,因而提高了接头的性能。此外,稀土还有减弱钎料对母材的溶蚀作用。例如Zn-20Al-15Cu钎料中的含锌量较高,母材在钎焊时的溶蚀现象较明显,而在钎料中添加了微量稀土后,溶蚀现象明显减弱。
2.4 钎焊接头的抗腐蚀性
  Al-Li合金钎焊接头在人造海水中腐蚀10天后的剪切强度如表5所示。
  
表5 抗腐蚀性试验后的接头强度
 
钎料类型 接头剪切强度(Mpa) 平均强度下降率(%)
Zn-20Al-15Cu 20.8~
24.2 32.4
Zn-20Al-15Cu+0.5RE 26.8~
40.2 21.2
HL401 52.3~
72.3 9.1
HL401+0.5RE 52.8~79.2 8.7

   由表中列的数据可见,硬钎料钎焊的Al-Li合金具有较好的抗腐蚀性,而软钎料钎焊的接头抗腐蚀性较差,这主要是由于钎料与母材在成份上有较大的差别,因而在钎缝与母材间存在着较大的电位差。在钎料中添加稀土后,接头的抗腐蚀性明显提高了,这可能是由于稀土的化学活性较强,易在钎缝表面形成一层致密而稳定的氧化膜抵御了外界对内部金属的侵蚀作用。
3 结论
  (1)Al-Li合金的低温软钎焊性及中温软钎焊性较差,而高温软钎焊和硬钎焊具有较满意的钎焊性;
  (2)在钎焊Al-Li合金的钎料中添加微量的稀土,可起提高钎焊接头强度与抗腐蚀性能以及减弱钎料对母材溶蚀的作用;
  (3)Al-Li合金的固相线温度较低,钎焊时必须注意钎焊温度的控制,以免母材过烧。
作者简介:孙德超,男,1946年生,副教授。
作者单位:南昌航空工业学院 材料工程系,江西南昌 330034
参考文献
  〔1〕 夏德顺译.铝锂合金的可焊性,国外导弹与航天运载器,1987(10):50。
  〔2〕 夏德顺译.铝锂合金的发展和应用.航天工艺,1998,1。
  〔3〕 邱惠中.铝锂合金的发展概况及其应用.宇航材料工艺,1993,4。
  〔4〕 Westwood.A.R.New materials for aerospace industry.Materials science and technology,1990(6):958-961
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纯铜的TIG单面焊双面成形工艺 Tue, 12 Nov 2019 18:18:28 +0800 纯铜CII000属非铁金属,以往多采用焊条电弧焊、气焊进行焊接,但二者都有其局限性。近年来,钨极氩弧焊开始在纯铜焊接中应用,但大多限于理论研究,或者实际操作尝试深度不够,有时在打底焊过程中采用垫块对背面强制成形,一方面增加了操作工艺,较为繁琐;另一方面在背面焊缝容易形成气孔缺陷。笔者采用小孔技术,取得了单面焊双面成形的效果,并对纯铜的TIG焊焊接工艺要求进行了介绍。
1          焊接性分析
纯铜CII000中含wGu)为99.99%,其余为Bi, Pb, S,O等杂质。由于铜和铁物理性能有很大差别,因而焊接性较差,主要体现在以下几个方面。
11      焊缝成形能力差
纯铜的热导率是铁热导率的711倍,焊接时热量从加热面迅速传导出去,使填充金属与母材难为熔合;另外,纯铜的密度较大,液体金属表面张力比铁的小1/3,流动性是铁的11.5倍,所以,来不及与母材熔合的填充金属极易流失,焊缝成形能力差。这也是采用单面焊双面成形焊接纯铜遇到的最大难题。
1.2          热裂倾向大
   纯铜中含有0.1%的杂质,与铜极易生成多种低熔点 共晶则不可避免地存在焊接应力,致使焊缝熔敷金属由液态向固态转化时,分布于晶界间的低熔点共晶体成为强度薄弱区,易产生热裂纹。
 
1.3          气孔倾向严重
纯铜焊接气孔主要是扩散气孔和反应气孔。由图1可知,氢在液态铜蒸发前的极限溶解与液一固转变时最大溶解度比传真值为3.7,始、即高温熔池极易吸收氢;另一方面,纯铜极强的导热性使其液-固转变时间极短,气孔扩散和上浮的条件太其有限,所以气孔敏感性大。
 
1.4          焊接接头性能的影响
焊接时出现的粗大晶粒,以及加入的脱氧元素,使焊接接头塑性下降,另外加入的脱氧元素以杂质形式于铜内,使晶格发生扭曲、导电性下降。
2          焊接试验
在安装工作中涉及到用作导电的铜排母线,规格为  100㎜X10㎜,材质为纯铜C11000,需要采用焊接方式 连接。正式焊接之前练习并做工艺试件。
2.1焊接方式
采用手工钨极氩弧焊、正流正接,以较为集中的热量以及氩气的有效保护,得到符合要求的焊接接头。
2.2          焊接设备及工具
ZX7-500电焊面、QS-75°/500ATIG氩弧焊机、氩气流量计、扁铲、角向磨光机、接触式测湿仪。
2焊接材料
   刚开始时,采用HS201焊丝试焊,因其含有脱氧元素,液态金属表面包裹一层薄膜,流动性较差,易形成砂眼和层间未熔合,工艺性能很差,且易产生裂纹。随后改用C11000纯铜丝(φ2.5㎜)试焊,效果很好。
 其它材料:φ5.0铈钨棒、氩气、丙酮。
2.4焊接工艺
2.4.1焊前准备
将铜排(段200㎜)刨成60°V形坡口,钝化≤1.0㎜。
将纯铜丝用砂纸擦亮,用不锈钢丝轮将坡口及两侧各50㎜范围内打磨出金属光泽,再用丙酮焊口擦洗一遍,以除掉有机物。
2.4.2        焊接参数
通过对纯铜C11000焊接性分析,试验所采用焊接参数见表 1
 
2.4.3焊接预热
焊接预热温度定为400℃,可用测温仪测量。在操作时也可拉长电弧烘烤坡口及两侧母材,在面罩内观察金属颜色变化,待看到坡口没有金属反光,颜色变黑变暗时,则表明达到预热温度。
2.4.4组对点固
组对要求如图2所示。采用跳弧法进行点固焊,如图3所示
 
 
先在母材1-侧坡口加热送丝形成熔池点A,跳弧到母材2-侧坡口加热送丝形成熔池B;然后跳弧到熔池点A加丝,使填充金属向焊缝间隙中间延伸,再跳弧到熔池B 加丝,直到2个熔池之间形成一个完整的熔池座。用同样的方法将另一端点固。跳弧动作要掌握时机,轻快稳定,电弧不能拉得过长,到熔池点时,电弧长度为5㎜左右,一次加丝不能太多,否则易产生未熔合或金属流失。
2.4.5        正式焊接
焊接时要使用引弧板。因为没有强制成形垫块,所以打底层应特别注意,防止金属流失。采用左向焊法,焊枪和焊缝中心线呈85°~90°夹角,始终保持焊枪中民线和焊缝中心线重合,不能左右摆动,电弧长度8㎜左右,太长保护效果不好,太短影响视线,背面成形尖涩,阳极斑点距熔池前部边缘2-3㎜。
在氩气保护气氛下的电弧均匀地铺在坡口底部和熔池上,将熔池和钝边熔成弧形小孔,直径约为3.0㎜。这时将焊丝送到距熔孔2㎜的熔池前部边缘上,形成熔滴,与原来熔池熔合。
打底焊时,焊枪运行要平稳,将注意力放在观察熔孔上,熔孔没有形成弧形时不能加丝,弧度变大时要加速加丝,始终保持小孔大小一致。送丝要稳、准、匀、不能断馈给,熔滴不能太大,否则会产生未熔合缺陷。其余各层焊接电弧长度可保持在4-7㎜,焊枪月牙形运行,在坡口两侧稍作停顿,以保持充分熔合,在上一层焊完进行下一层焊接之前,必须用钢丝轮清理一次,以防止氧化物聚集产生平渣等缺陷。在进行盖面层焊接时,应从两端向中间焊接,并将弧坑填満。
3          焊后检验
参考GBJ149-1990《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》中规定,对铜排试件进行外观检查、射线探伤,结果符合规范要求,证明纯铜TIG单面焊双面成形方法得到,工艺合理,可用于实际生产。
 
作者简介:王炎 (1969- ),男,工程师,现主要从事焊接检验及培训工作。
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钎焊一种古老且具发展潜力的焊接技术 Tue, 12 Nov 2019 18:18:28 +0800

李晓红,1962年生,北京航空航天大学毕业,材料学博士。北京航空材料研究院院长、研究员;中国机械工程学会焊接学会常务理事,焊接学会钎焊及特种连接专业委员会主任;中国航空学会常务理事/中国航空学会材料工程专业分会主任;中国航空学会材料工程专业分会热加工工艺及表面防护专业委员会主任;中国材料研究学会、中国金属学会常务理事;北京航空航天大学和西北工业大学兼职教授;国防科技工业有突出贡献中青年专家;新世纪百千万人才工程国家级人选;全国劳动模范。主要从事各种材料及结构件钎焊扩散焊方面的研究工作,尤其是在新型结构材料,如金属基复合材料、铝锂合金、金属间化合物、定向凝固高温合金和单晶合金等新材料及其结构的连接方面进行了许多开创性的研究工作,研制的多种钎焊料或扩散焊用中间层合金及焊接工艺已成功用于多种重点型号和预研等项目。获国防和中航总科技进步奖多项,申报国家与国防发明专利14项,其中6项已获授权。在国际及全国性学术会议和刊物上发表论文130余篇,合作出版论著二部。

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    记者:首先祝贺您担任中国机械工程学会钎焊及特种连接专业委员会主任,钎焊及特种连接技术作为焊接专业的一个分支,它的主要特点有哪些。
    钎焊(包括微连接)、扩散焊以及以此为基础派生的过渡液相扩散焊(TLP扩散焊)、液相界面扩散焊(LID焊接)等应该是我们Ⅰ专委会研究的主要连接方法,至于特种连接涵盖的范围并没有一个明确的界定,例如高温自蔓延合成连接,归入Ⅰ专委会或高能束及特种焊接专业委员会(Ⅵ专委会);爆炸焊归入Ⅰ专委会,或压力焊专业委员会(Ⅴ专委会),或Ⅵ专委会,都有其合理性。在此,我主要想谈谈钎焊扩散焊的特点,间或也可能涉及高温自蔓延合成连接、爆炸焊等。
    首先,钎焊与扩散焊加热温度一般远低于母材的熔点,因而对母材的物理化学性能影响较小;焊件整体均匀加热,引起的应力和变形小,容易保证焊件的尺寸精度。
    其次,钎焊及相关的特种连接技术具有很高的生产效率。钎焊可一次完成多缝多零件的连接。例如:原苏联制造的推力为750N的液体火箭发动机,其燃烧室内的钎缝长度达750m,可通过钎焊一次完成;又如,火箭发动机不锈钢面板/波纹板芯推力室壳体,采用钎焊连接,数百条焊缝一次钎焊完成。扩散焊和爆炸焊则可实现大面积结构连接,如大型复合层板制造。
   
    第三,钎焊技术可用于结构复杂、精密、开敞性和接头可达性差的焊件。例如,采用真空钎焊技术可实现多层复杂结构铝合金雷达天线和微波器件的精密钎焊。而具有复杂内部冷却通道的航空发动机高压涡轮工作叶片和导向叶片也只有采用钎焊方法才能实现优质连接。
   
    第四,钎焊及相关的特种连接技术特别适用于多种材料组合连接。不但可以连接常规金属材料,对于其它一些焊接方法难以连接的金属材料以及陶瓷、玻璃、石墨及金刚石等非金属材料也适用,此外,还较易实现异种金属、金属与非金属材料的连接。因此,许多采用其它焊接方法难以进行甚至无法进行连接的结构或材料,采用钎焊方法便可以解决。高温自蔓延合成连接特别适用于新型结构材料的连接,如可用于陶瓷与金属的连接及NiAl、TiAl等金属间化合物材料的连接。而爆炸焊几乎可实现任意金属的连接,如熔点相差很大的金属(如铅和钽),热膨胀系数相差很大的金属(如钛和不锈钢)以及硬度、物理化学性能等差别很大的金属(如铜和钛、铜和铝、铜与钼、铝与不锈钢等)都能进行焊接,还可实现非金属与金属之间(如陶瓷与钢之间)的连接。
   
    以上主要是谈钎焊及相关特种连接技术的优点,但也存在不足。例如钎焊接头的组织与母材差别很大,强度一般较低,耐热能力也较差;固相扩散焊对焊接面表面质量要求和对设备的要求很高,适用的接头结构形式也很有限。而TLP扩散焊则结合了固相扩散焊和高温钎焊两种方法的优点,而避免了两者的缺点。首先与固相扩散焊相比,加工和处理方法较简单,只需采用简单的工装就可实现复杂形状构件的连接;其次,TLP扩散焊形成的接头在组织性能上与固态扩散连接类似,而不像钎焊接头那样与母材存在较大差异。
   
    记者:请您介绍一下钎焊及特种连接技术的发展历程,以及钎焊和特种连接技术在国民经济各领域中的地位和应用概况。
    钎焊是人类最早使用的材料连接方法之一。在人类尚未开始使用铁器时,就已发明用钎焊来连接金属。在埃及出土的古文物中,就有用银铜钎料钎焊的管子,用金钎料连接的护符盒,据考证分别是5000年前和近4000年前的物品。公元79年被火山爆发埋没的庞贝城的废墟中,残存着由钎焊连接的家用铅制水管的遗迹,使用的钎料具有Sn:Pb=1:2的成分比,类似现代使用的钎料成分。我国在公元前5世纪的战国初期也已经使用锡铅合金钎料,在秦始皇兵马俑青铜马车中也大量采用了钎焊技术。我国最早见诸于文献记载的钎焊是汉代班固所撰《汉书》中有云:“胡桐泪盲似眼泪也可以汗金银也今工匠皆用之”。1637年出版的明代宋应星科技巨著《天工开物》中有“中华小钎用白铜末,大钎则竭力挥锤而强合之”的记载。明代方以智所撰《物理小识》云:“焊药以硼砂合铜为之,若以胡桐汁合银,坚如石。今玉石刀柄之类焊药,加银一分其中,则永不脱。试以圆盆口点焊药于其一隅,其药自走,周而环之,亦一奇也”。这一记述明确指出了铜钎焊应以硼砂做钎剂而银钎焊则可以胡桐树脂为钎剂,并且对钎料的填缝行为做了精彩的描述。尽管钎焊技术出现较早,但很长时间没有得到大的发展。进入20世纪后,其发展也远落后于熔焊技术。直到20世纪30年代,在冶金和化工技术发展的基础上,钎焊技术才有了较快发展,并逐渐成为一种独立的工业生产技术。尤其是二次世界大战后,由于航空、航天、核能、电子等新技术的发展,新材料、新结构形式的采用,对连接技术提出了更高的要求,钎焊技术因此受到更大的重视,迅速地发展起来,出现了许多新的钎焊方法,其应用也越来越广泛。例如,制造机械加工用的各种刀具,特别是硬质合金刀具,钻探、采掘用的钻具,各种导管和容器,汽车、拖拉机的水箱,各种用途的不同材料、不同结构形式的换热器,电机部件以及汽轮机的叶片和拉筋等构件的制造广泛采用钎焊技术。在轻工业生产中,从医疗器械、金属植入假体、乐器到家用电器、炊具、自行车,都大量采用钎焊技术。对于电子工业和仪表制造业,在很大范围内钎焊是唯一可行的连接方法,如在元器件生产中大量涉及金属与陶瓷、玻璃等非金属的连接问题,及在布线连接中必须防止加热对元器件的损害,这些都有赖于钎焊技术。在核电站和船舶核动力装置中,燃料元件定位架、换热器、中子探测器等重要部件也常采用钎焊结构。 
 
    扩散焊技术也具有悠久的历史。公元前3000多年,埃及人就通过将两块红热的金属用不断锤击的方法使其连接到一起,这可能是固相扩散焊最古老的形式了。公元前700年的青铜器时代,英国人采用在常温下锤击的方法将金子加工成箱体,这应该算是最早的冷压焊。接下来,扩散焊技术经历了漫长的发展历程。但是,直到第二次世界大战扩散焊技术才得到飞速发展,这是因为战争双方为追求更高的飞机飞行性能,需要实现高强铝合金构件的可靠连接,真空技术的迅速发展也促进了扩散焊技术的进步。此外,航空工业的发展和要求也促使扩散焊形式变得多种多样,如20世纪70年代发展了主要用于连接高温合金的TLP扩散焊工艺,可实现先进铸造高温合金的高强连接,目前该工艺也用于钛合金、陶瓷、金属间化合物等新型结构材料的连接;又如20世纪70年代初期开发了钛合金的LID焊工艺,可获得组织成分均匀的钛合金接头。目前固相扩散焊主要用于制造不同材料组成的零件或多孔材料制件,如流线分析仪元件、多孔过滤元件、电磁线圈骨架及一些双金属构件等。TLP扩散焊和LID焊接则用于航空航天领域高温合金及钛合金构件的高强连接。   
   
    记者:您认为我国的钎焊及特种连接技术水平与世界其他国家相比,那些方面比较先进,那些方面还存在一定差距。
    我认为在先进连接技术的开发及新型材料连接技术的研究方面,国内近年来开展了卓有成效的研究工作,基本上能够追踪世界先进水平。但在有关钎焊及特种连接技术基础理论和相关数值模拟技术的研究、新型材料先进连接技术的工程应用、钎焊材料的生产制备技术、钎焊及特种连接设备与控制技术等方面与国外先进水平相比,还存在较大的差距。  
    记者:请您描述一下钎焊及特种连接的发展趋势和研究热点。
    钎焊及相关的特种连接技术越来越多地用于重要承力构件和复杂构件的制造;在新型特种材料的连接中显示出重要的作用,对某些材料、某些构件甚至是唯一可行的连接方法;另钎焊及相关的特种连接技术与冶金、机械、电子、化学工程、表面工程、热处理、高能束加工等学科相互融合交叉,可派生出许多新的制造技术,这也是钎焊及相关的特种连接技术创新发展的重要方向。
    我想为了促进先进材料及其构件的工程应用,应在以下方面开展深入系统的试验研究工作:1)可用于高温结构件的陶瓷及陶瓷与金属连接技术;2)复合材料(包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、C/C复合材料)连接技术;3)金属间化合物材料连接技术;4)难熔金属材料连接技术;5)钛合金低脆性钎焊技术;6)可热处理强化铝合金真空钎焊技术;7)纳米技术在钎焊及特种连接技术中的应用。另基础理论和数值模拟研究工作仍比较薄弱,要给予足够重视,加大研究力度与深度。
    记者:作为专委会主任,请您介绍一下钎焊及特种连接专委会近几年的工作计划。
    专委会作为一个学术团体,主要任务是组织学术活动,如每年要召开全国性或专题性学术会议,促进同行技术交流;在适当的时候组团参加国际学术会议,扩大我国钎焊及特种连接在国际上的影响。今年恰逢Ⅰ专委会成立30周年,我们将在焊接年会期间举办庆祝活动。另外专委会还将在加强科研院所及高校与工厂企业的联系方面进一步开展工作,给研究机构和企业的合作搭桥牵线,使科研成果迅速向生产力的转化,在这方面Ⅰ专委会多年来积累了丰富的经验,也得到了广大钎焊及特种连接研究工作者、单位和企业的认可,我们还要进一步发扬光大。

