焊接技术是19世纪末20世纪初发展起来的一项重要的金属加工技术。凭借一系列的技术和经济优势,它已发展成为一门独立的学科,广泛应用于航空、航天、原子能、化工、造船、电子技术、建筑、交通等工业部门。
焊接简介
焊接是通过加热或加压或两者,在有或没有填充材料的情况下,被焊接部件的材料(相同或不同)与原子结合形成永久连接的过程。
常用焊接方法的分类
焊接方法有很多种。根据金属在焊接过程中的不同状态,焊接方法可分为三大类:熔焊、压焊和钎焊。每一类可以分为不同的焊接方法,如下图所示。
1.熔焊:熔焊是在焊接过程中,在没有压力的情况下,将焊件的接头加热到熔融状态的一种方法。在加热条件下,金属的原子动能增强,促进了原子间的相互扩散。当被焊金属加热到熔融状态形成液态熔池时,原子可以充分扩散,紧密接触,所以冷却凝固后,形成牢固的焊接接头。常见的气焊、电弧焊、电渣焊、气体保护焊等。都是熔焊方式。
2.压力焊接:压力焊接是一种必须向焊件施加压力(加热或不加热)以完成焊接的焊接方法。
这种焊接有两种形式。首先将焊接金属的接触部分加热到塑性状态或局部熔化状态,然后施加一定的压力,使金属原子相互结合,形成牢固的焊接接头。例如锻造焊接、接触焊接、摩擦焊接和气动焊接都是这种压力焊接方法。
第二,不加热,只在被焊金属的接触面施加足够的压力,借助压力引起的塑性变形,使原子相互靠近,获得牢固的接头。这种方法包括冷压焊、爆炸焊等。(主要用于复合钢板)。
3.钎焊:是用熔点低于母材的金属材料,将焊件和焊料加热到高于焊料温度而低于母材温度,用液态焊料润湿母材,填满接头间隙,并与母材扩散的一种焊接方法。常见的钎焊方法包括烙铁焊接和火焰钎焊。
现代焊接能量有许多来源,包括气体火焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波。除了在工厂中使用,焊接还可以在各种环境中进行,如野外、水下和太空。超声波焊接是压力焊接的一种,激光点焊是熔焊的一种。下面详细描述这两种常用的焊接方法。
超声波焊接
超声波焊接是利用高频振动波传递到两个待焊接物体的表面,在压力下,两个物体的表面相互摩擦,形成分子层之间的熔合。超声波焊接系统的主要部件包括超声波发生器、换能器、焊头、焊接头三联体、模具和框架。
超声波焊接工艺类型
1)焊接方法:在适度的压力下,通过超声波超高频振动的焊头,使两块塑料的结合面产生摩擦热,瞬间熔化结合。
2)成型:将凹形焊头压在塑料制品的外圈上,焊头超声超高频振动后塑料熔化成型,将塑料涂在金属物体上固定。
3)植入:通过焊头的说教和适当的压力,将金属零件(如螺母、螺钉等。)会瞬间挤进预留的塑料孔里。
4)铆接:铆接是指振动焊头压住物体的突起,使其热熔成铆钉状,使两个物体机械铆接。
5)点焊:点焊是指对焊缝难以设计的物体进行点焊接,同样可以达到焊接的效果。
超声波焊接特性
超声波应用范围广,节能环保,精度高。
1)超声波金属焊接的优点:
a、焊接材料不熔化,不易碎;
b、之后
e、焊接无火花,环保安全。
超声波焊接的注意事项
A.当焊接工件的厚度和硬度增加时,焊接所需的功率成指数增加,从而增加了超声波焊接机的制造成本。当所需功率过大时,声学系统的设计、制造和工艺效果会产生一系列难题。因此,目前主要限于焊接较薄的工件,如线、箔、片等。
b、目前超声波焊接系统的接头形式只有搭接,且受工具头的限制,工件只能延伸到焊接系统允许的尺寸范围内,因此焊接的接头形式和尺寸范围受到很大限制;
c、目前超声波焊接质量检测难度大,一般检测方法难以在生产过程中实时监控,无损检测方法尚未达到普及状态。
激光点焊
激光焊接是利用聚焦激光束作为能源,轰击焊件产生的热量的一种焊接方法。由于激光的折射、聚焦等光学特性,激光焊接非常适合微小型零件和可达性差的零件的焊接。激光焊接具有热输入低、焊接变形小、不受电磁场影响等特点。
激光焊接的特点
a .可将热输入降低到低要求,热影响区的金相变化范围小,热传导引起的变形也小;
b、可以减少焊接厚板所需的时间,甚至可以省略填充金属的使用;
C.不需要电极,也不用担心电极污染或损坏。并且由于不属于接触焊接工艺,可以将机床的磨损和变形降低到较低的水平;
d、可将工件置于封闭空间内(在抽真空或内部气体环境的控制下);
e、激光束可以聚焦在小面积上,可以焊接小而密的零件;
F.可焊材料范围广,各种异质材料可相互粘接;
g、易于自动化高速焊接,也可由数字或计算机控制。
激光焊接工艺参数
(1)功率密度:功率密度是激光加工中最关键的参数之一。高功率密度下,表层可在微秒时间内加热到沸点,产生大量汽化。因此,高功率密度有利于材料去除加工,如冲压、切割和雕刻。对于低功率密度,表面层温度达到沸点需要几毫秒。表层汽化前,底层达到熔点,容易形成良好的熔焊。因此,在导电激光焊接中,功率密度的范围为104-106 W/cm2。
(2)激光脉冲波形:激光脉冲波形是激光焊接中的一个重要问题,尤其是对于薄片焊接。当高强度激光束击中材料表面时,金属表面60~98%的激光能量会被反射而损失,反射率随表面温度而变化。在激光脉冲过程中,金属的反射率变化很大。
(3)激光脉宽:脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一。它不仅是区别于材料去除和熔化的重要参数,也是决定加工设备成本和体积的关键参数。
(4)焊接速度:焊接速度会影响单位时间的热输入。焊接速度过慢,热量输入过大,会造成工件烧穿。焊接速度太快,热输入太小,会造成工件被焊穿。
激光焊接的注意事项
a、焊件的位置要非常准确,必须在激光束的聚焦范围内;
b、当焊件需要使用夹具时,必须保证焊件的最终位置需要对准激光束将要冲击的焊点;
c、可焊厚度有限且穿透厚度远超过19mm的工件不适合在生产线上进行激光焊接;
D.铝、铜及其合金等高反射率、高导热率材料的可焊性会因激光而改变;
E.当高能激光束焊接正在进行时,需要使用等离子体控制器来驱除熔池周围的电离气体,以确保重新出现
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