    记者:请您简要介绍一下我国从事钎焊及特种连接技术研究及相关生产机构的情况和从业人员规模,产业分类,相关材料及产品的规模情况。
    我国从事钎焊及特种连接技术的科研人员估计约有数百人,在多数工科院校及各大工业集团所属的材料或工艺研究院所均有专门从事钎焊扩散焊研究的科研队伍。生产研制钎焊材料的单位有近百家,生产近20个系列的各种软钎料和硬钎料及钎剂等相关材料达数百种。
    记者:作为北京航空材料研究院院长,您认为钎焊及特种连接技术与航空材料的发展存在怎样的联系。钎焊及特种连接技术在航空工业的发展中起什么样的作用。
    一代材料、一代制造、一代装备。钎焊(包括扩散焊)作为材料连接的重要方法之一,它同电子束焊、激光焊、摩擦焊一起被认定为先进飞机和发动机的关键连接技术。
 
    飞机机体上各种钛合金、不锈钢导管在组装过程中要采用高频感应钎焊连接,实现减重效果;机载设备上大量的导线、仪表也采用了钎焊连接。飞行马赫数大于2.5的飞机,由于蒙皮要承受与空气摩擦引起的高温,越来越多地采用不锈钢、钛合金或高温合金的钎焊或LID焊蜂窝壁板。
    航空发动机大量重要部件,诸如涡轮叶片、压气机叶片、燃烧室部件、蜂窝封严结构、叶环结构、不锈钢热交换器、铝合金机箱、燃油总管及其它管路等构件的制造都离不开钎焊或TLP扩散焊技术。发动机整流器、导流窗叶片与机匣之间采用钎焊连接,既满足了设计要求又达到了减重效果。据统计,在某型航空发动机的核心机钎焊面积超过14000cm2。可以说,没有先进钎焊及特种连接技术,就无法实现高性能航空发动机许多重要高温结构件的制造。
    随着航空科学技术的发展,在未来航空装备中将越来越多地采用新材料、新结构和新的制造技术,钎焊及其派生的连接技术,如TLP扩散焊和LID焊接,对于新材料的连接及复杂精细结构件的制造,具有独特的优越性和灵活性,甚至对于某些新材料与复杂构件,钎焊是其唯一可行的连接技术,在重要承力构件上的应用也越来越多,毫无疑问钎焊技术在航空工业中所起的作用越来越重要。


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紫铜及紫铜与低碳钢的焊接工艺 Tue, 12 Nov 2019 18:18:28 +0800 紫铜的特点:具有极高的导电性、导热性、优良的可塑性、耐腐蚀性、低温塑性。
由于紫铜导热性好,焊接时热量迅速从加热区传导出去,使母材与填充金属难以融合,这种现象尤其在厚板焊接时表现得更明显。
“金属结晶器”整体由低碳钢与紫铜焊接.因为内桶为全紫铜制作,而且内桶与外桶的连接是低碳钢法蓝,从而涉及到紫铜及紫铜与低碳钢的焊接工艺。
焊接要求:
要求结晶器整体在6Mpa压缩空气下10分钟无渗漏现象。
把母材需要焊接的位置通过机械加工和等离子切割而得到需要的坡口形式,方便达到焊接要求。
焊接方法的选择:
紫铜焊接有很多方法,如气焊、焊条电弧焊、TIG焊、CO2焊、埋弧焊等等方式.考虑到母材结构、工艺、与焊接设备等因素,选择了TIG焊(高纯Ar气体保护焊)。
焊接材料的准备:
焊丝:HS201   (HS201是含有少量硅、锰、磷脱氧元素的特制紫铜焊丝。加了锡改善了熔融铜的流动性。具有焊接工艺性能优良、焊缝成型良好,机械性高,抗裂性好等优点)
焊剂:四硼酸钠(焊接助熔剂,吸湿性较强,具有脱氢作用,可加深清除焊缝表面残留氧化膜、杂质)。
焊前准备
紫铜焊接部位需严格去油、氧化物及其它污物,焊接坡口部位需去油、除涂锈等杂质。法蓝破口用角磨机清除切割残留氧化膜与杂质,打磨平滑,
焊接过程:
1      紫铜桶状焊缝:
紫铜尤其是厚件必须预热,预热温度一般在600℃左右。因焊件为圆桶状,焊缝过长,我们采用专门为了焊接此设备制作的长炉,为了更有效更持续的给焊缝加温、保温。当焊缝附近温度接近600度左右(视觉观察成暗红色)时,在坡口处开始第一遍打底焊。仔细观察焊缝融合情况,根据母材温度适当调节输出电压,从而实现焊接的流畅性。第一遍打底以后,观察焊缝四硼酸钠固液混合状态的情况,在聚集较多的地方应该用氧气乙炔火焰清理焊缝,避免焊接过程出现四硼酸钠夹杂混流在金属焊缝深层的现象。第二、三遍过度焊同上工艺。盖面焊时,要注意焊缝的余高,既加强高度。保证焊缝的强度。
在温度适当的情况下,铜的金属熔液流动性很好,在注意熔合焊缝的情况下,一定保证焊枪角度和高度,避免在焊接过程中出现填充金属未熔合或焊枪太高,气体保护不到焊缝形成气孔等缺陷。焊后用炉火保温,焊缝上端用石棉铺盖,加强保温与缓冷的效果。
2、紫铜与低碳钢法蓝的焊缝:
   Fe与Cu的原子半径、点阵类型、晶格常数及外层电子数都比较接近,这对钢与紫铜之间的焊接比较有利。但是,钢与紫铜的熔化焊接还有一定的难度,主要如下:
  (1)、钢与铜的物理性能不同,熔点及线膨胀系数差异大。紫铜的线膨胀系数大,在焊接过程中会产生较大的焊接应力。所以我们要把法蓝内径与紫铜圆桶外径咬合好,用法蓝固定和限制紫铜圆桶的膨胀,从而减少焊后缓冷时产生裂纹。
  (2)、铜的导热系数是钢的8-9倍左右,熔池的冷却速度比钢要大得多,氢的扩散逸出和水的上浮条件更为恶劣,形成气孔的敏感性增大。
  (3)、在焊缝或近缝区易产生热裂纹,影响接头的强度及气密性,这是焊接工艺中重点要解决的问题。由于钢与紫铜中含有—定量的杂质,如氧、硫、磷等。在焊接过程中,这些杂质元素易形成各种低熔点的共晶体和脆性化合物而存于焊缝晶界处,严重削弱了金属在高温时的晶间结合力,是焊缝产生热裂纹的主要原因。
  (4)、施焊时,电弧应偏向紫铜侧,以减少熔合比。焊缝中的铁元素对热裂纹倾向的影响比较大,以保证铁在焊缝中的含量在10—43%之间(主要针对紫铜与低碳钢),使焊缝具有良好的抗裂性能。因此,控制焊缝的熔合比是相当重要的环节。
易出现问题:
   1、气孔   铜及铜合金产生气孔的倾向远比钢严重,其中一个直接原因是铜的导热性好,熔池凝固速度快,易造成气孔,但根本原因是气体溶解度随温度下降,而积聚下降及化学反应产生气体所致,气孔的类型有氢造成的扩散气孔和水蒸气造成的反应气孔。
   2、裂纹 铜及铜合金焊接时在焊缝及熔合区易产生热裂纹。
焊接要点:
(1)、合理控制焊接热循环,改善焊接应力状态和消除氧化物、硫化物以及低熔点共晶体的有害作用。具体地的方法就是采用热量集中的焊接方法,即: TIG焊(高纯Ar气体保护焊)。
   (2)、正确选择焊接材料,控制焊缝的化学成分,限制有害杂质的含量。
  (3)、采用合理的接头型式,改善接头的工艺性能和抗裂性能。
  (4)、严格进行焊接前期处理。
焊接工艺参数:
在我们采用融化极高纯Ar气体保护焊时,电流320左右,而电压随时要根据母材温度而调节。
焊后检测:
    紫铜圆桶试漏采用煤油试验,在圆桶外焊缝上涂石灰水,干燥后,再于圆桶内焊缝涂煤油,等待15分钟左右无渗透现象。
(当焊缝有穿透性缺陷时,煤油即渗透过去,在石灰粉上出现油斑或带条)。
    紫铜与低碳钢法蓝,则采用整体通过6Mpa压缩空气下试漏。
以上为金属结晶器的焊接工艺,其中焊接电流的选择这一点不太好把握,有经验的技术人员可能一下子就会调节的很合适,对于新手来说也没什么大不了的,首先可以参考焊接手册及相关标准的参数,这个参数不一定合适,通过试验最终肯定会调到理想参数。在本例中采用TIG焊(高纯Ar气体保护焊)时,可通过金属温度来调节电压大小来匹配相应的电流,因为在厚紫铜板的焊接过程中,大的电流电压足以保持或升高母材的温度.母材熔深加大,增强焊丝融化渗透.而小的电流电压,母材熔深减小,易产生未熔合缺陷,也保证不了焊接过程的温度.所以经过试验最终定为电流320左右。
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碳钢和低合金钢的钎焊 Tue, 12 Nov 2019 18:18:28 +0800 碳钢和低合金钢的钎焊摘要:三相交流电动机正反转固态继电器在高速走丝电火花线切数控机床的发展特点及发展条件(二)鹤山机械化插秧实现零突破 对流传热干燥设备的适用范围基于峰值电流控制的全桥变换器在高频逆变焊机中的应用上海拓攀螺纹切削座基于PCI总线的电火花线切割机运动控制卡设计我国数据转台的发展现状CAE技术在注射模具设计及制造中的应用浅析普通机床的数控改造212532立式坭芯磨床操作规程SANCH推出性能卓越的矢量控制注塑机专用变频器西班牙欧纳公司将展出成熟技术的电加工机床等产品什么是机电一体化基于随形技术的快速制模工艺优化软件研究机床行业部分英汉对照三相交流异步电动机的选择薄壁零件加工过程浅析螺纹类零件4的数控车床加工编程压实机械发展研究报告 [标签:tag] 1钎焊性 碳钢和低合金钢的钎焊性很大程度上取决于材料表面上所形成氧化物的种类。随着温度的升高,在碳钢的表面上会形成Y-Fe2O3、a-Fe2O3、Fe3O4和FeO四种类型的氧化物。 这些氧化物除了Fe3O4之外都是多孔和不稳定的,它们都容易被钎剂所去除,也容易被还原性气体所还.
1钎焊性 
碳钢和低合金钢的钎焊性很大程度上取决于材料表面上所形成氧化物的种类。随着温度的升高,在碳钢的表面上会形成Y-Fe2O3、a-Fe2O3、Fe3O4和FeO四种类型的氧化物。
这些氧化物除了Fe3O4之外都是多孔和不稳定的,它们都容易被钎剂所去除,也容易被还原性气体所还原,因而碳钢具有很好的钎焊性。
对低合金钢而言,如果所含的合金元素相当低,则材料表面上所存在的氧化物基本上是铁的氧化物,这时的低合金钢具有与碳钢一样的钎焊性。如果所含的合金元素增多,特别是象A1和Cr这样易形成稳定氧化物的元素的增多,会使低合金钢的钎焊性变差,这时应选用活性较大的钎剂或露点较低的保护气体进行钎焊。
2钎焊材料
(1)钎料碳钢和低合金钢的钎焊包括软钎焊和硬钎焊。软钎焊中应用最广的钎料是锡铅钎料,这种钎料对钢的润湿性随含锡量的增加而提高,因而对密封接头宜采用含锡量高的钎料。锡铅钎料中的锡与钢在界面上可能形成Fe-Sn金属间化合物层,为避免该层化合物的形成,应适当控制钎焊温度和保温时间。几种典型的锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度如表1所示,其中以w(Sn)为50%的钎料钎焊的接头强度最高,不含锑的钎料所焊的接头强度比含锑的高。
碳钢和低合金钢硬钎焊时,主要采用纯铜、铜锌和银铜锌钎料。纯铜熔点高,钎焊时易使母材氧化,主要用于气体保护钎焊和真空钎焊。但应注意的是钎焊接头间隙宜小于0.05mm,以免产生因铜的流动性好而使接头间隙不能填满的问题。用纯铜钎焊的碳钢和低合金钢接头具有较高的强度,一般抗剪强度在150~215MPa范围内,而抗拉强度分布在170~340MPa之间。
表1 锡铅钎料焊的碳钢接头的抗剪强度
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表2 银铜锌料钎焊的低碳钢接头的强度
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与纯铜相比,铜锌钎料因Zn的加入而使钎料熔点降低。为防止钎焊时Zn的蒸发,一方面可在铜锌钎料中加入少量的Si,另一方面必须采用快速加热的方法,如火焰钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等。采用铜锌钎料钎焊的碳钢和低合金钢接头都具有较好的强度和塑性。例如用B—Cu62Zn钎料钎焊的碳钢接头抗拉强度达420MPa,抗剪强度达290MPa。银铜锌钎料的熔点比铜锌钎料的熔点还低,便于钎焊的操作。这种钎料适用于碳钢和低合金钢的火焰钎焊、感应钎焊和炉中钎焊,但在炉中钎焊时应尽量降低Zn的含量,同时应提高加热速度。采用银铜针钎料焊碳钢和低合金钢,可获得强度和塑性均较好的接头,具体数据列于表2中。
(2)钎剂钎焊碳钢和低合金钢时均需使用钎剂或保护气体。钎剂常按所选的钎料和钎焊方法而定。当采用锡铅钎料时,可选用氯化锌与氯化铵的混合液作钎剂或其他专用钎利。这种钎剂的残渣般都具有很强的腐蚀性,钎焊后应对接头进行严格清洗。 
采用铜锌钎料进行硬钎焊时,应选用FB301FB302钎剂(参见JBT6045—92硬钎焊用钎剂,下同),即硼砂或硼砂与硼酸的混合物:在火焰钎焊中,还可采用硼酸甲酯与甲酸的混合液作钎剂,其中起去膜作用的是B2O3蒸汽。 
当采用银铜锌钎料时,可选择FBl02FBl031FBl04钎剂,即硼砂、硼酸和某些氟化物的混合物。这种钎剂的残渣具有一定的腐蚀性,钎焊后应清除干净。
3钎焊技术 
采用机械或化学方法清理待焊表面,确保氧化膜和有机物彻底清除。清理后的表面不宜过于粗糙,不得粘附金属屑粒或其他污物。 
采用各种常见的钎焊方法均可进行碳钢和低合金钢的钎焊。火焰钎焊时,宜用中
性或稍带还原性的火焰,操作时应尽量避免火焰直接加热钎料和钎剂。感应钎焊和浸沾钎焊等快速加热方法非常适合于调质钢的钎焊,同时宜选择淬火或低于回火的温度进行钎焊,以防母材发生软化。保护气氛中钎焊低合金高强钢时,不但要求气体的纯度高,而且必须配用气体钎剂才能保证钎料在母材表面上的润湿和铺展。 
钎剂的残渣可以采取化学或机械的方法来清除。有机钎剂的残渣可用汽油、酒精、丙酮等有机溶剂擦拭或清洗:氯化锌和氯化铵等强腐蚀性钎剂的残渣,应先在NaOH水溶液中中和,然后再用热水和冷水清洗;硼酸和硼酸盐钎剂的残渣不易清除,只能用机械方法或在沸水中长时间浸煮解决。
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常用钎焊方法分类、原理及应用 Tue, 12 Nov 2019 18:18:28 +0800 常用钎焊方法分类、原理及应用

 

 

钎焊方法

分类

原理

应用

烙铁钎焊

外热式烙铁

使用外热源(如煤气、气体火焰等)加热

适用于以软钎料不大的焊件,广泛应用于无线电、仪表等工业部门

电烙铁

普通电烙铁

靠自身恒定作用的热源保持烙铁头一定温度

 

带陶瓷加热器

 

可调温度

 

弧焊烙铁

烙铁头部装有碳头,利用电弧热融化钎料

适用于铝、铝合金(含Mg多的除外)、不锈钢、钴、锗、硅等钎焊

超声波烙铁

在电加热烙铁头上再加上超声波震动,靠空化作用破坏金属表面氧化膜

火焰钎焊

氧乙炔焰

用可燃气体与氧气(或压缩空气)混合燃烧的火焰来进行加热的钎焊,火焰钎焊可分为火焰硬钎焊和火焰软钎焊

主要用于钎焊钢和铜

压缩空气雾化汽油火焰或空气液化石油火焰或煤气等

多用于铝合金的硬焊接

炉中钎焊

保护气氛炉中钎焊

还原性气氛

加有钎料的焊件在还原性气氛或惰性气氛的电炉中加热进行钎焊

适用于钎焊碳素钢、合金钢、硬质合金、高温合金等

惰性气氛

真空炉中钎焊

热壁型

使用真空钎焊容器,将装配好钎料的焊件放入容器内,容器放入非真空炉中加热到钎焊 温度,然后容器在空气中冷却

钎焊含有Cr、Ti、Al等元素的合金钢、高温合金、钛合金、铝合金及难熔合金

冷壁型

加热炉与钎焊室合为一体,炉壁作成水冷套,内置热反射屏,防止热向外辐射,提高热效率,炉盖密封。焊件钎焊后随炉冷却

空气炉中钎焊

把装配好的焊件放入一般工业电炉中加热至钎焊温度完成钎焊

多用于钎焊铝、铜、铁及其合金

感应钎焊

高频(150~700KHZ)

焊件钎焊处的加热是靠在交变磁场中产生感应电流的电阻热来实现

广泛用于钎焊钢、铜、及铜合金、高温合金等的具有对称形状的焊件

中频(1~10KHZ)

工频(很少直接用于钎焊)

浸渍钎焊

盐浴浸渍钎焊

外热式

多为氯盐的混合物做盐浴,焊件加热和保护靠盐浴来实现。外热式由槽外部电阻热来加热;内热式靠电流通过盐浴产生的电阻热来加热自身和进行钎焊。当钎焊铝和铝合金时应使用钎剂作盐浴

适用于以铜基钎料和银基钎料钎焊钢、铜及其合金、合金钢及高温合金。还可钎焊铝及其合金

内热式

熔化钎料中浸渍钎焊(金属浴)

将经过表面清晰,并装配好的钎焊件进行钎剂处理,再放入熔化钎料中,钎料把钎焊处加热到钎焊温度实现钎焊

主要用于以软钎料钎焊铜、铜合金及钢。对于钎缝多而复杂的产品(如蜂窝式换热器、电机电枢等)用此法优越、效率高

电阻钎焊

直接加热式

电极压紧两个零件的钎焊处,电流通过钎焊面形成回路,靠通电中钎焊面产生的电阻热加热到钎焊温度实现钎焊

主要用于钎焊刀具、电机的定子线圈、导线端口以及各种电子元器件的触点等

间接加热式

电流或只通过一个零件,或根本不通过焊件。前者钎料熔化和另一零件加热是依靠通电加热的零件向它导热来实现。后者电流是通过并加热一个较大的石墨板或耐热合金板,焊件放置在此板上,全部依靠导热来实现,对焊件仍需压紧

特种钎焊

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手工电弧焊焊接中克服咬边的小窍门 Tue, 12 Nov 2019 18:18:29 +0800 咬边是焊接中较为严重的表面缺陷,会造成应力集中,严重时会产生裂纹而裂断。他主要是由于焊接工艺参数选择不当,操作工艺不正确,而在母材上产生沿熔合线方向的沟槽或凹陷。故而在操作中较难克服,要求焊工在焊接操作中要严格注意焊接工艺参数,并能较好的观察熔池的熔化情况,保证足够的焊条摆动停留时间,对焊工的操作技能要求较高。依据多年的教学和焊工培训摸索的经验,介绍几点在焊条电弧焊接操作中防止咬边的窍门。
 
一 、坡口加工
1、常见的问题:
在对接焊中,无论是V形坡口、U形坡口还是X形坡口,这些坡口加工时在坡口与工件表面都会形成一条尖锐的棱边,焊接时大家都会以这两条棱边为停留的参考,用于保证焊缝的直线度,而在初学时,焊条摆动到该位置时,尖锐的棱边会很快熔化,而熔化的焊条金属不会很快填满母材的缺损,如果分不清熔池中的金属和熔渣,就无法保证焊条在此处的停留时间,势必会产生咬边。如果在两侧停留时间过长,容易造成焊缝过高,同时由于焊条在两侧停留而造成两侧温差较大,焊缝表面的焊波粗大,影响外观质量。
2、解决措施:
可以在坡口的棱边端部用磨光机修磨出一条1×450的一条倒棱,使其形成“缓冲”,这样可以减缓坡口端部的熔化速度,避免产生咬边,同时可以缩短焊条在焊缝两侧的停留时间,解决由于停留时间过长而导致的温差过大,焊波粗糙的问题。
 
二、焊条摆动及运条角度
1、常见问题:
!)焊条摆动时在两侧停留的位置的选择对克服焊缝咬边有很大的影响,如果焊条停留在坡口的边沿,会因坡口边缘母材金属较为尖锐容易形成咬边;如果停留在坡口外侧的母材金属上,就能够因为待母材金属熔化而相应的变厚,使得母材与焊条金属熔化速度基本一致而减小产生咬边的可能性,但这样无法控制焊缝的宽度,导致焊缝的宽度及宽度差超标,影响焊缝的外观及成形质量。
2)对于很多的初学者来说,焊条摆动时,由于对焊条的电弧及焊条的角度无法作出正确的判断,故而在摆动过程中容易手和手腕一起摆动,使得焊条的电弧容易往一边吹出,焊缝金属一侧高,一侧低,低的一侧就容易形成咬边,焊缝的成形也较为难看,质量较差。
2、解决措施:
1)可以让焊条摆动时在坡口的边缘处短暂停留,然后摆动到另一侧坡口边缘也做短暂停留,再继续往前进行摆动,在摆动到另一侧焊缝边缘做停留时,焊缝的熔池与前一熔池的外侧宽度一致,同时要盖住前一熔池的四分之三左右,以保证焊波的细腻。同时焊条金属一直保持熔化的高温状态,而母材金属有相应的冷却时间,温度较低,熔化的焊条金属就能很快将原有咬边处迅速填满,这样可以有效的解决咬边问题。同时焊条在焊缝两侧停留时以坡口的直边为基准,可以保证焊缝的平直;由于焊条在两侧的停留时间变短,焊缝两侧的温差不大,可以使得焊缝波纹细密,外观成形较好。
2)焊条摆动时,焊条应和焊缝形成一个投影的关系,以保证焊条一直在焊缝的中央,摆动时,仅是手腕的摆动,而手不能摆动,电弧由焊缝中央向两侧吹出,避免母材金属流向焊缝中央形成咬边。
 
三、正确选用工艺参数
1、常见问题:
在学生的教学中,一般有教师指导,通常不会出现这类问题;而在焊工培训教学中,由于工人师傅多于记件为主,为保证完成工作量,多数人都喜欢用大电流,实质上,电流值过大,容易使得母材金属熔化加快,溶池增大,焊条熔化金属的速度无法及时填满母材棱边熔化的沟槽,焊缝的宽度就已经足够,故而容易形成咬边。
2、解决措施:
依据相关的焊接规范选用焊接工艺参数,在平时的工作中养成良好的质量意识,认真参加各种培训和规范焊接要求。
 
我们在学生的教学和各种焊工培训过成中对上述小窍门进行了推广,学生和焊工都较容易接受并掌握,在实际的生产中应用效果良好,焊工们都反映不错,能在一定程度上解决焊缝咬边的问题。当然,在实际应用时,应根据各自的情况合理选择。在此,仅提出供大家参考选用,实际工作中还应该灵活掌握和处理问题。
 
参考文献:
《焊工工艺及技能训练》 中国劳动和社会保障出版社       王长忠编       北京    2001
《电焊工》职业技能鉴定培训教材 中国劳动出版社 
     李继三主编   北京   1996
中国机械工程学会焊接学会 《焊接手册》[M]     北京 机械工业出版社    1992
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单面焊双面成型的焊接质量差原因及防止措施 Tue, 12 Nov 2019 18:18:29 +0800 单面焊双面成型的焊接质量差原因及防止措施
0 引 言
  焊接技术是一门重要的金属加工技术, 尽管焊接技术发展很快,自动化程度也越来越高,但手工电弧焊仍占有不可替代的地位. 尤其在小直径容器和管道的焊接方面,单面焊双面成形焊接技术的作用更显突出. 优质的单面焊双面成形焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材,表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷,焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及操作等原因,使得形成的焊缝达不到质量要求,从而对结构的工作质量和使用寿命产生严重的影响.
1 单面焊双面成形质量差引起的问题

1. 1 增加消耗,降低结构的质量和使用寿命
  焊接生产中,优质的焊接质量可以满足设计要求,保证结构的正常使用寿命. 而一旦出现严重的焊接缺陷,就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等. 否则,这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中,降低结构的使用寿命.
1. 2 焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁,引起安全事故

单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中, 一旦有严重缺陷,质量不合格,焊件的焊补非常困难,而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用,使焊缝的缺陷产生应力集中,加之焊缝的有效使用面积减小,减弱了焊接接头的强度. 轻则使产品的使用寿命受到影响,重则导致焊缝断裂,产品破坏,酿成严重的事故.单面焊双面成型的焊接质量差原因及防止措施
摘 要:单面焊双面成型的焊接质量受到了焊接设备、焊材工艺流程、操作技术水平的限制. 通过分析造成质量差的原因,提出了相应的防止措施,对单面焊双面成型的作业具有指导作用.
关键词:单面焊双面成型; 焊接;质量;原因;措施

0 引 言
  焊接技术是一门重要的金属加工技术, 尽管焊接技术发展很快,自动化程度也越来越高,但手工电弧焊仍占有不可替代的地位. 尤其在小直径容器和管道的焊接方面,单面焊双面成形焊接技术的作用更显突出. 优质的单面焊双面成形焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材,表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷,焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及操作等原因,使得形成的焊缝达不到质量要求,从而对结构的工作质量和使用寿命产生严重的影响.
1 单面焊双面成形质量差引起的问题

1. 1 增加消耗,降低结构的质量和使用寿命
  焊接生产中,优质的焊接质量可以满足设计要求,保证结构的正常使用寿命. 而一旦出现严重的焊接缺陷,就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等. 否则,这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中,降低结构的使用寿命.
1. 2 焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁,引起安全事故

单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中, 一旦有严重缺陷,质量不合格,焊件的焊补非常困难,而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用,使焊缝的缺陷产生应力集中,加之焊缝的有效使用面积减小,减弱了焊接接头的强度. 轻则使产品的使用寿命受到影响,重则导致焊缝断裂,产品破坏,酿成严重的事故.
2 单面焊双面成形焊接质量差的原因分析

2. 1 焊接电源自身因素引起的焊接质量差
  焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素. 若焊接电源自身性能不好,必然不会产生良好的焊件. 当焊机的引弧性
能差,电弧燃烧不稳定,就不能保证工艺参数稳定,焊接过程就无法正常进行,焊接质量就得不到保证.
2. 2 工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响

2. 2. 1 焊接电流
  焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量. 焊接电流过大,可以提高生产率,并使熔透深度增加,但易出现咬肉、焊瘤等缺陷,并增大气孔倾向. 尤其在立焊操作时熔池难以控制,易出现焊瘤,弧长增加,就会产生咬边. 焊接电流过小,熔透深度减小,易出现未焊透、熔合不良、夹渣、脱节等缺陷.
2. 2. 2 焊速

  焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数. [ 3 ] (p168)合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要. 焊速过快,使熔池温度不够,易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷. 焊速过慢,使高温时间长,热影响区宽度增加,焊接接头的晶粒变粗,机械性能降低,焊件的变形量增大,同时焊速过慢还会使每层的厚度增大,导致熔渣倒流,形成夹渣等缺陷.
2. 2. 3 电弧电压

  焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊接缝质稳定的重要因素. 电弧过长对熔化金属保护差,空气中的氧、氮等有害气体容易侵入,使焊缝易产生气孔,焊接金属的机械性能降低. 但弧长也不易过短,若弧长过短,就会引起粘条现象,且由于电弧对溶池的表面压力过大,不利于溶池的搅拌,使溶池中气体及溶渣上浮受阻,从而引起气孔、夹渣等缺陷的产生.
2. 2. 4 焊接层数选择不当

  单面焊双面成形焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响,每层厚度过大,对焊缝金属的塑性有不利的影响,且焊接过程中熔渣易倒流,产生夹渣和未熔合等缺陷. 但每层厚度也不易过小,以免造成焊缝两侧熔合不良.
2. 2. 5 焊条类型及焊条直径的影响

  焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定. 因此, 焊条类型选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素. 焊
条直径的大小除了对生产率有一定的影响外,对焊接质量也有一定的影响. 焊条直径过大,在进行打底层焊接和立焊焊接时
熔池难以控制, 易产生焊瘤等缺陷.
2. 3 操作因素

  在焊接生产过程中,焊工的单面焊双面成形操作技术水平低,就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练,这是造成焊缝质量差的重要原因之一.
  焊前对工件上的油、锈、水分清理不严格,焊条未经烘干处理或烘烤温度不够而投入使用,会促使焊缝产生大量的气孔
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从而使焊接缝质量达不到要求.
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关于铜和不锈钢焊接质量保证的技术及过程控制 Tue, 12 Nov 2019 18:18:29 +0800 我公司研发的铜与不锈钢特种焊接工艺
 \      关于铜和不锈钢焊接质量保证的技术及过程控制
                                陕西雷奇华能科技有限公司              齐海滨 

  由于工业发展及科技进步,铜和不锈钢焊接在我国许多如太阳能光辐转换、风力发电、冶金铸造、电力电子工程、航空航天及船舶制造业等行业里以广泛应用。
    我公司研发的铜与不锈钢特种焊接工艺是以多角度分析、控制,提高了抗裂性、互溶性,采用在液态和固态与铜和不锈钢都互溶的铜及铜合金焊丝及哈氏合金等作为填充金属,焊缝成形良好,组织均匀,接头弯曲角可达180°,接头强度和塑性都令人满意……
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钛及钛合金的焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:29 +0800 试述钛及钛合金的分类及特性。钛是一种非磁性材料,具有密度小(4.5g/cm3)、强度高(比铁约高1倍)、较好的高温强度和低温韧性以及良好的耐腐蚀性等特点。钛在885℃以下时,具有密集六方晶格称为α钛。在885℃产生同素异晶转变,晶格变为体心立方晶格称为β钛。钛长时间在高温停留,晶粒容易长大,快速冷却时,容易生成不稳定的针状α钛组织称为“钛马氏体”,其强度较高,塑性较低。
钛加入合金元素后可改善加工性能和力学性能,常加的合金元素有Al、V、Mn、Cr、Mo等,按照成分和在室温时的组织不同,钛和钛合金可分为:
⑴工业纯钛  按其纯度可分为TA1、TA2、TA3等牌号,其中TA1的杂质最少,少量杂质将使强度增高、塑性降低,故TA1的强度最低(σb为300~500MPa)、塑性最好(δ为30%)。
工业纯钛有良好的焊接性。
⑵α钛合金  钛中加入了Al、Sn等元素,牌号为TA6、TA7,有良好的高温强度和抗氧化性。
α钛合金有良好的焊接性。
⑶β钛合金  钛中加入了Mn、V、Mo、Cr等元素,牌号为TB1、TB2。热处理后强度较高(TB1的σb为700MPa),塑性也较好,而且具有良好的加工性,但耐热性稍差,体积质量大、成本高。
β钛合金的焊接性不良。
⑷α+β钛合金  钛中加入了Al、Se、Mo、Mn、Cr等元素,牌号为TC1、TC2。可通过热处理如化,加工性能良好,但高温强度低于α钛合金。
α+β钛合金焊接性很差,很少用于焊接结构。
84  试述钛及钛合金的焊接性。
⑴化学活性大  钛和钛合金不仅在熔化状态,即使在400℃以上的高温固态也极易被空气、水分、油脂、氧化皮等污染,吸收O2、N2、H2、C等元素,使焊接接头的塑性及冲击韧度下降,并易引起气孔。因此,施焊时对焊接熔池、焊缝及温度超过400℃的热影响区都要妥善保护。
⑵热物理性能特殊  钛和钛合金和其它金属比较,具有熔点高、热容量较小、热导率小的特点,因此焊接接头易产生过热组织,晶粒变得粗大,特别是β钛合金,易引起塑性降低,所以在选择焊接参数时,既要保证不过热,又要防止淬硬现象。由于淬硬现象可通过热处理改善,而晶粒粗大却很难细化,因此为防止晶粒粗大,应选择硬参数。
⑶冷裂倾向较大  溶解于钛中的氢在320℃时和钛会发生共析转变,析出TiH2,引起金属塑性和冲击韧度的降低,同时发生体积膨胀而引起较大的应力,严重时会导致产生冷裂纹。
⑷易产生气孔  产生气孔的气体是氢。因氢在钛中的溶解度随温度升高而下降,焊接时,沿熔合线附近加热温度高,会引起氢的析出,因此气孔常在熔合线附近形成。
⑸变形大  钛的弹性模量约比钢小一半,所以焊接残余变形较大,并且焊后变形的矫正较为困难。
85  试述钛及钛合金焊接方法的选择及常用的焊前清理方法。
由于钛及钛合金的化学活性大,易被氧、氮、氢所污染,所以不能采用手弧焊、CO2气体保护焊等焊接方法进行焊接。目前常用的焊接方法是氩弧焊、埋弧焊和真空电子束焊等,其中尤以钨极氩弧焊用得最为普遍。
近年来等离子弧焊、电阻点焊、缝焊、钎焊和扩散焊得到应用。
钛和钛合金焊件的表面,焊前一定要进行认真的清理,因污物易在焊缝中产生气孔和非金属夹杂,使焊缝的塑性和耐腐蚀性显著下降。常用的清理方法如下:
⑴机械清理  用切削加工、喷砂、喷丸或钢丝刷清除焊接区的污物和氧化皮等。
⑵化学清理  将焊件及焊丝在酸液中进行清洗,使焊件表面去净氧化物,呈银白色金属光泽为止,酸洗液的配方见表60。酸洗后在流动的清水中洗净,焊前再用丙酮或酒精擦净焊丝及焊件焊接区域的表面。

表60  钛及钛合金的酸洗溶液配方
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86  试述钛及钛合金钨极氩弧焊的焊接工艺。
⑴局部保护  钛及钛合金焊接时,不仅要保护焊缝区和熔池区,并且对加热温度超过400℃的热影响区和焊缝背面也要进行保护,常用的局部保护方法见图12。保护效果以焊缝及热影响区表面颜色为标志见表61。

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表61  焊缝和热影响区的表面颜色
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⑵接头形式  钛及钛合金的接头形式及坡口尺寸见表62。

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⑶焊丝  焊丝牌号有TA和TC两大系列,通常采用同质材料,为改善接头塑性,可用比母材合金化程度稍低的焊丝,例如焊接TC4时可以用TC3焊丝。
⑷焊接工艺参数  钛及钛合金手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊的焊接工艺参数,分别见表63、表64。

 

 

 

 

 

 

 

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87  试述钛及钛合金熔化极氩弧焊的焊接工艺。
熔化极氩弧焊有较大的热功率,适用于3~20mm中厚板的焊接。这种方法具有焊接速度高、成本低、气孔倾向也比钨极氩弧焊少的优点。但主要缺点是飞溅较大,影响焊缝成形和区域保护。短路过渡适于较薄件焊接,喷射过渡适于较厚件焊接。由于熔化极焊接时填丝较多,故焊件的坡口角度较大,厚15~25mm一般选用90°、Y形坡口。焊接工艺参数,见表65。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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88  试述钛及钛合金埋弧焊的焊接工艺。
埋弧焊已成功地用于焊接中厚板的钛及钛合金焊件。由于钛及钛合金具有活泼的化学性能,所用焊剂除应具备一般焊剂所共同的性质外,还需具有特别良好的隔绝空气的保护作用,确保焊缝金属不发生氧化反应、不受氢的有害影响。因此,现有各种焊剂都不能使用。目前生产中使用成功的一种特殊焊剂成分(质量分数)为:   
CaF279.5%;BaCl219%;NaF1.5%。这是一种无氧焊剂,要用化学纯原料配制。其中CaF2为基本造渣剂,BaCl2用于稳弧,NaF含量不多,作用是细化晶粒。
焊接电源采用交、直流均可,但用直流反接时焊缝原成形较好,生产率也较高。
焊接接头反面的保护,可用于母材上切取的钛垫板,也可用紧贴背面的焊剂垫。工业纯钛埋弧焊的焊接工艺参数,见表66。

\焊后除渣工作必须在焊缝金属冷至300℃以下时进行。
埋弧焊的主要缺点是成本较高,灵活性较差,工艺设备也较复杂。
89  试述钛及钛合金等离子弧焊的焊接工艺。
钛及钛合金等离子弧焊具有能量集中、单面焊双面成形、弧长变化对熔深程度影响小、无钨无杂、气孔少和接头性能好等优点,可用“小孔型”和“熔透型”两种方法进行焊接。“小孔型”一次焊透的适合厚度为2.5~15mm,“熔透型”适用于各种厚度,但一次焊透的厚度较小,厚度3mm以上需开坡口,填丝多层焊。为加强保护,可以使用氩弧焊拖罩,只是随厚度增加和焊速提高,拖罩长度要适当加长。由于高温等离子焰流过小孔,为保证小孔的稳定,焊件背面不得使用垫板。15mm以上钛材焊接时可以开Y形或∪形坡口,钝边取6~8mm,用“小孔型”等离子弧焊封底,然后用埋弧焊、钨极氩弧焊或“熔透型”等离子弧焊填满坡口。由于氩弧焊封底时,钝边仅1mm左右,故用等离子弧焊封底可大大减少焊接层数、填丝量和角变形,并能提高生产率和降低焊接成本。
等离子弧焊的焊接工艺参数见表67。

 

 

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紫铜与钢的焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:29 +0800 采用手工电弧焊、气焊和埋弧焊。板厚大于3毫米时需开坡口,坡口形式与钢构相同。开X形坡口时不留钝边,以保证焊透。当坡口角度太小或端部沾污就不能很好焊透。
紫铜、铜合金与钢的手工电弧焊可采用铜107(T107)、铜227(T227)焊条进行焊接。
被焊材料的厚度为3毫米或3毫米以上,可以采用埋弧焊,焊接接头可以采用对接或“T”形接。
熔剂层下的碳焊用直流正极性,弧压为40~55伏,弧长14~20毫米,电流300~550安,选用焊铜用的焊剂例如焊剂150、焊剂431等。
熔化极电弧焊时,虽然熔剂中加入2~5%的铝、锰、硅和碳酸钙,以及铜墙铁壁焊毕上镀0.1~0.15毫米的锌,仍不能消除气孔。如对坡口预热150℃,则气孔完全消失。焊丝用T2铜丝,焊剂用430或360,结果良好。
黄铜、紫铜与钢进行闪光焊和电阻焊均可获得合格的接头。闪光焊时钢的烧损量比铜大,因些装入焊机的伸出长度应大些。闪光焊时,钢 L=3.5d ,黄铜L=1.5d ,紫铜L=1d 。式中d为焊件直径,L为伸出长度。电阻焊时,钢L=2.5d ,黄铜L=1d ,紫铜L=1.5d 。顶锻压力均为1.0~1.5公斤力/毫米2
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铝合金MIG焊熔池图像的形态学处理方法(图) Tue, 12 Nov 2019 18:18:29 +0800 摘 要:建立了用于铝合金脉冲M IG焊熔池图像检测的CCD视觉系统,通过窄带滤光系统和选取合适的焊接规范,获取了铝合金脉冲M IG焊熔池的清晰图像。分析了铝合金焊接熔池图像的特征。针对目前已有熔池图像处理算法的缺点,利用形态学方法去除了图像信号中的噪声、阴极雾化区等影响熔池特征提取的部分,获得了满意的熔池边缘图像,为进一步实现铝合金M IG焊接过程控制创造了条件。
关键词: 铝合金; M IG焊; 形态学; 视觉传感
0 序  言
  利用视觉传感系统获取熔池图像并进行处理是实现焊接过程自动控制的重要方法之一,并且在碳钢、不锈钢等材料的焊接中得到了初步应用[ 1~4 ] 。对熔池图像处理的最终目的是获取熔池最大宽度、熔池半长和熔池后拖角等特征信息,通过建立熔池特征与熔深或熔宽等目标对象的映射模型,调节焊接规范实现焊接过程控制,因此对熔池图像的边缘提取是获得以上特征信息的重要手段。在分析图像信号的频率特性时,可以发现图像的边缘和噪声代
表图像信号的高频分量,因此传统的边缘检测的方法是基于空间运算的,借助空域微分算子进行边缘检测,通过将其模板与图像卷积完成,根据模板的大小和元素值的不同有不同的算子,例如Robert算子、Prewitt算子、Sobel算子等。还有利用高斯函数对原始图像作平滑或卷积运算的Canny边缘检测算子。但这些空域边缘检测算子对噪声都比较敏感并且常常会在检测边缘的同时加强噪声,而在焊接熔池图像采集过程中,由于图像传输和数字量化处理的过程中产生的寄生效应会导致采集的图像中会叠加很多噪声信号。铝合金M IG焊接过程中需要较
大的焊接基值电流才能保证阴极破碎作用,实现铝合金正常焊接,电弧光更加强烈,再加上逆变焊接电源干扰、M IG焊过程中伴随的熔滴过渡干扰,铝合金表面反射全波段可见光,且铝合金焊接时熔池与母材没有明显的颜色变化,熔池与母材界线对比度较差及焊接电弧的电磁干扰使得焊接熔池图像背景噪声十分强烈,采用以上边缘检测方法效果较差。文献[ 5, 6 ]采用神经网络和小波变换检测铝合金TIG焊熔池特征,取得了较好效果,但该方法计算量较大。通过对铝合金脉冲M IG焊熔池特征的分析,针对目前熔池图像处理算法的缺点,文中提出利用形态学方法提取铝合金M IG焊熔池特征信息,获得了满意的效果。
1 试验系统组成
1. 1 试验系统
  铝合金M IG焊接熔池视觉传感系统的组成如图1所示。主要包括松下CP - 230型CCD ( chargecoup led device)摄像机及包括中性减光片和窄带滤光片、吸热片等光学组件的复合滤光镜头,变焦镜头,天敏SDK - 2000型图像采集卡,工业控制计算机等,还包括电焊机、焊接机器人和焊接工作台等设备。电焊机采用德国DELEX V IR IO M IG - 400L 型数字控制电焊机,可以实现多种脉冲电流的调节。系统控制计算机采用的配置为P4 - 2. 0G, 256M内存。
1. 2 复合滤光系统设计
  复合滤光系统主要由中性减光片和窄带滤光片、吸热片等组成,其中最关键的问题是如何选取滤光“窗口”(窄带滤光片的中心波长和半宽) ,将强烈弧光和反射光滤除,利用熔池金属自身的发光和剩余弧光的照明作用,实现熔池在CCD 器件上的成像。
  铝合金M IG焊接区电弧的光谱主要由叠加在较低的连续光谱上的氩元素光谱和铝元素光谱组成,根据氩元素和铝元素的特征谱线强度分布[ 7 ]可知,在波长396 nm附近铝元素的谱线比氩元素的高,理论上适合视觉采样,但396 nm靠近紫外区,不在普通CCD的光谱响应范围内,因此不能利用该波段。在可见光范围内观察铝和氩的特征谱线发现波长600~800 nm的范围内,氩的谱线较弱,电弧光基本上为强度较低的连续光谱组成,虽然在这一区域不存在铝元素谱线,不能利用熔池的自身发光成像,但可以利用较弱的弧光对熔池的照明来实现成像。
通过试验研究,复合滤光系统采用610 nm ±10 nm的窄带滤光片加两片30%减光片和一片焊接用标准吸热玻璃可以实现较好的滤光效果。
 

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图1 试验系统组成


2 熔池图像获取及特征分析
  铝合金M IG焊过程中弧光十分强烈,如果焊接电压较高会造成弧长较长,弧光会覆盖整个焊接接头区域,加上铝板表面强烈的镜面反射,即使采用复合滤光系统和脉冲焊接仍然不能获得清晰的熔池图像,因此焊接过程中宜采用短弧焊,配合较长的干伸长度,将电弧压缩在熔池底部,使弧光不能扩散,这样容易采集到清晰的熔池图像。试验中利用铝合金脉冲M IG焊视觉采集系统对板厚为6 mm的LF6铝板堆焊进行了熔池图像采集试验。尝试了许多不同的焊接规范和焊枪角度,对不同光圈、以及拍摄角度进行了组合,通过试验,得到了焊接规范和光学参数的最佳组合。试验中保护气体为100%氩气,焊丝材料为AlMg4. 5,直径<1. 2,焊接速度12 cm /min,焊接基值电流100 A, 峰值电流300 A,电弧电压14. 5 V,脉冲频率2 Hz, 焊枪角度75°, 气体流量10 L /min。在以上规范条件下,焊接过程为亚射流过渡,飞溅很少对视觉检测过程影响较小,获得的典型熔池图像如图2所示。
 

\


 

图2  熔池图像


  由图2所示的铝合金M IG焊熔池图像中主要所反映的信息包括焊丝、电弧、熔池、阴极雾化区、焊道边缘、金属堆积等部分。整个焊接熔池区呈火山口状,焊接电弧压缩在熔池底部产生强烈的反射,在图像中灰度值最高。焊接熔池受电弧照射也产生强烈反射,但由于反射光线与镜头光轴线有一定夹角,因此亮度与电弧区相比相对较弱,灰度值也较低但相比其它区域高很多。由于M IG焊过程中,阴极雾化作用强烈,因此在阴极雾化区也产生了强烈的反射,灰度值也较高。而由于焊丝熔化产生的金属堆积及焊道边缘,并没有受到电弧的直接照射,因此亮度和灰度值较低。母材产生的光线反射大部分被减光片和吸热片吸收,在CCD上的成像很弱,在熔池图像中表现的灰度值最低。
3 熔池图像的形态学处理
  对熔池图像进行处理的目的是检测熔池的边缘,进而获得熔池最大宽度、熔池半长和熔池后拖角等与焊接熔透、熔宽相关的信息,实现焊接过程传感。由于边缘的锐利程度由图像的灰度梯度决定,传统的边缘检测算法一般用差分对每一个像素计算出灰度梯度向量,求出它的绝对值,通过阈值操作获得边缘图像。传统熔池图像处理方法一般要经过滤波,图像增强,选用合适的边缘检测算子进行边缘检测等步骤,这种方法的主要缺点是结果对噪声很敏
感,图像经离散差分后对噪声比对原图像更敏感,虽然对图像做平滑后可改善结果,但是又会产生一个问题:会把一些靠在一起的边缘平滑掉,而且会影响对边缘的定位。图3 显示了经过滤波和图像增强后,利用各种常用边缘检测算子对铝合金M IG焊熔池图像进行边缘检测后的结果。从熔池边缘检测结果看大部分算子不能完全消除噪声的影响,沿熔池边缘存在很多细小的线段,并且在熔池边缘存在很多断点,不利于熔池特征信息的提取。相对而言,Canny算子的边缘检测结果较好,边缘光滑。但是所有算法的检测结果都不能去除阴极雾化区和焊丝的图像边缘,给下一步熔池特征信息的提取带来了很大干扰。针对传统图像处理方法的缺点,提出了采用形态学方法处理铝合金M IG焊熔池图像。
 

\


 

图3 不同边缘算子的熔池检测结果


  数学形态学图像处理是用具有一定形态的结构元素去量度和提取图像中的对应形状以达到对图像分析和识别的目的[ 8 ] 。由于形态学算子实质上是表达物体或形状的集合与结构元素之间的相互作用,结构元素的形态就决定了这种运算所提取的信号的形态信息,因此数学形态学对信号的处理具有直观上的简单性,在描述信号形态特征上具有独特的优势。形态学中的形态滤波器可借助于先验的几何特征信息,利用形态学算子有效地滤除噪声,又可保留图像中的原有信息,而且运算速度快,用于控制系统实时性好,因此文中提出了一种适用于提取铝合金脉冲M IG焊熔池边缘的形态学方法。
  数学形态学算子通常包括腐蚀、膨胀、形态开、形态闭等算子, 其数学表示如下:
设n维欧氏空间Rn 中集合A ,结构元素B ∈Rn或其子空间Rm的一个点集,两个矢量a 和b分别
是A 和B 的元素,形态和与形态差分别定义为如下点集
 

\

(1)
式中: Z是a和b的矢量和。Ab 是集合A 关于矢量b的变换。在此基础上,集合X 被集合B 膨胀可定义为集合X 与集合B s (集合B 关于原点对称的集合)的形态和:
 

\

(2)
而集合X 被集合B 腐蚀是集合X 与集合B s 的形态差
 

\

(3)
膨胀是扩展运算,而腐蚀是收缩运算。集合X 关于结构元素B 的形态开变换XB 和形态闭变换XB 分别定义为
 

\

(4)(5)
利用形态学方法进行图像处理,结构元素矩阵的选取很重要,它直接影响图像处理的结果和精度。由于铝合金M IG焊熔池形状近似为圆形,因此结构元素选取圆形比较合适。经过试验,结构元素矩阵采用半径为7个像素的圆可获得最理想的效果。应用形态学方法提取焊缝熔池边缘的基本过程为:阈值化处理、去噪、腐蚀、膨胀和边缘检测。阈值化处理利用阈值实现熔池图像和背景的分离,因此阈值的选取十分重要,根据对熔池图像的灰度等高线分析可知熔池图像的灰度在220以上,因此选取灰度阈值为220。
  通过形态开闭操作去除图像中的噪声。处理后的熔池图像中还包括阴极雾化区的图像,需要通过腐蚀操作去除,然后对图像进行膨胀操作以恢复腐蚀处理前熔池图像的尺寸,最后进行边缘检测获得熔池几何形状。整个处理过程如图4所示。由图4f的结果可知,采用形态学方法提取的熔池边缘图像完全消除了噪声和阴极雾化区的影响,并且边缘光滑连续。该试验系统完成整个处理过程所需时间大约30 ms,比基于Canny算子的计算速度( 55 ms)有较大程度的提高,完全可以满足实时控制过程。
 

\


图4  形态学处理结果
4 结  论
  (1) 利用文中设计的视觉采集系统,通过合理选择光学系统参数和恰当的焊接规范,获得了清晰的铝合金M IG焊熔池区图像。
  (2) 分析了铝合金脉冲M IG焊熔池区图像特征,通过传统微分算子对熔池图像的处理,发现用传统图像处理方法处理铝合金熔池图像有很多缺点,提出了铝合金M IG焊熔池图像的数学形态学方法。试验证明该方法算法简单,计算量小,计算速度快,对噪声敏感性低,可以有效去除图像中的阴极雾化区,得到的边缘信息光滑、连续,没有断点和噪声,其结果明显优于基于微分算子的边缘提取算法,在运算量较小的条件下实现了铝合金M IG焊熔池几何特征的准确提取,为进一步实现铝合金脉冲MIG焊过程智能控制奠定了基础。

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铜与不锈钢的焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:29 +0800 焊接铜与不锈钢时,若采用不锈钢焊条,则在焊缝金属内熔入大量的铜,易引起热裂纹。由冶金学可知,如含镍高,则熔入铜的允许量与含镍量成比例增加。例如奥032、奥222焊条含2%左右的铜,是可用的。当在不锈钢焊缝金属内熔化入20%的铜时,则由于铜在晶界析出,形成网状分布的热裂纹,降低了使用寿命。因此,焊接上述异种金属时,应习题避免采用不锈钢焊条,而尽量改用蒙乃尔焊条。
采用铜合金焊条时,由于焊缝中熔入了镍、铬、铁等元素,使焊缝金属变硬、变脆。在焊接区的不锈钢侧,由于铜渗入奥氏体晶界使接头变脆。因此要尽量避免采用铜合金焊条,或仅用于对机械强度要求不高的接头。采用在不锈钢上堆焊铜或铜合金作为过渡层的方法虽然可行,但仍在不同程度上出现上述现象。例如,用蒙乃尔合金、铝青铜、纯铜焊条时,裂纹较少;而采用磷青铜、黄铜和硅青铜时,则裂纹较多。
通常采用氩弧焊焊接铜和不锈钢。因为铜合金比18-8型不锈钢的导热系数几乎高9倍,焊接时必须给铜加入较多的热量。为此电极应向铜侧偏移一定距离,使缝区中钢侧不熔化,而铜合金的表面也无咬边现象。
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焊接铜与不锈铜,采用在液态和固态与铜和铁都无限互溶的蒙乃尔合金作为填充金属,焊缝成形良好、组织均匀,接头弯曲角可达180°,接头强度和塑性都令人满意。
图6-18a是典型的铜与钢的爆炸接头金相照片。接头区的化学成分通常和电子探针进行研究(图6-18 b、c)。从图的区段(含铜量约为30%),不定期有3~5微米大小的纯铜粒。在旋涡区中铜约占70%~85%,从图6-18 c中可以看到10~15微米的纯铁段,然后从100%下降到0的数量级,约占10微米的距离。这种现象的造成可从铁一铜状态图(图6-16)中看出,在平衡状态的结晶条件下,铜在铁中的溶解度不超过30%,而铁在铜中的溶解度只有0.3%。在液态铜与铁相互之间具有无限溶解度。上面的这种现象正好证明了在焊接条件下,除塑性流动外,局部区段(点)可能发生了熔化。因此,在混合区,曲线上出现的各种突变并不奇怪,因为不规则的局部熔化可能会造成任意比例的固溶体。
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65Mn钢激光焊接组织与硬度研究 Tue, 12 Nov 2019 18:18:29 +0800
摘要:研究了65Mn钢激光焊接后微观组织和硬度的变化,结果表明:焊接质量良好,焊缝区组织由中心到边缘依次生成细小等轴晶、枝状晶、胞状晶。热影响区组织主要是针状马氏体、贝氏体以及少量铁素体。焊接接头主要由细小的α—Fe及Fe3C、FeSi等相组成。焊缝区平均硬度为HV710,热影响区硬度最高值约为HV770,从热影响区到基材硬度明显下降。
  65Mn钢作为常用机器零件钢,广泛应用于机械、交通等部门。在做传统焊接时,由于65Mn的含碳量过高,有着难以克服的局限性,如热影响区大,热脆形性严重,而难以满足需求,与传统焊接方法相比,激光焊接具有深宽比大、焊缝窄、焊缝结合强度高、热影响区小、焊接变形小及对周围组织无影响等特点而得到广泛应用[1],目前,有关65Mn钢激光焊接的研究很少,本文对65Mn钢进行了CO2激光深熔焊的实验研究,重点分析了65Mn钢激光焊接后焊缝及热影响区的组织和硬度变化,为将来65Mn钢激光焊接的应用提供理论指导。
  1 实验材料及试验方法
  1.1 实验材料
  取退火状态下的65Mn钢棒料,其成分如表1所示。
  1.2 试验方法
表1 基材的化学成分(质量百分比%)
Si
Mn
Cr
0.62~0.70
0.20%
< 0.040
0.17~0.37
0.90~1.20
< 0.25
  试样采用钼丝线切割成厚度为1mm,半径为12.5mm半圆柱状,使用前用400金相砂纸打磨表面,再用丙酮清洗备用。激光焊接试验采用TJ—HL—T5000型5kW CO2激光器,,光斑尺寸为3mm,焦距320mm, 焊缝长度为25mm,采用Ar气作为保护气体。用GX51型奥林巴斯金相显微镜进行显微组织观察和拍照,用D/Max-2200型全自动X射线衍射仪进行物相分析,用HV-1000显微硬度计进行显微硬度测试,载荷砝码200g,加载时间20s。对25个焊接试样进行焊后观察,找出焊缝成形好,接头狭窄,变形小,焊接焊缝笔直、光滑、均匀连续的三个最好试样进行分析,工艺如表2。
表2 激光焊接工艺参数

 

试样编号
焊接功率(KW)
焊接速度(mm/s)
焦距(mm)
1
1.5
7
320
2
1.5
9
320
3
2.0
9
320
  2 实验结果分析

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图1为焊缝中心→近中心区→边缘区的组织分布,由图1(a)可以看出,焊缝中心主要为等轴晶分布,近中心区为胞状晶与树枝晶的混合组织。由图1(b)可知,在靠近热影响区的边缘区为少量的胞状晶。
  在进行激光焊接时,激光束与基材作用时间短,当光束移开后,熔池金属迅速冷却,然后快速凝固。在靠近熔池边缘,由于与母材接触,液态金属的结晶速度比熔池中心大,这样使焊缝金属生成胞状晶。在近中心区,由于温度梯度没有边缘区高,成份过冷度大,导致该区焊缝金属多数按树枝晶长大。而在焊缝中心区域,熔池金属温度梯度很小,熔池中未熔化的悬浮质点为非自发形核的现成凝固表面,这些晶粒不受其他散热条件的影响,可以自由生长,促使焊缝形成等轴晶[2-5]。
  2.2热影响区金相组织
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 图2为焊接热影响区组织,由图2(a)可见:焊接的热影响区粗晶区主要是由针状马氏体组成,这是由于在靠近熔合线附近,温度在1350 ºC,奥氏体晶粒明显长大,快速冷却后转变成了粗大的高碳针状马氏体。
  由图2(b)可见,相变重合区主要是由较为细小的针状马氏体组成,这是因为,在这个区域,焊接时的温度在950 ºC,奥氏体晶粒来不及长大,冷却速度没有熔合线附近快,冷却后转变成为细小的针状马氏体+铁素体+下贝氏体组织。
  在相变不完全重合区,由于峰值温度在800 ºC,而且Ac1以上时间短,只有部分组织奥氏体化,冷却后转变为细小针状马氏体+铁素体+上贝氏体+下贝氏体组织,如图2(c)所示。
2.3 ΧRD衍射分析
  图3为3号试样的XRD衍射图谱。由衍射结果可以看出,焊接接头相组成除了基体相α—Fe外,还有Fe3C、FeSi等相。由于α—Fe的硬度较低,而Fe3C和FeSi的硬度比较高,这些相的存在,可以保证焊接区有良好的强韧性配合。
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 三种焊接工艺的焊缝接头的硬度分布曲线从图4可以看出其硬度分布曲线的走向成三个明显的区域:一是中间突起的平台区域,这是焊缝区域,平均硬度为HV710,其硬度值要明显高于其他区域;二是从平台区域往两边各有一个斜率较大的坡度,说明硬度值在这个区域有一个明显的锐减,这部分是焊接热影响区,从上面的组织分析可以看出这部分还是有马氏体和贝氏体存在.所以硬度值还是比较高的;第三区又是一个硬度平台,这是基材组织,平均硬度为HV230左右。
  3 小结
  (1) 65Mn钢经激光焊接后,焊接区的组织发生了较大的变化,焊缝区组织依次为细小等轴晶→枝状晶→胞状晶。热影响区粗晶区为粗大的针状马氏体,相变重合区为细小针状马氏体+铁素体+下贝氏体,不完全相变重合区为针状马氏体+铁素体+上贝氏体+下贝氏体组织。
  (2)焊接接头的基体相为α—Fe,其上分布有结晶析出的Fe3C、FeSi等相。
  (3)焊接接头的硬度分布规律为:焊缝区域平均硬度最大,平均为HV710,在焊缝与热影响结合区达到最高值为HV770,从热影响区到基材硬度明显下降。
  参考文献
  [1] 刘其斌. 激光加工技术及其应用[M].北京:冶金工业出版社 2007.
  [2] 崔忠圻.金属学与热处理.北京:机械工业出版社 2000.
  [3] 张永康. 激光加工技术[M].北京:化学工业出版社 2004.
  [4] 王红英,李志军 AZ61镁合金激光焊接接头的组织与性能[J] 中国有色金属学报,2006,16(8):1388-1392.
  [5] 李亚江. 焊接组织性能与质量控制[M].北京:化学工业出版社 2004.
(来源:现代模具 作者 贵州大学蔡家关校区材料学院刘其斌 李宾 白丽锋

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高速、高效的激光焊接与切割 Tue, 12 Nov 2019 18:18:29 +0800 激光加工具有热影响很低、材料变形很小、加工速度快、无需接触和无需后处理等诸多优点,但是目前中国本土的汽车厂商,尤其是大量的零部件生产厂家对激光焊接、激光切割以及激光打孔等的应用并不够。 

对于飞速发展的中国汽车制造业而言,我们都多次在各类场合听到关于用激光加工的论题。在实际产业应用中,很多欧美汽车整车和零部件厂商早在十几年前就积极投入大量的研发力量,联合激光制造企业开发出很多激光加工的工艺和生产线,并在大规模生产中广泛地提高了生产效率和产品质量。但放眼看目前中国本土的汽车厂商,尤其是大量的零部件生产厂家,除了简单的激光打标外,其他方面的应用如激光焊接、激光切割以及激光打孔等的应用并不够。作为在这类应用加工领域处于领导地位的激光厂家,GSI在此愿意概括激光在汽车制造业应用的领域和特点,抛砖引玉,帮助大量的中国本土企业认识到激光这一特殊高端技术的优势,并竭诚为广大读者提供相应的技术支持。 

激光加工的特有优势 

1.热影响很低,相对与传统的焊接和切割方式而言,激光加工无需产生高温,从而最大限度地减少了对母材及涂层的材料破坏; 

2.材料变形很小,大量的材料变形都能控制在百分之几毫米的范围内; 

3.高速加工,对于较薄的不锈钢材料,焊接速度可达到10~20m/min,针对不同的材料及厚度会有响应的变化; 

4.加工处理后的材料表面会很干净、光洁。大部分的钢材、铝材及合金等材料在激光加工后,表面都不会出现明显的变形或破坏,最大程度地保持了原有材料的外观和特性; 

5.单边加工,无需接触,因为激光的工作原理为非接触式的光束聚焦,所以只需要单边在一定距离之外作用在材料上即可; 

6.无需后处理。 

激光焊接 

焊接可以细分为车身焊接和零备件焊接。对于车身而言,最普遍的是可以完成车顶到侧身及车门的车体焊接。通常是镀锌钢材的2层搭焊,有时也会有3层的焊接需求,长度可达2~3m。此外因为激光加工可以将不同厚度和等级的材料容易地焊接起来,这种优势可以减少很多额外的工序,大量节省成本和材料,所以在更多的与车身相关的焊接处理上,如挡板、面板、车门内层、座椅和摇杆等,都越来越多地出现了用激光来代替传统的焊接方式。在这些焊接中,所涉及的材料目前多为钢材(无镀层低碳钢或10~20mm镀锌钢)和铝合金(如5000系列铝镁合金、6000系列铝镁硅合金或7000系列铝锌合金)。需要注意的是,在镀锌钢的焊接过程中,因为钢的熔点(1 500℃)和锌的熔点(800℃)相差很多,实际操作中容易产生多余的孔隙,成为很多厂家的困惑,而GSI专业应用工程师经过多次的研究和实验已经解决了这个困难。而对于铝合金而言,因为铝的高反射性能,也会有很多厂家在应用中遇到多孔、断裂等问题,同样在这方面GSI也成功地通过添加填充物(特别是2000到6000系列的铝合金)、双光斑等技术克服了这些问题。 

在汽车零部件方面,激光焊接应用领域就更广泛了,常见的有:ABS系统组件、安全气囊组件、螺线管、电池和燃油喷嘴等,使用GSI具有超级调制功能的连续型激光器可以为这些产品的高性能焊接提供最适合的解决方案。超级调制可以瞬间成倍提高激光的输出功率而达到一般激光器无法实现的熔深和焊接效果。]]>
激光熔覆焊 Tue, 12 Nov 2019 18:18:30 +0800 1、激光熔覆技术及仿形修复技术
2、激光相变硬化(激光淬火)
3、激光表面合金化
激光熔覆技术及仿形修复技术
激光熔覆技术是利用大功率高能量激光束聚集能量极高的特点,瞬间将被加工件表面微熔,同时使零件表面预置或与激光束同步自动送置的合金粉末完全熔化。激光束扫描后快速凝固,获得与基冶金结合的致密覆层。可实现恢复几何尺寸和表面强化等功能。激光熔覆技术解决了传统电焊、氩弧焊等热加工过程中不可以避免的热变形、热疲劳损伤等一系列技术难题。同时也解决了传统电镀、喷涂等冷加工过程中覆层与基体结合强度差矛盾。
激光熔覆层具有以下性能特点:
* 激光熔覆层与基体为冶金结合,结合强度不低于原基材的80% ;
* 基体材料在激光熔覆过程中表面微熔,微熔层为0.05-0.1㎜,基体热影响区极小,一般为0.1-0.2㎜;
* 熔覆层及其界面组织致密,晶粒细小,无粗大的铸造组织,没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷;
* 激光加工过程中基体温度不超过120℃,激光加工后无热变形;
* 激光熔覆技术可控性好,易实现自动化控制;
* 激光熔覆层组织由底层、中间层及表面层组成。底层具有与基体浸润性好、结合强度高等特点;中间层具有一定强度、硬度,抗裂性好的优点;面层具有抗冲刷、耐磨损和耐腐蚀等性能。使强度化及修复后的部件在安全和使用性能上更加有保障。
激光相变硬化(激光淬火)
激光相变硬化指在钢材表面通地激光加热使之奥氏体化,在自冷却时形成硬的马氏体的过程。其工艺特点是简单易行,强化后零件表面光滑,变形小,硬化层具有高的硬度和耐磨性,不需要回火即可使用。处理后的表面层应力状态为压应力,表面层开裂倾向小,对于疲劳性能有好的影响。这种工艺特别适合形状复杂,需要局部淬火及体积大精加工后不易采用其它方法强化的零件。
激光表面合金化
激光表面合金化是利用高能密度的激光加热熔化特性,使苛材表民支和添加的合金元素熔化混合,从而形成以帮材料为基的新的表面合金层。该工艺过唾是在在0.1-10S内完成的,快速熔化非平衡过程可以使合金元素在凝固后的通缉中达到很高的过饱和度,从而形成变通合金化方法不易得到的化合物、介稳相和新相,在合金元素消耗很少的情况下获得具有特殊性能的表面合金。该技术可在廉价的普通材料靓在制备优异的耐磨、耐蚀、耐热功能层;可以提高不锈钢、铝合金、钛合金等材料的耐磨性能;亦可制备传统冶金方法无法得到的某些特种材料。
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激光焊接-可焊接厚度0.2mm,焊接深度可达3.5mm Tue, 12 Nov 2019 18:18:30 +0800
激光焊接技术
激光焊接过程属于热传导焊接。高功率激光器的工业应用开辟了激光焊接新领域,获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接,在机械、汽车、钢铁等领域获得广泛的应用。激光焊接具有以下优点:
l       激光能量密度大,焊接深度比在、材料变形小;
l       可焊接难深材料和异种材料;
l       可进行薄壁焊、精密焊;
l       激光焊接对焊缝有净化效应,焊缝接近或高于母体;
l       不需要填充材料,焊接表面质量优异。
方法
典型工件
性能
效益
激光强化
铸铁活塞熔覆
强化厚度2㎜,硬度HV520
磨损失效时间由原来的4000小时提高到8200小时,现仍然完好
齿圈局部淬火
强化深度0.5㎜,硬度HRC55
满足使用要求
压铸模具表面合金化
强化深度0.4㎜,硬度HV1000
使用寿命5000件提高18000件
风机主轴熔覆
强化深度1.3㎜,硬度HRC56
提高寿命2.7倍
激光修复
13吨大型曲轴
恢复尺寸3㎜,使用2000小时磨损 量小于0.02㎜
为客户节约资金30多万
风机叶片腐蚀坑
修复深度5㎜,耐蚀性能提高5倍
20修复件,为客户节约10资金多万元
黄铜旋转体配件
修复深度2㎜
为客户挽回20万损失
油压嘴齿接头内壁腐蚀
耐蚀性能明显提高
使用200小时,修复部位无腐蚀痕迹,明显优于其它部位
活塞杆修复
恢复尺寸
恢复该部件设计的1300小时寿命
冷焊修补
高功率柴油机机身
恢复高度0.2㎜,恢复面积500m㎡
为客户挽回20万损失
铝制支座
恢复高度0.3㎜
为客户挽回3万损失
大型旋压磨具
恢复尺寸1.24㎜,恢复面积800m㎡
延长2.5寿命倍,节约12资金万元
微弧氧化
大面积薄壁铝合金壳体
处理面积4㎡,膜层厚度210μm,耐氯离子腐蚀性能提高2倍以上
实现了大面积处理,保证了产品质量稳定性,显著提高生产效率
大马力离合器靴座
处理面积2㎡,膜层厚度267μm
部件性能达到了国际领先水平
激光焊接
电磁封闭壳体
焊接深度0.2㎜
漏磁率大幅降低
柴油机喷油嘴
焊接深度3.5㎜
成品合格率96%

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解析激光钎焊质量的影响因素及缺陷成因 Tue, 12 Nov 2019 18:18:30 +0800 解析激光钎焊质量的影响因素及缺陷成因
激光钎焊技术在上海大众汽车有限公司已经应用了8年,同时,该技术质量缺陷的形成原因及其影响因素一直被众多技术人员所关注。为了在使用激光钎焊时满足质量方面的要求,需要对加工过程进行调整的每个环节都十分仔细地进行操作。
上海大众汽车有限公司在1998年Passat-B5项目首次从德国引进了激光
焊接技术,继而该技术又在2001年POLO紧凑型轿车项目以及2004年Touran-MPV轿车项目中得到广泛使用。激光钎焊作为激光焊接技术的一种在这三种车型中也都得到了应用,从Passat-B5的后盖到POLO的车顶,再到Touran-MPV的全车身覆盖,激光钎焊的长度在不断的增加。然而,在上海大众的实际使用中,激光钎焊质量缺陷的形成原因及其影响因素一直被众多技术人员所关注。下面结合这些年来众多激光钎焊技术实际使用者的经验,对激光钎焊质量的影响因素及其缺陷形成原因进行一次全面的剖析。
激光钎焊质量的影响因素
要实现“用激光来进行焊接”的加工过程,需要有许许多多的参数一起发挥作用。与其它加工方法相比,激光钎焊中的每个有影响参数的公差范围都非常小。要求如此苛刻,不仅是由激光钎焊本身的加工要求,如需要热影响区小和钎焊速度快等决定的,还因为所要进行的是一种复杂的三维焊缝加工以及有着较高的表面质量要求。
从图1中我们发现一些最重要的有影响的参数,其中有激光设备特有的参数:激光功率、聚焦位置、焦点大小、加工速度;钎焊丝特有的参数:钎焊丝进给速度、钎焊丝预热电流、冲角大小、焊丝预应力;几何参数:焊接板材间隙、要求的焊缝截面、表面质量;其它影响:焊接板材
材料,保护气,机器人的引导精度。
图1  激光钎焊的焊接过程图
1. 焊接板材材料的影响
聚焦在工件上的激光能量只有很小的一部分被焊接板材材料所吸收,大部分被反射掉了。激光波长与不同板材材料的吸收率之间的关系如图2(所给出的图线是在室温下得到的)。固体激光器产生的激光波的吸收率对于钢铁材料大约为35%,对于铜材料为4%。这就解释了为什么必须对钢铁材料要用电流进行预热。随着温度的升高,吸收率也随之上升。
图2  室温下材料对不同波长激光的吸收率
2. 冲角
在焊丝与部件的过渡处形成了一个由电流回路通过的电阻,加热焊丝的热量就是由这个电阻产生的。在焊丝被激光烧熔前必须要与部件相接触,所以焊丝在运动到激光焦点前就已经碰上加工件了。在这个位置上激光的能量还不足以把焊丝熔化掉,然后焊丝被顺着钎焊缝输送到焦点处,在那里被熔化掉。由此可以保证焊丝与焦点中心一直保持接触。为了让焊丝被压弯,必须要让所有的焊缝位置保持一个大的冲角,大于40°的冲角已被证实是可靠的。
3. 钎焊丝预热电流
如果在激光钎焊加工过程中出现飞溅物的现象,那就说明加热电流已经到了最高上限,焊丝熔化得太早。如果焊缝的质量比较差,那就说明加热电流在下限范围里,也就是说焊缝表面越来越粗糙。原则上应该在加工过程中尽可能使用大电流。
4. 聚焦焦点
激光能量必须通过聚焦集中到加工点上,由此一部分激光能量被钎焊丝吸收了,一部分被加工件吸收了。实践经验表明,焦点中大约50%的能量被用于加热周边区域。此外,还要考虑最大的加工间隙尺寸,当焦点的直径太小时,焊缝呈微红色,表面十分不均匀,有强烈的飞溅倾向,并且在加工件背面看不到焊缝的起头痕迹。太多的激光能量被集中在了焊丝上,因此使焊料变得过热。而同时加工件的侧边却没有得到足够的加热,这样焊料就不容易流到加工件的缝隙中去。
5. 焊接速度
除以上因素以外,激光钎焊加工过程还受到焊接镜组的移动速度以及焊丝进给速度的影响。所以必须的焊料量由所要求的焊缝面积与待加工件的焊缝长度来决定,焊料单位时间的供给量由焊丝的进给速度与焊丝的截面积来确定。这些参数值必须与焊接镜组的移动速度协调一致,这样才能保证必要的焊料量。在实际使用中,例如POLO车顶钎焊,相对焊接镜组的移动速度来说,焊丝进给速度取得高一点更符合我们的要求。因为这样就会产生少量的焊料过剩,减小了由于焊丝速度不均匀而造成毛孔的危险,而且也保证了必须要达到的焊缝截面积。
由于激光钎焊的激光能量是受限制的,所以焊接镜组的移动速度也同样受限制。在速度较高的情况下,相对理论轨迹的机器人运行偏差也会因此而变大;运行的速度越快,加工过程对外界干扰的敏感度也就越大。
6. 其他
由于与焊丝的直径和接缝的宽度相比,钎焊焦点相对较小,所以设备中每一个元件的精度都关系重大。具体来说,其中包括夹紧机构的重复精度、机器人的引导精度、机器人上部件安装点的精度以及各部件的公差大小,这些都应该在考虑的范畴之内。

激光钎焊缺陷类型及形成原因
由于激光钎焊加工过程的复杂性以及众多的影响因素,当出现加工质量下降现象时,大多数情况下无法用一个原因来解释,但加工轨迹的开始和结尾段通常被认为是最为关键的部分。为了在使用激光钎焊时满足质量方面的要求,必须对加工过程进行调整的每个环节都十分仔细地进行操作。
1. 按焊接缺陷区域大小分类
在实际生产中,缺陷影响区域大小可以分成不同种类:
(1)持续性缺陷:它存在于整个激光钎焊加工过程中。对此,并不是说整段的焊缝都有缺陷,而是缺陷以不为人知的规律重复出现在焊缝中。
(2)局部缺陷:局部缺陷重复出现在同一个焊缝位置,它的影响范围有限。
(3)易发生问题的区域:焊缝的某些区域,如焊缝开头和焊缝结尾同样还有板材上的斜面区域,都是特别容易出现问题的区域。
2. 按缺陷表面特征分类
(1)微小气孔:当气孔的直径小于0.2mm时,就是微小气孔。
(2)气孔:正常气孔(比微小气孔大)的直径最大不超过1.0mm。
(3)空洞/焊缝中断:如果气孔的直径大于1.0mm,就被称为空洞。
(4)熔焊型焊缝:在焊缝中没有焊料,焊缝的样子就像是激光熔焊焊缝。
(5)低劣的焊料连接:钎焊丝未在加工件的侧面连接起来。在焊缝连接的位置处,焊缝看起来“散成一缕缕地”。
(6)焊料的单面连接:焊料只与一个侧面连接了起来。
(7)香肠现象:加工件没有连接起来,在焊缝处焊料笔直地伸展堆积。
(8)焊缝不规则:焊缝塌陷或凸起。
(9)鳞状堆积:焊缝表面不光滑,显得很粗糙。
(10)焊缝开头/焊缝结尾:在加工件的边缘会出现焊缝填充不足或过剩的现象,或者是在轨迹上发现有未熔化的焊丝残余。
3. 质量缺陷造成的原因
(1)错误的工作距离:TCP(工具坐标点)错了或是程序编制有错误。
(2)焦点侧面的位置错了:或者是TCP垂直于光束轴方向的位置错了,或者是程序编制有错误。
(3)钎焊丝校准:焊丝没有穿过焦点中心。
(4)钎焊丝温度:焊丝预热温度错误。
(5)钎焊丝的材料:钎焊丝材料的合金成分改变了。
(6)激光功率:弄脏了的保护玻璃或激光器中老化的弧光灯都会降低激光的功率。
(7)漏气:保护气体流量减少或管路内漏气。
(8)间隙尺寸:部件之间的间隙尺寸在变化。
(9)钎焊丝进给速度:焊丝进给的速度不恒定或者是与焊接镜组的移动速度不相符。
(10)机器人的速度:由程序所给定的进给速度是错误的或者是机器人速度出现波动。
(11)时间的控制:可能是计算时间的问题,激光器和焊丝进给机构的开关点可能与加工过程不相符。
4. 焊接缺陷及形成原因对应表(如表)
表  焊接缺陷成因对照表
在查找焊接质量缺陷原因时,该览表可作为辅助工具,供相关技术人员查阅。
 
激光钎焊技术已在上海大众汽车有限公司使用了8个年头,我们希望通过本文对激光钎焊的质量缺陷情况进行一个汇总,为今后不断提高质量,改善工艺水平打好扎实的基础,也希望对其他正在使用或将要使用激光钎焊技术的同行提供一个参考的依据.
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激光切割加工中CAPP系统的设计与研究 Tue, 12 Nov 2019 18:18:30 +0800 激光切割加工中CAPP系统的设计与研究
杨杰荣辉刘银
前言
激光加工技术是目前发展迅速的新兴科学技术,在国内已逐渐进入到工业制造的各个领域,尤其在汽车行业,激光
焊接/切割、激光热处理、激光打标等技术能大幅度提高生产的质量和效率,国内汽车行业现在正加速发展,为激光技术应用提供了广阔的市场。激光切割技术是用激光巨大的能量直接聚焦到切割零件表面,产生足以使被切割材料溶化甚至汽化的温度,再辅以喷射气体吹化,从而达到分离材料的目的。与传统的板材加工方法相比,激光切割具有以下优势:切割质量高,切割切口狭窄(0.1~1.0),无毛口,变形小;切割效率高,切割为非接触加工,切割紧密排列,可节省20%~30%的材料,并且一次成形;切割速度快,用2kW的CO2激光切割机切割2mm厚的低碳钢板,其速度可达10m/min;柔性高,可切割任意形状、尺寸的板材,尤其适合多品种、小批量的板材切割;范围广,可以切割众多的金属和非金属,目前还应用于三维曲面加工。
   激光加工业在国外已具有相当规模,其中切割加工占整个产业的60%,成为标准的加工工艺,在国内已有几家切割机生产厂家生产各种切割机,由于切割机在国内还处在起步阶段,所以有关激光切割的工艺数据和各种资料越来越多,但如何有效利用和
管理这些工艺数据和参数是目前国内激光加工领域的一个应用课题。本文以企业生产激光切割机为基础,提出建立激光加工工艺数据库系统,以建立完善的激光切割加工的CAPP系统,并为以后建立智能激光加工CAPP系统打基础。
1 系统总体设计
   通过对切割机的工艺系统设计研究,系统采用模块化设计,分为主模块、系统管理模块、标准工艺模块、标准工艺库管理模块、工艺编制模块、工艺管理模块。结构如图1。系统采用VC++6 0开发平台,用MSSQLserver2000作为数据库管理系统。系统根据工艺设计需要,信息内容分为系统管理信息、工艺管理信息,分别建立系统数据库、标准工艺库、工艺数据库等,实际使用时用户可以根据需要通过相应模块对数据库进行修改和更新,系统是开放式的,未来可以根据需要增加智能选择模块。人机交换界面都按照Windows风格设计,符合设计人员习惯。
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2 系统的实现
2.1 主模块设计
主模块主要显示系统的主操作面,采用VC++6 0提供的多重文档界面,提供了工具条和菜单等,可以同时显示多个窗体,用户进入后可以方便进入各个子模块,可以选择多任务,打开多个窗口同时操作。
2.2 系统管理模块
该模块下有用户权限管理、数据库管理和信息通讯接口3个模块。
(1)用户权限管理。为确保企业工艺数据的安全性,一般对用户的权限进行划分,系统设置了系统管理员、项目主管、普通用户三个等级,系统管理员享有最高权限,可以增减用户、赋予和修改用户权限对所有的数据和功能进行操作,项目主管可以对部分数据库功能进行操作,而普通用户只能浏览获得数据。
(2)数据库管理。为维护管理数据库系统,可以对数据库进行添加、删除和修改,完成数据的导入和导出,定时备份数据库。
(3)信息通讯接口。该模块是系统与其他应用程序的数据接口,可以通过专用接口,把由Word、Excel表格中内容读到数据库中,也可以提取CAD相关信息为制定工艺提取原始的资料。
2.3 标准工艺库管理模块
标准工艺库模块提供了实现激光加工所使用的一些基本参数。可以进行标准工艺参数的录入,系统管理员和项目主管可以进行参数的修改和删除。随着数据库内容不断填充,系统数据库中工艺切割参数会大量增加,数据库容量的加大,为今后成为国内激光切割加工提供标准工艺。
(1)激光切割方式。有激光溶化切割、激光火焰切割、激光汽化切割,根据切割机理的不同分别应用不同材料。例如火焰切割速度比溶化切割快,但切割面切口由于温度影响比溶化切割差,适用于大批量、切割面要求不太高的结构钢。
(2)加工工艺参数。这一部分是加工的重点参数,它包括材料参数、激光参数、加工气体参数和轴运动参数,它是整个工艺库中的核心数据。这部分数据一方面来源于切割机设备本身的组成要求,另外就是要进行大量的工艺参数试验来获得数据。在重要的材料参数中,数据库建立了包括金属板材和非金属板材的切割工艺参数表。材料的工艺参数设置在如图2所示的界面进行。激光切割机数据图示,所选的是2mm碳钢,根据材料参数选择激光参数、加工气体参数、轴运动参数。
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(3)
常用加工方法。对于常见的加工提供标准的激光加工方法,例如穿孔、碳钢的起切和结束切、拐角的加工等。数据库都提供加工所采用激光模式、切割方法、切割参数。
(4)工艺参数检测。这一部分专门针对加工结果不理想时,工艺数据库提供相关的问题可能性,操作者可以输入相关问题,查询出现问题的原因。该功能可以扩展成为智能服务系统。
2.4 工艺编制模块
 该模块主要是工艺的编制、修改和删除。模块提供的激光加工工艺编制卡是一种模板方式,编制时调用模板,然后填写相关工艺内容,也可从数据库中调用相关数据进行填写,这样形成了标准工艺。系统管理员可以利用工艺修改功能提出工艺卡,修改工艺卡中内容并保存。也可删除已建立的工艺卡。用户可以用标准工艺做蓝本,然后修改达到自己所需要的工艺,保存后就生成一个新工艺。
2.5 工艺管理模块
   工艺编制完以后,通常要进行一系列的审核和审批手续。模块提供了工艺审核功能,按照公司的加工工艺审核规程,由系统管理员对编制好的工艺完成审核和审批功能,同时将编制好的工艺输入到系统工艺数据库中。模块还提供工艺查询、统计汇总和输出功能。用户可以查询已经编制好的工艺卡,通过选择可以得到不同统计信息,输出功能可以得到编制的工艺卡等。
3 总结
   设计的数据库系统是一个以激光切割加工为条件的CAPP系统,能够为激光加工提供完整的切割加工特性和数据,并为今后大规模采用激光技术时提供成熟的激光加工工艺参数,同时为智能化CAPP提供原始工艺基础。
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高速、高效的激光焊接与切割 Tue, 12 Nov 2019 18:18:30 +0800
激光加工具有热影响很低、材料变形很小、加工速度快、无需接触和无需后处理等诸多优点,但是目前中国本土的汽车厂商,尤其是大量的零部件生产厂家对激光焊接、激光切割以及激光打孔等的应用并不够。 
对于飞速发展的中国汽车制造业而言,我们都多次在各类场合听到关于用激光加工的论题。在实际产业应用中,很多欧美汽车整车和零部件厂商早在十几年前就积极投入大量的研发力量,联合激光制造企业开发出很多激光加工的工艺和生产线,并在大规模生产中广泛地提高了生产效率和产品质量。但放眼看目前中国本土的汽车厂商,尤其是大量的零部件生产厂家,除了简单的激光打标外,其他方面的应用如激光焊接、激光切割以及激光打孔等的应用并不够。作为在这类应用加工领域处于领导地位的激光厂家,GSI在此愿意概括激光在汽车制造业应用的领域和特点,抛砖引玉,帮助大量的中国本土企业认识到激光这一特殊高端技术的优势,并竭诚为广大读者提供相应的技术支持。 
激光加工的特有优势 
1.热影响很低,相对与传统的焊接和切割方式而言,激光加工无需产生高温,从而最大限度地减少了对母材及涂层的材料破坏; 
2.材料变形很小,大量的材料变形都能控制在百分之几毫米的范围内; 
3.高速加工,对于较薄的不锈钢材料,焊接速度可达到10~20m/min,针对不同的材料及厚度会有响应的变化; 
4.加工处理后的材料表面会很干净、光洁。大部分的钢材、铝材及合金等材料在激光加工后,表面都不会出现明显的变形或破坏,最大程度地保持了原有材料的外观和特性; 
5.单边加工,无需接触,因为激光的工作原理为非接触式的光束聚焦,所以只需要单边在一定距离之外作用在材料上即可; 
6.无需后处理。 
激光焊接 
焊接可以细分为车身焊接和零备件焊接。对于车身而言,最普遍的是可以完成车顶到侧身及车门的车体焊接。通常是镀锌钢材的2层搭焊,有时也会有3层的焊接需求,长度可达2~3m。此外因为激光加工可以将不同厚度和等级的材料容易地焊接起来,这种优势可以减少很多额外的工序,大量节省成本和材料,所以在更多的与车身相关的焊接处理上,如挡板、面板、车门内层、座椅和摇杆等,都越来越多地出现了用激光来代替传统的焊接方式。在这些焊接中,所涉及的材料目前多为钢材(无镀层低碳钢或10~20mm镀锌钢)和铝合金(如5000系列铝镁合金、6000系列铝镁硅合金或7000系列铝锌合金)。需要注意的是,在镀锌钢的焊接过程中,因为钢的熔点(1 500℃)和锌的熔点(800℃)相差很多,实际操作中容易产生多余的孔隙,成为很多厂家的困惑,而GSI专业应用工程师经过多次的研究和实验已经解决了这个困难。而对于铝合金而言,因为铝的高反射性能,也会有很多厂家在应用中遇到多孔、断裂等问题,同样在这方面GSI也成功地通过添加填充物(特别是2000到6000系列的铝合金)、双光斑等技术克服了这些问题。 
在汽车零部件方面,激光焊接应用领域就更广泛了,常见的有:ABS系统组件、安全气囊组件、螺线管、电池和燃油喷嘴等,使用GSI具有超级调制功能的连续型激光器可以为这些产品的高性能焊接提供最适合的解决方案。超级调制可以瞬间成倍提高激光的输出功率而达到一般激光器无法实现的熔深和焊接效果。

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激光传感器焊接技术的介绍与发展 Tue, 12 Nov 2019 18:18:30 +0800 一、传感器
   根据国家标准GB7665-87,传感器定义为:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件装置。传感器作为检测工具,要求检测研究对象的物理或化学的信息,其工作过程要求稳定、可靠、精度高,所以对传感器有以下几个要求:
(1)适应恶劣环境能力强——传感器一般工作环境十分广,从极寒至酷热地区,许多在露天环境下工作,能抗飞沙走石、灰尘,还应耐潮湿,较高的抗盐类腐蚀、酸性腐蚀的能力,有抗污染气体干扰的能力,能适应在高温、极寒、强烈振动、冲击以及在其他条件下正常工作的能力,还应抗噪声能力强,信噪比高。
(2)价格适中,适于大批量生产——要求传感器一致性好,适宜自动化批量生产,对加工设备有较高要求,以便排除人工操作带来的不一致性和失误。
(3)稳定性和可靠性高——传感器是一种高精度检测仪器,在军事、航空、航天中应用都有严格要求,产品都须经过严格测试才能应用。所以传感器生产是一种高新技术的具体运用和体现。一种传感器是否有较高的技术附加值体现在所包含的技术含量和加工工艺的技术是否高新。有部分传感器由于其应用环境的状况需金属封装,一般采用焊接密封,如压力传感器、力传感器、霍尔传感器、光电传感器、温度传感器等,这类传感器内部有敏感元件和集成电路,充惰性气体或抽真空与外界隔绝,有耐压、气密性要求,另有焊接强度要求和漏气率要求,对焊接质量要求高,而且焊接过程中要求变形小,不能对内部元件和微电路有损坏。目前传感器密封焊接有电阻焊、钨极氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊和激光焊。
二、激光焊接
1、激光焊接原理——激光是辐射的受激发射光放大的简称,由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性,自诞生以来,其在工业加工中的应用十分广泛,成为未来制造系统共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束,激光束经过光学系统聚焦后,其激光焦点的功率密度为104~107W/cm2,加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化,熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工。
2、激光焊接的一般特点——激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺,它与电子束等离子束和一般机械加工相比较,具有许多优点:(1)激光束的激光焦点光斑小,功率密度高,能焊接一些高熔点、高强度的合金材料;(2)激光焊接是无接触加工,没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调,移动速度可调,可以多种焊接加工;(3)激光焊接自动化程度高,可以用计算机进行控制,焊接速度快,功效高,可方便的进行任何复杂形状的焊接;(4)激光焊接热影响区小,材料变形小,无需后续工序处理;(5)激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件;(6)激光束易于导向、聚焦,实现各方向变换;(7)激光焊接与电子束加工相比较,不需要严格的真空设备系统,操作方便;(8)激光焊接生产效率高,加工质量稳定可靠,经济效益和社会效益好。
3、激光焊接在传感器生产中的工艺特点——激光用来封焊传感器金属外壳是目前一种最先进的加工工艺方法,主要基于激光焊接有以下特点:(1)高的深宽比。焊缝深而窄,焊缝光亮美观;(2)最小热输入。由于功率密度高,熔化过程极快,输入工件热量很低,焊接速度快,热变形小,热影响区小;(3)高致密性。焊缝生成过程中,熔池不断搅拌,气体易出,导致生成无气孔熔透焊缝。焊后高的冷却速度又易使焊缝组织微细化,焊缝强度、韧性和综合性能高;(4)强固焊缝。高温热源和对非金属组份的充分吸收产生纯化作用,降低了杂质含量,改变夹杂尺寸和其在熔池中的分布,焊接过程中无需电极或填充焊丝,熔化区受污染小,使焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母体金属;(5)精确控制。因为聚焦光斑很小,焊缝可以高精度定位,光束容易传输与控制,不需要经常更换焊炬、喷咀,显著减少停机辅助时间,生产效率高,光无惯性,还可以在高速下急停和重新启始。用自控光束移动技术则可焊复杂构件;(6)非接触、大气环境焊接过程。因为能量来自激光,工件无物理接触,因此没有力施加于工件。另磁和空气对激光都无影响;(7)由于平均热输入低,加工精度高,可减少再加工费用,另外,激光焊接运转费用较低,从而可降低工件成本;(8)容易实现自动化,对光束强度与精细定位能进行有效控制。
三、激光焊接与现有焊接方法的比较
    目前传感器密封焊接采用的方法有:电阻焊、氩弧焊、电了束焊、等离子焊等。
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。
四、激光焊接在传感器生产的应用前景
激光焊接技术是一种高新技术,由于其独有的特点,特别适合在传感器密封焊中使用,目前国外许多生产传感器的厂家均利用激光焊接工艺生产传感器,而国内采用此工艺的厂家不多,主要是一些生产军用传感器产品的厂家和部分科研机构在采用此种工艺,且采用国外激光焊接机的较多。目前国内激光焊接机在性能上已和国外产品相差不远,完全可以胜任国内生产传感器的工艺要求,但价格是国外同类产品的1/3-1/5。为提高国内传感器整体水平以及发展民族激光产业,我国的传感器生产厂家应尽快采用国产激光焊接机来生产加工传感器,以增加产品竞争力,开拓国际市场。]]>
自动钨极氩弧焊接铝合金油箱过程 Tue, 12 Nov 2019 18:18:30 +0800 您的浏览器不支持 video 标签。]]> 什么是激光焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:30 +0800 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一,又常称为激光焊机、镭射焊机,按其工作方式常可分为激光模具烧焊机(手动焊接机)、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机,光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热,激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散,将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。
 
一、激光焊接的主要特性。
20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其独特的优点,已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。
高功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接,在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。
与其它焊接技术相比,激光焊接的主要优点是:
1、速度快、深度大、变形小。
2、能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。
3、可焊接难熔材料如钛、石英等,并能对异性材料施焊,效果良好。
4、激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接时,深宽比可达5:1,最高可达10:1。
5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。
6、可焊接难以接近的部位,施行非接触远距离焊接,具有很大的灵活性。尤其是近几年来,在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术,使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。
7、激光束易实现光束按时间与空间分光,能进行多光束同时加工及多工位加工,为更精密的焊接提供了条件。
但是,激光焊接也存在着一定的局限性:
1、要求焊件装配精度高,且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小,焊缝窄,为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求,很容易造成焊接缺憾。
2、激光器及其相关系统的成本较高,一次性投资较大。
 
二、激光焊接热传导。
激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面,通过激光与金属的相互作用,使金属熔化形成焊接。在激光与金属的相互作用过程中,金属熔化仅为其中一种物理现象。有时光能并非主要转化为金属熔化,而以其它形式表现出来,如汽化、等离子体形成等。然而,要实现良好的熔融焊接,必须使金属熔化成
为能量转换的主要形式。为此,必须了解激光与金属相互作用中所产生的各种物理现象以及这些物理现象与激光参数的关系,从而通过控制激光参数,使激光能量绝大部分转化为金属熔化的能量,达到焊接的目的。
 
三、激光焊接的工艺参数。
1、功率密度。
功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此,在传导型激光焊接中,功率密度在范围在104~106W/CM2。
2、激光脉冲波形。
激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题,尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面,金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。
3、激光脉冲宽度。
脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数,也是决定加工设备造价及体积的关键参数。
4、离焦量对焊接质量的影响。
激光焊接通常需要一定的离做文章一,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。
离焦方式有两种:正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。按几何光学理论,当正负离做文章一相等时,所对应平面上功率密度近似相同,但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验表明,激光加热50~200us材料开始熔化,形成液相金属并出现问分汽化,形成市压蒸汽,并以极高的速度喷射,发出耀眼的白光。与此同时,高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘,在熔池中心形成凹陷。当负离焦时,材料内部功率密度比表面还高,易形成更强的熔化、汽化,使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中,当要求熔深较大时,采用负离焦;焊接薄材料时,宜用正离焦。
 
四、激光焊接工艺方法。
1、片与片间的焊接。
包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。
2、丝与丝的焊接。
包括丝与丝对焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4种工艺方法。
3、金属丝与块状元件的焊接。
采用激光焊接可以成功的实现金属丝与块状元件的连接,块状元件的尺寸可以任意。在焊接中应注意丝状元件的几何尺寸。
4、不同金属的焊接。
焊接不同类型的金属要解决可焊性与可焊参数范围。不同材料之间的激光焊接只有某些特定的材料组合才有可能。
五、激光钎焊。
有些元件的连接不宜采用激光熔焊,但可利用激光作为热源,施行软钎焊与硬钎焊,同样具有激光熔焊的优点。采用钎焊的方式有多种,其中,激光软钎焊主要用于印刷电路板的焊接,尤其实用于片状元件组装技术。采用激光软钎焊与其它方式相比有以下优点:
1、由于是局部加热,元件不易产生热损伤,热影响区小,因此可在热敏元件附近施行软钎焊。
2、用非接触加热,熔化带宽,不需要任何辅助工具,可在双面印刷电路板上双面元件装备后加工。
3、重复操作稳定性好。焊剂对焊接工具污染小,且激光照射时间和输出功率易于控制,激光钎焊成品率高。
4、激光束易于实现分光,可用半透镜、反射镜、棱镜、扫描镜等光学元件进行时间与空间分割,能实现多点同时对称焊。
5、激光钎焊多用波长1.06um的激光作为热源,可用光纤传输,因此可在常规方式不易焊接的部位进行加工,灵活性好。
6、聚焦性好,易于实现多工位装置的自动化。
 
六、激光深熔焊。
1、冶金过程及工艺理论。
激光深熔焊冶金物理过程与电子束焊极为相似,即能量转换机制是通过“小孔”结构来完成的。在足够高的功率密度光束照射下,材料产生蒸发形成小孔。这个充满蒸汽的小孔犹如一个黑体,几乎全部吸收入射光线的能量,孔腔内平衡温度达25000度左右。热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包围着熔融金属,液态金属四周即围着固体材料。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔,小孔外材料在连续流动,随着光束移动,小孔始终处于流动的稳定态。就是说,小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动,熔融金属填充着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。
2、影响因素。
对激光深熔焊产生影响的因素包括:激光功率,激光束直径,材料吸收率,焊接速度,保护气体,透镜焦长,焦点位置,激光束位置,焊接起始和终止点的激光功率渐升、渐降控制。
3、激光深熔焊的特征及优点。
特征:(1)高的深宽比。因为熔融金属围着圆柱形高温蒸汽腔体形成并延伸向工件,焊缝就变得深而窄。(2)最小热输入。因为源腔温度很高,熔化过程发生得极快,输入工件热量极低,热变形和热影响区很小。(3)高致密性。因为充满高温蒸汽的小孔有利于熔接熔池搅拌和气体逸出,导致生成无气孔熔透焊接。焊后高的冷却速度又易使焊缝组织微细化。(4)强固焊缝。(5)精确控制。(6)非接触,大气焊接过程。
优点:(1)由于聚焦激光束比常规方法具有高得多的功率密度,导致焊接速度快,热影响区和变形都较小,还可以焊接钛、石英等难焊材料。(2)因为光束容易传输和控制,又不需要经常更换焊炬、喷嘴,显著减少停机辅助时间,所以有荷系数和生产效率都高。(3)由于纯化作用和高的冷却速度,焊缝强,综合性能高。(4)由于平衡热输入低,加工精度高,可减少再加工费用。另外,激光焊接的动转费用也比较低,可以降低生产成本。(5)容易实现自动化,对光束强度与精细定位能进行有效的控制。
4、激光深熔焊设备。
激光深熔焊通常选用连续波CO2激光器,这类激光器能维持足够高的输出功率,产生“小孔”效应,熔透整个工件截面,形成强韧的焊接接头。
就激光器本身而言,它只是一个能产生可作为热源、方向性好的平行光束的装置。如果把它导向和有效处理后射向工件,其输入功率就具有强的相容性,使之能更好的适应自动化过程。
为了有效实施焊接,激光器和其他一些必要的光学、机械以及控制部件一起共同组成一个大的焊接系统。这个系统包括激光器、光束传输组件、工件的装卸和移动装置,还有控制装置。这个系统可以是仅由操作者简单地手工搬运和固定工件,也可以是包括工件能自动的装、卸、固定、焊接、检验。这个系统的设计和实施的总要求是可获得满意的焊接质量和高的生产效率。
七、钢铁材料的激光焊接。
1、碳钢及普通合金钢的激光焊接。
总的说,碳钢激光焊接效果良好,其焊接质量取决于杂质含量。就象其它焊接工艺一样,硫和磷是产生焊接裂纹的敏感因素。
为了获得满意的焊接质量,碳含量超过0.25%时需要预热。当不同含碳量的钢相互焊接时,焊炬可稍偏向低碳材料一边,以确保接头质量。
低碳沸腾钢由于硫、磷的含量高,并不适合激光焊接。低碳镇静钢由于低的杂质含量,焊接效果就很好。
中、高碳钢和普通合金钢都可以进行良好的激光焊接,但需要预热和焊后处理,以消除应力,避免裂纹形成。
2、不锈钢的激光焊接。
一般的情况下,不锈钢激光焊接比常规焊接更易于获得优质接头。由于高的焊接速度热影响区很小,敏化不成为重要问题。与碳钢相比,不锈钢低的热导系数更易于获得深熔窄焊缝。
3、不同金属之间的激光焊接。
激光焊接极高的冷却速度和很小的热影响区,为许多不同金属焊接融化后有不同结构的材料相容创造了有利条件。现已证明以下金属可以顺利进行激光深熔焊接:不锈钢~低碳钢,416不锈钢~310不锈钢,347不锈钢~HASTALLY镍合金,镍电极~冷锻钢,不同镍含量的双金属带。
激光焊接技术原理:激光焊接是把能量密度很高的激光束照射到工件上,使工件受热熔化,然后冷却得到焊缝。
激光焊接技术特点:激光焊接具有溶池净化效应,能纯净焊缝金属,适用于相同或不同材质、厚度的金属间的焊接,对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。激光束可以被聚得很细,光斑能量密度很高,几乎可以气化所有的材料,有广泛的适用性;激光功率可控,易于实现自动化;激光束功率密度很高,焊缝熔深大,速度快,效率高;激光焊缝窄,热影响区很小,工件变形很小,可实现精密焊接;激光焊缝组织均匀,晶粒很小,气孔少,夹杂缺陷少,在机械性能、抗蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。
激光-电弧复合是激光焊接的主要手段,通过激光与电弧的相互影响,产生良好的复合效应。深熔焊接时,激光产生的等离子体有利于电弧的稳定;可提高加工效率;可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性;可增加焊接的稳定性和可靠性。
激光焊接技术应用:铝质车身数量的增长,将加速激光焊接在汽车制造中的应用。奥迪公司A2型轿车全铝车身采用激光焊接的部件,其焊缝总长达30m。铝材料使用激光焊的主要优点是:焊接速度快。与传统的车身点焊技术相比,经激光焊接的部位,其强度和刚性更好。此外,激光焊可省掉焊接凸缘,这无疑可减少材料消耗,有利于汽车自身重量的下降。激光焊既可使铝薄板与铝薄板(件)之间实现联接,亦可使铝薄板(件)与铝铸件相联接。
另一种应用就是对塑料件进行激光束透射焊接。如将一种透明的塑料件与另一种带有吸附充填材料的塑料件相联接。激光束穿透上部透明的塑料件,使下部连接件瞬间熔化,通过熔化膨胀将上部件湿润并局部熔化,上下零件焊接在一起。BLZ开发出一种安全气囊控制装置的(塑料)外壳激光束透射焊接技术,采用的是二极管激光器,与传统的焊接技术相比,不仅工艺过程柔性高,而且电子部件也很少受到焊接过程产生的机械和热损害。
最近,德国弗朗霍夫学会德累斯顿材料及射束工艺研究所研发出一种感应辅助式激光束焊接新工艺,伟世通公司已将之应用于福特公司轿车驱动轴的焊接(这种驱动轴目前的年产量为45万件),此轴的材料为C38/26Mn5组合式材料。采用感应辅助式激光束焊接,不仅工件变形小,而且减少了后序的加工工作量。
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激光焊接专用气动喷嘴的研究 Tue, 12 Nov 2019 18:18:31 +0800
激光焊接专用气动喷嘴的研究
唐霞辉朱海红朱国富李适民李再光
摘要:针对高功率CO2激光焊接,作者试验研究出一种气动喷嘴,用以保护导光聚焦系统,防止焊接过程中金属飞溅造成的镜片污染,通过对飞溅粒子运动轨迹的理论分析,设计出合理的喷嘴结构.采用气动喷嘴和普通同轴喷嘴,比较试验出高功率激光焊接过程中导光系统污染对激光功率的衰减、焊缝气孔率及有效熔深等的影响以及聚焦镜片上飞溅粒子的分布.结果表明:气动喷嘴从本质上减少了聚焦镜上飞溅粒子的数量,使激光功率损失减少,有效焊接长度增加,并且横向气流没有对焊缝造成任何不利影响.
关键词:激光焊接飞溅污染气动喷嘴镜片保护
引言
就几类典型的激光加工而言,激光熔覆和热处理焦距长、飞溅小、镜片污染少;激光切割喷嘴出气口小,气压大,能有效防止飞溅;而激光焊接焦距较短,熔池反应剧烈,飞溅大,但保护气流量有限,故极易造成镜片污染,成为激光焊接产业化中一个非常棘手的问题.镜片污染导致激光束产生散射,聚焦不良,长时间工作会出现焦点漂移,传输到工件的激光功率受到损失,使激光焊接性能变差.镜片的频繁清洗和更换严重影响工作效率,大量的飞溅使晶体镜片因热畸变而破裂.有色金属(Al,Cu)以及粉末冶金材料(如金刚石锯片)等的激光焊接,飞溅尤其严重,极易导致镜片毁坏.
传统的激光焊接喷嘴为圆锥状,分两路气体:一路同轴气体用于保护焊缝,一般采用惰性气体Ar气、He;另一路为侧吹辅助气体,用于控制等离子体,减少等离子体激光的屏蔽,增加熔深[1].传统喷嘴同轴保护气体流量有严格限制,喷嘴内径为2.5mm,气流量为7~9L/min,气流量太大,熔池翻动厉害,焊缝凹凸不平,出现孔洞.
气动窗口已在本单位的10kW CO2激光器上得到应用,其目的是使激光谐振腔内工作气体与外界空气隔离.我们研究的气动喷嘴是在激光束垂直方向通以高速气流,在光学元件的下方形成气体隔离层,阻挡金属飞溅物的上冲.这种喷嘴的研制成功及推广应用,对于解决易飞溅金属(如粉末冶金材料)的高功率激光焊接,焊枪配件,具有重要的理论意义和实用价值.
理论分析与结构设计
1.1 气体动力学分析
求解气动喷嘴内横向气动窗口的尺寸及所需的气体流量[2]的运动方程为:
F=rv2CdA/2 (1)
F=m(-a) (2)

式中,F为气体作用于飞溅粒子上的阻力,Cd为阻力系数,A为粒子在运动方向的正面面积,r为气流中空气密度,v为粒子相对气流的运动速度,m为飞溅粒子质量,a为粒子因阻力产生的加速度(负加速度).
根据有关文献及相关假设来估算飞溅粒子进入气流层后的运动轨迹[3],飞溅粒子近似为球形,直径p0.1mm,起始运动速度为8m/s,阻力系数Cd近似为无压缩、无粘性的流体中的阻力系数,根据文献[4]可以对粒子尺寸和初始运动速度在一定范围内进行理想分类,并在不同气体流速下解方程.1为不同气流速度、粒子速度、粒子质量下求解的运动轨迹.根据现有的焦距f=100mm的圆锥喷嘴,一个粒子垂直向上运动30mm,必须水平运动20mm才不至于落到聚焦镜片上[4],按此推算,1中当横向气体流速为15~20m/s正好合适.
1.2 
气动喷嘴的结构设计
喷嘴结构基于聚焦镜片焦距和空间条件限制,整体分成可拆卸的4个部分,以便安装及机械加工,局部损坏后可进行更换.如图2所示,4个部分分别为横流进气通道、横流出气通道、圆柱基体、圆锥尖端.进气通道设有一块方形金属丝网,以利气体均匀挺直、减少死点,任丘焊接配件,通过调整不同的丝网来确定最佳气流面积及流速.
试验条件及方法
采用美国Coherent公司1. 25kW轴流CO2激光器,准基模输出.分别用ZnSe透射式聚焦镜和金属反射式聚焦镜,45.反射镜为Cu镜镀Mo;反射式抛物聚焦镜为Mo,镜片便于擦洗.焊接试验材料为45#,表面抛光后,用等离子体热喷涂一层0.2mm-200Fe,200mmt200mmt4mm尺寸的方形试样位于数控工作台上,焊后沿焊缝横截面剖开,用美国M400-H1金相显微镜观察并测量焊缝形貌.主要焊接工艺参数为:激光功率P=1.2kW,焊速v=20mm/s,焦距f=100mm,离焦量f=-1.5mm,焊缝保护气体流量7L/min,Ar气保护.
用手持式热量功率计测量激光经聚焦镜后照射到工件上的激光功率,以考察不同喷嘴保护时,聚焦系统对激光功率的损耗.对于不同的镜片保护试验,焊接完成后,将镜片取下,用干净胶带将镜片上沉积的飞溅粒子粘取下来,在低倍放大镜下观察并测量其尺寸,记录下特定区域内的粒子数分布.
试验结果及其分析
3.1 镜片破坏性试验
首先采用ZnSe透镜聚焦,焊接配件,普通喷嘴同轴保护,焊接2800mm,镜片破裂,据观察,破裂镜片表面粘有一层细颗粒飞溅物,覆盖层阻挡激光束的传输,经激光功率测量,由飞溅污染而引起的透射激光能量损失高达25%,过高的热量使镜片热畸变而损坏;另一片ZnSe镜片采用气动喷嘴保护,横向气流量200L/min,焊接7000mm,镜片完好无损.同时研究了横向气流对喷嘴尖端同轴气流关系,结果也表明,在横向气流关、开瞬间及正常工作时,同轴喷嘴尖端几乎测不出横向气流附加的影响,即对焊缝的保护效果无任何不利影响.
3.2 
激光传输效率比较
通过聚焦系统后的被测激光功率与之前激光功率之比为传输效率,其比值随焊接长度增加而下降,如图3所示,在焊接相等长度2800mm,任丘焊枪配件,普通喷嘴传输效率只有71%,而气动喷嘴为96%,提高了25%.据此推测,当传输效率降至71%,气动喷嘴可以焊接18000mm,是普通喷嘴的6倍多.
3.3 
飞溅粒子分布
粒子分布如图4所示,与普通喷嘴相比,气动喷嘴几乎可去除80%的较小粒子(小于0.2mm2)和所有大于0.2mm2的粒子.
3.4 
焊缝质量分析
焊接特征比较分析同样说明两种喷嘴之间的区别,普通喷嘴开始出现深熔焊,一定长度后变成有限深度的传热焊,镜片破裂时,深熔焊缝与传热焊缝的长度之比约为1.据试验现象可看到,焊缝的变化是由于镜片污染使光束不稳定,激光功率下降.气动喷嘴焊缝检验结果表明,95%总长度的焊缝为深熔焊.
焊缝横截面的气孔分布面积如图5所示,据观察,气动喷嘴焊缝横截面有几个小气孔(4t103~6t103mm2数量级),焊缝平均气孔率约为2%,普通喷嘴出现单一大气孔(105mm2数量级),平均气孔率高达17%,据分析,气孔率不同的原因是由于采用气动喷嘴保护镜片,焊缝保护气体流量可以降低,从而减少了对熔池的扰动,故气孔率低,而普通喷嘴为保护镜片,必须采用较大气流量,使焊缝气孔率增加[6].
结论
在焊接喷嘴结构中,横向气动喷嘴在保护反射式和透射式光学元件方面非常有效,ZnSe镜片在横向气流保护下,焊接7000mm后仍完好无损,而普通喷嘴焊接2800mm后即损坏,同样焊接长度,与普通喷嘴相比,气动喷嘴几乎能去除80%的飞溅粒子.研究结果表明,气动喷嘴的优势为:(1)激光束通过带气动保护的聚焦镜传到工件上的功率损耗可减少25%;(2)稳定深熔焊缝可达总焊接长度的90%以上;(3)聚焦镜两次清洗之间的焊接长度为普通喷嘴的6;(4)焊缝气孔率低于2%.(5)喷嘴尖端无横向气流的影响.
作者简介:唐霞辉,,196311月出生.副教授.主要从事高功率CO2激光焊接方面的科研及产业开发工作.
唐霞辉(华中理工大学激光加工国家工程研究中心,武汉,430074)
朱海红(华中理工大学激光加工国家工程研究中心,武汉,430074)
朱国富(华中理工大学激光加工国家工程研究中心,武汉,430074)
李适民(华中理工大学激光加工国家工程研究中心,武汉,430074)
李再光(华中理工大学激光加工国家工程研究中心,武汉,430074)
参考文献
[1]唐霞辉,朱海红,朱国富 et al.中国激光,1997;24(2):174~178
[2]
李力钧,秦玉忠,赵仲.中国激光,1990;17(1):35~37
[3]
程祖海,岳超瑜,李再光.中国专利, 85100856,1985:50
[4]Carison K W.Welding J,1989;(3):49~57
[5]Metzbower E A.Welding J,1993;(8):403~407
[6]Banas C M.Opt Engng,1988;18(3):200

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YG18硬质合金激光焊接性能研究 Tue, 12 Nov 2019 18:18:31 +0800 讨论高含钻量的YG18硬质合金的激光焊接性能。以Cu作为填充材料,通过激光热导焊可以获得良好的钎焊接头。在激光深熔焊模式下,焊缝上部两侧WC的部分熔化不会导致明显的缺陷,焊缝下部则形成与热导焊模式下相似的钎焊缝。    硬质合金根据Co含量的不同,划分为不同的牌号,YG18是一种含钻量较高的烧结硬质合金。钻含量的提高使其相对于低含钻量的硬质合金而言,一方面在治金性能上表现出更多的金属性,另一方面,其焊接性能也获得了一定程度的改善.
   
    在工业中常常要求将不同牌号的硬质合金结合在一起,如在石油勘探中,钻头就是由YG 18硬质合金为基体,钎焊多个YG8硬质合金刀头而成。由于新型钻头的硬质合金刀头切削端表层含有一层聚晶金刚石材料,焊接过程不允许刀头过热造成聚晶金刚石材料的破坏。而目前钎焊采用的加热方式功率密度较低,难以保证在满足上述条件的同时获得具有足够结合强度的焊缝。高功率工业激光器的聚焦激光束提供了极高的功率密度及局部快速加热、冷却的条件,有利于实现特殊材料之间的焊接。因此采用激光对不同牌号、不同成分的硬质合金进行焊接实验,并了解它们的焊接性能就具有重要的意义。
   
    以前对含钻较低的YG8硬质合金的激光焊接,以铜为填充材料,采用激光热导焊模式,获得了很好的激光钎焊接头。在此基础上,本文采用激光作为焊接热源,以铜为填充材料,对YG18硬质合金进行激光焊接实验。 

实验条件
    实验采用3kW快速轴流CO2激光器(光束模式为TEM00+TEM01)和CNC数控机床。选用厚度为17mm的YG18硬质合金为母材,紫铜为填充材料,焊接过程中使用专用夹具将焊接试样固定在保护腔内,采用Ar气作为保护气体。
      在焊接实验之后,使用CSM - 950扫描电镜(配TN5402能谱仪),进行硬质合金的钎焊接头形貌的分析。

实验结果
    在热导焊实验时,在较低的激光输出功率(G700W)和扫描速度(0.15m/min)条件下,钎料及焊缝两侧的硬质合金基体较为均匀地受热,既没有产生温度过高的硬质合金熔化的区域,也避免了Cu的汽化、蒸发,熔化的铜有相对充足的时间来润湿硬质合金。图1是YG18硬质合金激光钎焊接头的电子显微形貌。中部为Cu层,两侧为硬质合金,在二者之间形成了很好的钎接接头,在整个焊缝的范围内,都形成了与此相似的钎焊缝。可见,作为填充材料的铜能够完全润湿硬质合金。扫描电镜较高放大倍数下观察发现,由于C。和Cu的适度熔化,使少量的颗粒状WC扩散到Cu层中。图2和图3分别是钎焊缝两侧的显微组织,其中颜色较深的部分是Cu层,通过对它的微区成分分析(图4)可以确定在其中弥散分布的是WC颗粒,这一部分WC颗粒在溶入到Cu液的过程中,发生了边界和尖角的部分溶解,从而形成了WC颗粒与Cu钎焊层界面上良好的冶金结合。

 

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    在小孔(深熔)焊实验中,窗口输出功率高,光斑直径小,因此激光功率密度很高,能够在极短时间内,熔化硬质合金,与Cu完全熔合在一起,焊缝形貌见图5。图5是焊缝熔合区的微观形貌。可以看出,YG18硬质合金在激光小孔焊条件下,也发生局部的熔化。与YG8硬质合金的区别,在于焊缝内并未产生明显的缺陷;在焊缝两侧的WC颗粒则在有限范围内出现了明显的聚集长大现象。

实验结果讨论
硬质合金与填充材料Cu之间的熔点相差很大,在实验中可以控制工艺参数,一方面使得铜在瞬时内充分熔化,以浸润硬质合金,另一方面,将硬质合金基体加热到较高的温度区间,使其能够更好地被填充材料所润湿,形成理想的钎焊接头。 在激光热导焊过程中,在整个钎焊区域中形成了良好、均一的钎焊缝。在钎料Cu熔化的同时,焊缝两侧硬质合金也发生了粘结剂Co的局部熔化,但硬质合金中的WC并没有分解为W及C单质,仅发生WC颗粒边界和尖角的局部溶解和向钎料Cu中的短距离位移,并嵌镶在Cu层之中;同时Co,Cu也发生一定程度的扩散,但扩散距离很短。这是由于钎焊缝的形成时间很短,钎料与母材没有来得及进行充分的扩散,钎焊过程就终止了。
    在激光深熔焊过程中,激光功率密度很高,在激光直接作用的区域,硬质合金迅速熔化,并与Cu发生剧烈的熔合作用。由于YG18硬质合金本身的C。含量很高,因而在熔化后,甚至在WC颗粒聚集长大之后,在Cu和Co的粘结作用下,仍可以形成牢固的结合,并没有产生YG8硬质合金熔化后所出现的贯穿裂纹、气孔等严重缺陷。在小孔焊区域的下部,硬质合金没有达到熔化的温度,而形成了与热导焊相似的钎焊缝,在钎焊缝两侧也有与热导焊相似的扩散现象发生。

结论
1.利用激光进行YG18硬质合金的铜钎焊,能够形成很好的钎接接头,在钎焊缝两侧有扩散现象发生
2.在热导焊模式下,可以获得较为均一的钎焊接头。
3.在深熔焊模式下,硬质合金的局部熔化不会产生严重的缺陷,硬质合金可以与Cu很好地熔合在一起,在焊缝下部,形成与热导焊模式下相似的钎焊缝。

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塑料激光焊接的工艺要求 Tue, 12 Nov 2019 18:18:31 +0800 1.激光的波长
    在金属材料的激光焊接工艺中,一般采用YAG或者CO2激光作为光源,塑料焊接也不例外。随着半导体材料工业的快速发展,半导体激光作为光源也渐渐得到了应用。
三者之中,由于易于获得较大功率,前两者在传统的材料加工工业中的使用较为普遍;而由于塑料激光焊接对光源功率大小要求不高,但对可控性和易操作性要求较高,因此半导体激光在塑料焊接中也很有用武之地。
CO2、Nd:YAG和半导体激光三种光源的波长、最大功率、最小聚焦直径等参数的典型值如下所列:
1.CO2激光:波长较长,为10.6微米,属远红外波段,一般情况下塑料材料对这一波长的吸收情况好。目前最大输出功率达50kW,转化效率约10%,最小聚焦直径约0.2~0.7mm。焊接塑料时热作用区深度较深,适合于需要焊接较厚的塑料材料。CO2激光不能用光纤传输,只能$&*透镜反射镜组成的光学系统来构建刚性传输光路,从而影响激光头的操作性。
2.Nd:YAG激光:波长较短,为1.06微米,属近红外区波长,不易被塑料吸收。最大输出功率6kW,转化效率为3%,最小聚焦直径0.1~0.5mm。Nd:YAG激光的特点是聚焦区域小,可以方便地通过光纤传输来构建光路,可将激光头装到机器人手臂上,实现焊接过程的数控和精密自动化;另一方面可以较好地透过上层的待焊接材料,到达下层待焊接材料或者中间层而被吸收,从而实现焊接。
3.半导体激光:波长0.8~1.0微米,最大输出功率6kW,转化效率30%,最小聚焦直径0.5mm。由于其输出输出功率较小,适用于焊接激光功率要求较低的场合,如小型塑料器件的精密焊接。半导体激光能量转化效率高,易于实现激光器的小型化和便携化。
2.塑料材料
    能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上,所有热塑性塑料都能够被激光焊接。塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为:在热作用区内的材料,要求对激光光波的吸收性好;不属于热作用区部分的材料,则要求对光波的透过性好,尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的。目前能够使用激光焊接的单种成分塑料包括:PMMA――聚甲基丙烯酸甲脂(有机玻璃),PC塑料,ABS塑料, LDPE-低密度聚乙烯塑料,HDPE-高密度聚乙烯塑料,PVC-聚氯乙稀塑料,Nylon 6-尼龙6,Nylon 66-尼龙66,PS-PS树脂,等等。
      上述各种塑料制成的塑料件,如模制的塑料品、塑料板、薄膜、人造橡胶、纤维甚至纺织物都可以作为被焊接的对象。由于激光焊接具有传统焊接不具备的热作用区小、控制精确容易的特点,因此上述各种单体材料之间也可以进行焊接。
3.吸收剂
     吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺。如前所述,塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化,随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。塑料自身能够以较高吸收率吸收激光能量自然最好,但一般在不添加吸收剂的情况下,塑料对光波的吸收性不是很好,吸收效率很低,融化效率不理想。通常理想的吸收剂是碳黑,碳黑能够将红外波长的激光能量基本全部吸收,从而大大提高塑料的热吸收效果,使得热作用区的材料融化更快、效果更好。一些其他颜色的染料也能够起到相同的吸收光波的效果。
英国焊接学会(TWI,The Welding Institute)研制出了一种对可见光透明的染料。用这种染料做吸收剂,可以得到透明的塑料焊缝。碳黑在吸收红外波段的激光光波的同时,也吸收可见光波,这也是碳黑看起来为黑色的原因,用碳黑作吸收剂会使激光焊接焊缝颜色变深,与母材颜色不同。TWI研制出的对可见光透明的染料只吸收红外波段的电磁波,不吸收可见光,因此看起来焊缝仍然是透明的。很多情况下,塑料焊接要求成品美观、精致,因此相比碳黑,对可见光透明的染料吸收剂非常受青睐。添加吸收剂的方法有3种:一是直接向待焊接材料中渗入吸收剂,这样应该将渗过吸收剂的塑料件放在下面,而把没有渗吸收剂的塑料件放在上面,让激光光波通过;二是向塑料件待焊接的表面渗吸收剂,这样只有被渗透了吸收剂的一部分塑料将成为热作用区而被融化;三是在两块待焊接塑料件的接触处喷涂上或者印刷上吸收剂。
4.其他参数
      与金属焊接不同,塑料激光焊接需要的激光功率并不是越大越好。焊接激光功率越大,塑料件上的热作用区就越大、越深,将导致材料过热、变形、甚至损坏。应该根据需要融化的深度来选择激光功率。塑料激光焊接的速度比较快,一般得到1mm厚焊缝的焊接速度可达20m/min;而采用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜,最高速度可以达到750m/min。
5.软件
       激光焊接系统中,计算机软件的作用是对激光头的运动轨迹和速度、激光功率等一般性的工艺参数进行数字化控制,以达到提高加工速度和精度、改善加工质量的目的,这些与传统的激光加工中的软件控制并没有什么不同,但由于塑料激光焊接中吸收剂的特殊作用,塑料激光焊接控制系统和加工系统又有其自身的特色。
     英国TWI研究所结合其ClearWeld塑料焊接工艺,设计开发了计算预测吸收剂用量及用法的软件。根据不同材料的厚度、颜色、吸收比率等,结合激光器的功率、光波透过率等参数,在焊接前用软件计算吸收剂的用量和添加方法,再根据预测的用量添加吸收剂。提供给软件的输入数据包括:塑料材料特性:种类、厚度、颜色;焊接数据:焊接区域形状复杂程度、宽度、焊接速度;激光器特性:功率、红外光透过率等。经过计算和筛选,软件给出的输出结果包括:吸收剂种类、用量及要求的添加方式的列表,焊接过程中激光光波在上层材料中的能量损失。软件的计算结果与实际焊接测量的结果很接近,图6为焊接后生成的热影响区(HAZ)大小的计算值和实际测量值的对比,所用塑料材料为PMMA。可见,软件计算结果与实测结果非常接近。由于塑料激光焊接的规律性较强,有较好的可预测性,因此,采用软件计算筛选方法预测结果是非常有效和可行的。]]>
2015上海埃森展 Tue, 12 Nov 2019 18:18:31 +0800 焊接的发展史 Tue, 12 Nov 2019 18:18:31 +0800 前3000多年埃及出现了锻焊技术。
  公元前2000多年中国的殷朝采用铸焊制造兵器。
  公元前200年前,中国已经掌握了青铜的钎焊及铁器的锻焊工艺。
  1801年:英国H.Davy发现电弧。
  1836年:Edmund Davy 发现乙炔气。
  1856年:英格兰物理学家James Joule 发现了电阻焊原理。
  1859年:Deville和Debray发明氢氧气焊。
  1881年:法国人De Meritens 发明了最早期的碳弧焊机。
  1881年:美国的R. H. Thurston 博士用了六年的时间,完成了全系列铜-锌合金钎料在强度与延伸性     方面的全部实验。
  1882年:英格兰人Robert A. Hadfield发明并以他的名字命名的奥氏体锰钢获得了专利权。
  1885年:美国人Elihu Thompson 获得电阻焊机的专利权。
  1885年:俄罗斯人BenardosOlszewski 发展了碳弧焊接技术。
  1888年:俄罗斯人H.г.Cлавянов发明金属极电弧焊。
  1889—1890年:美国人C. L. Coffin首次使用光焊丝作电极进行了电弧焊接。
  1890年;美国人C. L. Coffin提出了在氧化介质中进行焊接的概念。
  1890年:英国人Brown 第一次使用氧加燃气切割进行了抢劫银行的尝试。
  1895年:巴伐利亚人Konrad Roentgen 观察到了一束电子流通过真空管时产生X射线的现象。
  1895年:法国人Le Chatelier 获得了发明氧乙炔火焰的证书。
  1898年:德国人Goldschmidt发明铝热焊。
  1898年:德国人克莱菌.施密特发明铜电极弧焊。
  1900年:英国人Strohmyer发明了薄皮涂料焊条。
  1900年:法国人Fouch 和Picard制造出第一个氧乙炔割炬。
  1901年:德国人Menne 发明了氧矛切割。
  1904年:瑞典人奥斯卡.克杰尔贝格建立了世界上第一个电焊条厂—ESAB公司的OK焊条厂。
  1904年:美国人Avery 发明了便携式钢瓶。
  1907年:在美国纽约拆除旧的中心火车站时,由于使用氧乙炔切割节省工程成本的20%多。
  1907年:10月瑞典人O. Kjellberg 完善了厚药皮焊条。
  1909年:Schonherr 发明了等离子弧。
  手工等离子弧切割
  水下等离子切割
  1911年:由Philadelphia & Suburban气体公司建成了第一条使用氧溶剂气焊焊接的11英里长管线。
  1912年:第一根氧乙炔气焊钢管投入市场。
  1912年:位于美国费城的Edward G. Budd 公司生产出第一个使用电阻点焊焊接的全钢汽车车身。
  大约1912:年美国福特汽车公司为了生产著名的T型汽车,在自己工厂的实验室里完成了现代焊接工艺。
  1913年:在美国的印第安纳波利斯Avery 和Fisher完善了乙炔钢瓶。
  1916年:安塞尔.先特.约发明了焊接区X射线无损探伤法。
  1917年:第一次世界大战期间使用电弧焊修理了109艘从德国缴获的船用发动机,并使用这些修理后的船只把50万美国士兵运送到了法国。
  1917年:位于美国麻萨诸塞州的Webster & Southbridge 电气公司使用电弧焊设备焊接了11英里长、直径为3英寸的管线。
  1919年:Comfort A.Adams组建了美国焊接学会(AWS)。
  1924年美国焊接协会活动时纪念照片
  1919年:C.J.Halslag发明交流焊。
  1920年:Gerdien发现等离子流热效应。
  1920年:第一艘全焊接船体的汽船Fulagar号在英国下水。
  大约1920年:开始使用电弧焊修理一些贵重设备。
  大约1920年:使用电阻焊焊接钢管的生产方法(The Johnson Process)获得了专利。
  大约1920年:第一艘使用焊接方法制造的油轮Poughkeepsie Socony号在美国下水。
  大约1920年:药芯焊丝被用于耐磨堆焊。
  1922年:Prairie 管道公司使用氧乙炔焊接技术,成功地完成了从墨西哥到德克撒斯的直径为8英寸,长达140英里的原油输送管线的铺设工作。
  1923年:斯托迪发明堆焊。
  1923年:世界上第一个浮顶式储罐(用来储存汽油或其他化工品)建成;其优点是由焊接而成的浮顶与罐壁组成象望远镜一样可升高或降低的储罐,从而可以很方便的改变储罐的体积。
  1924年:Magnolia 气体公司使用氧乙炔焊接技术建成了14英里长的全焊结构的天然气管线。
  1924年:在美国由H.H.Lester首先使用X光线照相术,为Boston Edison 公司的发电厂检验蒸汽压力为8.3Mpa的待安装的铸件质量。
  1926年:美国Langmuir发明原子氢焊。
  1926年:美国Alexandre发明CO2气体保护焊原理。
  1926年:由美国的A.O.Smith公司率先介绍了在电弧焊接用金属电极外使用挤压方式涂上起保护作用的固体药皮(即手工电弧焊焊条)的制作方法。
  1926年:铬钨钴焊材合金获得了第一份关于药芯焊丝的专利。
  1926年:美国人M.Hobart和P.K.Devers获得了使用氦气作为电弧保护气体的专利。
  1927年:由Lindberg单独驾驶Ryan式单翼飞机成功地飞过了大西洋,该飞机机身是由全焊合金钢管结构组成的。
  1928年:第一部结构钢焊接法规《建筑结构中熔化焊和气割规则》由美国焊接学会出版发行,这部法规就是今天的《D1.1结构钢焊接规则》的前身。
  1930年:Georgia 铁路中心为了在两条隧道中铺设铁路采用了连续焊接的方法。焊接轨道在两年后线路贯通时投入使用。
  1930年:前苏联罗比诺夫发明埋弧焊。
  1931年:由焊接工艺制造全钢结构组成的帝国大厦建成。
  1933年:第一条使用电弧焊工艺焊接的接头采用无衬垫结构的长输管线铺成。
  1933年:当时世界上最高的悬索桥旧金山的金门大桥建成通车,她是由87750吨钢材焊接拼成的。
  1934年:巴顿焊接研究所成立。
  巴顿所创始人叶夫金•奥斯卡洛维奇•巴顿
  欧洲最大的全焊接第涅伯河上铁桥—巴顿桥
  1934年:非加热压力容器规范由API—ASME合作出版发行。
  1935年:美国的Linde Air Products公司完善了埋弧焊技术。
  埋弧焊在造船中的应用
  1936年:瑞士Wasserman发明低温钎焊。
  1939年:美国Reinecke发明等离子流喷枪。
  1940年:第一艘全焊接船Exchequer号在美国的Ingalls 船坞建成下水。
  1941年:美国人Meredith 发明了钨极惰性气体保护电弧焊(氦弧焊)。
  1941年:二次世界大战时舰艇、飞机、坦克及各种重武器的制造采用了大量的焊接技术。
  1943年:美国Behl发明超声波焊。
  1943年:飞机的制造者们首次使用原子氢焊、埋弧焊和熔化极气体保护焊焊接飞机钢制螺旋桨的空心叶片。
  1944年:英国Carl发明爆炸焊。
  1947年:前苏联Bopoшeвич(沃罗舍维奇)发明电渣焊。
  1949年:第一台使用弧焊和电阻焊工艺制造的全焊结构的FORD牌汽车下线。
  1950年:美国人Muller,Gibson和Anderson三人获得第一个熔化极气体保护焊喷射过度的专利。
  1950年:德国F.Buhorn发现等离子电弧。
  大约1950年:在前苏联首次把电渣焊用于生产。
  1953年:美国Hunt发明冷压焊。
  1953年:前苏联柳波夫斯基、日本关口等人发明CO2气体保护电弧焊。
  1954年:自保护药芯焊丝在美国Lincoln电气公司投入生产。
  焊接工人正在利用自保护药芯焊丝焊接高层建筑
  1954年:第一艘采用焊接工艺制造的核潜艇The Nautilus号开始为美国海军服役。
  1954年:贝纳德发明了管状焊条。
  1955年:美国托姆.克拉浮德发明高频感应焊。
  1956年:中国成立了哈尔滨焊接研究所
  1956年:前苏联楚迪克夫发明了摩擦焊技术。
  中国最早的摩擦焊设备
  1957年:法国施吉尔发明电子束焊。
  1957年:前苏联卡扎克夫发明扩散焊。
  1957年:《焊接》创刊,这是中国第一本焊接专业杂志。
  大约1957年:美国、英国和前苏联都在熔化极气体保护焊短路过度工艺中使用了CO2作为保护气体。
  1960年:美国Maiman发现激光,现激光已被广泛的应用在焊接领域。
  利用激光的机器人对轿车车门进行切割
  1960年:美国的Airco 推出熔化极脉冲气体保护焊工艺。
  1962年:气电立焊的专利权授予了比利时人Arcos。
  1962年:电子束焊接首先在超音速飞机和B-70轰炸机上正式使用。
  1964年:热丝焊接方法和协调控制熔化极气体保护焊接方法的专利权授予了美国人Manz。
  1965年:焊接而成的Appllo 10号宇宙飞船登月成功。
  1967年:日本荒田发明连续激光焊。
  1967年:世界上第一条海底管线在墨西哥湾铺设成功,它是由美国的Krank Pilia公司使用热螺纹工艺及焊接工艺制造而成的。
  1968年:在芝加哥的John Hancock 中心的22层以上焊接而成了世界上最高的锐角形钢结构,高度达到1107英尺。
  1969年:美国的Linde公司提出热丝等离子弧喷涂工艺。
  1970年:晶闸管逆变焊机问世。
  1976年:日本荒田发明串联电子束焊。
  1980年左右:半导体电路和计算机电路被广泛的用来控制焊接与切割过程。
  1980年左右:使用蒸汽钎焊焊接印刷线路板。
  1983年:航天飞机上直径为160英尺的瓣状结构的圆形顶部是使用埋弧焊和气保护焊方法焊接而成的,使用射线探伤机进行检验的。
  1984年:前苏联女宇航员Svetlana Savitskaya在太空中进行焊接试验。
  1988年:焊接机器人开始在汽车生产线中大量应用。
  1990年左右:逆变技术得到了长足的发展,其结果使得焊接设备的重量和尺寸大大的下降。
  1991年:英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊,成功的焊接了铝合金平板。
  1993年:使用机器人控制CO2激光器成功的焊接了美国陆军Abrams型主战坦克。
  1996年:以乌克兰巴顿焊接研所B.K.Lebegev院士为首的三十多人的研制小组,研究开发了人体组织的焊接技术。
  2002年:三峡水轮机的焊接完成,是已建造和目前正在建造的世界上最大的水轮机]]>
超薄金属丝网膜焊接 Tue, 12 Nov 2019 18:18:31 +0800 陕西雷奇华能科技有限公司,成功完成金属丝网膜焊接。此产品厚度为10丝,边框为了不锈钢。于用精密设备上使用。这是目前西安唯一一家能够完成超薄丝网膜焊接业务。]]> 激光切割机将逐步取代冲床 Tue, 12 Nov 2019 18:18:31 +0800 激光切割机将逐步取代冲床

我国激光加工行业的产品主要包括各类激光打标机、焊接机、切割机、划片机、雕刻机、热处理机、三维成型机以及毛化机等,在国内占据了较大的市场份额。国际市场的冲床已经被激光逐步取代,而我国冲床和激光切割机共存,但随着激光技术在制造业的不断应用,激光切割机将逐步取代冲床,故分析认为激光切割设备市场空间非常大。

在激光加工设备市场中,激光切割是最重要的一项应用技术,已广泛地应用于船舶制造、汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。以日本为例:1985年日本每年新冲床销量大致为900台左右,而激光同销量仅为100台,但是到了2005年销量就飞升到了950台,而冲床的处销量台数下降到500台左右。

高功率激光切割技术应用领域如表:

要点

相关说明

可切割材料

金属材料:碳钢、不锈钢、镜钢、铝合金、铜合金、镁合金、酸洗板、镀锌板、各种合金材料等;

行业应用

航空、航天、石油、化工、船舶、汽车、轻工、电器、电子、眼镜、工程、机械、食品机械、广告、装饰、外加工等。

据相关数据显示,2008-2014年,我国激光切割设备规模保持稳步增长。2008年,我国激光切割设备市场规模仅为5.07亿元,到2012年增长超过100%。2014年,我国激光切割设备市场规模为12.35亿元,同比增长率为8%。据统计到2009年时,高功率激光切割设备全球累计保有量35000台左右,目前可能更高;而我国目前保有量估计在2500-3000台。预计到“十二五”末,我国高功率数控激光切割机市场需求量将达到10000台以上,按照每台价格150万计算,市场规模在150亿以上。对于中国目前的制造业当量,高功率切割设备未来的渗透率会在幅提高。

结合近年来我国激光切割设备的市场规模增速,以及我国激光切割设备的需求前景,前瞻产业研究院预测,我国激光切割的市场规模仍保持稳步增长态势。预计到2020年,我国激光切割设备市场规模将达到19亿元。

由于激光切割过程受激光功率和强度的限制,大多数现代工业激光切割机均要求装配能够提供光束参数值接近于技术最佳值的激光器。大功率激光技术代表着激光应用技术的最高水平,截止而我国大功率激光切割设备拥有量与欧美发达男家相比相差巨大,可以预见的是未来我国以高切割速度、高精度和大切割幅面为特征的高端大功率数控激光切割机的需求将呈现大幅提升的态势。


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文件说明:代理商专用,文件中有详细的产品报价以及代理商成本价,有意向的伙伴可以加盟代理!

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