先進連接技術

緒論快速凝固連續鑄軋、連續擠壓、連續鑄擠金屬等溫成形、半固態成形粉末冶金新技術先進連接技術材料加工新技術與新工藝本節主要內容：概述激光焊接加工電子束焊接攪拌摩擦焊六、先進連接技術1、概述電弧焊氣焊電渣焊電阻點焊電子束焊激光焊連接技術熔化焊固相焊釬焊氣體保護焊熔渣保護焊CO2氣體保護技術熔化極氬弧焊等離子弧焊鎢極氬弧焊非熔化極氣體保護焊熔化極氣體保護焊手工電弧焊埋弧焊擴散焊摩擦焊超聲波焊高頻焊爆炸焊電阻對焊閃光對焊接觸高頻焊感應高頻焊瞬時液相擴散焊固相擴散焊真空釬焊釬劑釬焊氣體保護焊氣相釬焊浸沾釬焊火焰釬焊爐中釬焊感應釬焊高能束釬焊電阻釬焊電弧釬焊鹽浴浸沾釬焊液態釬料浸沾釬焊波峰焊常用材料連接方法及其分類熔化焊：熔化焊是指通過母材和填充材料的熔合實現連接的方法。固相焊：固相焊是指通過連接材料在固態條件下的物質遷移或塑性變形實現連接的方法釬焊：釬焊是指利用低熔點液態合金(釬料)對母材的潤濕和毛細添縫而實現連接的方法。2、激光焊接方法激光的產生：物質受激勵后，產生的波長、頻率、方向完全相同的光束。(lightamplificationstimulatedemissionofradiation)激光的特點：具有單色性好、方向性好、能量密度高的特點，激光經透射或反射鏡聚焦后，可獲得直徑小于0.01mm、功率密度高達103W/cm2的能束，可以作為焊接、切割、鉆孔及表面處理的熱源。激光加工系統組成圖激光器儲能電容光學系統工作臺控制系統激光器產生激光束，通過聚焦系統聚焦在焊件上，光能轉化為熱能，使金屬熔化形成焊接接頭。鏈接為激光加工過程短片激光焊的主要優點：激光可通過光導纖維、棱鏡等光學方法彎曲傳輸，適用于微型零部件及其它焊接方法難以達到的部位焊接，還能通過透明材料進行焊接；能力密度高，可實現高速焊接，熱影響區和焊接變形都很小，特別適用于熱敏感材料的焊接；激光不受電磁場的影響，不產生X射線，無需真空保護，可以用于大型結構的焊接；可直接焊接絕緣導體，而不必預先剝掉絕緣層，也能焊接物理性能差別較大的異種材料激光焊的主要缺點：設備昂貴，能量轉化率低(5%~20%)，對焊接件接口加工、組裝、定位要求均很高，目前主要用于電子工業和儀表工業中的微型器件的焊接，以及硅鋼片、鍍鋅鋼板等的焊接。3、電子束焊接電子束焊系統電子槍真空系統工作倉高壓電源控制系統電子束焊系統：

核心是電子槍，它是完成電子的產生、電子束的形成和會聚的裝置，主要由燈絲、陰極、陽極、聚焦線圈等組成。燈絲通電升溫并加熱陰極，當陰極達到2400K左右時發射電子，在陰極和陽極之間的高壓電場作用下，電子被加速(約為0.2光速)，穿過陽極孔射出，然后經聚焦線圈，會聚成直徑為0.8~3.2mm的電子束射向焊件，并在焊件表面將動能轉為熱能，使焊件連接處迅速熔化，經冷卻結晶后形成焊縫。根據焊件工作室(焊件放置處)的真空度不同，電子束焊的分類如下：高真空電子束焊：工作室與電子槍同在一室，真空度為10-2~10-1Pa，適用于難熔、活性、高純金屬及小零件的精密焊接；低真空電子束焊：工作室與電子槍被分為兩個真空室，工作室的真空度為10-1~15Pa，適用于較大型的結構件，和對氧、氮不太敏感的難熔金屬；非真空電子束焊：需另加惰性氣體保護罩或噴嘴，焊件與電子束流出口的距離應控制在10mm左右，以減少電子束與氣體分子碰撞造成的散射。非真空電子束焊適用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、難熔金屬及銅、鋁合金等的焊件，焊件尺寸不受限制。真空電子束焊的優點：電子束能量密度大，最高可達5×108W/cm2，約為普通電弧的5000~10000倍，熱量集中，熱效率高，熱影響區小，焊縫窄而深，焊接變形極小；在真空環境下焊接，金屬不與氣相作用，接頭強度高；電子束焦點半徑可調節范圍大，控制靈活，適應性強，可焊接0.05mm的薄件，也可焊接200~700mm的厚板真空電子束焊的應用：特別適合焊接一些難熔金屬、活性或高純度金屬以及熱敏感性強的金屬。但設備復雜，成本高，焊件尺寸受真空室限制，裝配精度要求高，且易激發X射線，焊接輔助時間長，生產率低，這些弱點都限制了電子束焊的廣泛應用。4、攪拌摩擦焊定義：攪拌摩擦焊(frictionstirwelding，簡稱FSW)是由英國劍橋焊接研究所TWI開發的一種材料鏈接新技術。攪拌摩擦焊是由摩擦焊派生、發展起來的，本質上屬于固相連接范疇。下圖為攪拌摩擦焊接示意圖。摩擦焊示意圖軸肩(shoulder)攪拌頭(pin)焊縫(weld)過程及原理：攪拌摩擦是利用一種非耗損的攪拌頭在待焊界面攪拌摩擦而實現連接的。高速旋轉的攪拌頭和封肩與金屬的摩擦生熱使金屬處于塑性狀態，在攪拌頭的作用下被封肩封閉的塑性金屬一方面上下循環流動，另一方面隨著攪拌頭向前移動，不斷向攪拌頭后方流動填充攪拌頭一處的空間而形成致密的焊縫。攪拌摩擦焊焊縫的組織特征：攪拌摩擦焊接頭的焊縫組織可分為4個區域：A區為母材區，無熱影響也無變形；B區為熱影響區，沒有受到變形的影響，但受到了從焊接區傳導過來的熱量的影響；C區為變形熱影響區，該區既受到了塑性變形的影響，又受到了焊接溫度的影響；D區為焊核，是兩塊焊件的共有部分。攪拌摩擦焊焊縫分區示意圖攪拌摩擦焊的特點：溫度低，所以變形小(即使是長焊縫也是如此)；接頭機械性能好(包括疲勞、拉伸、彎曲)，不產生類似熔焊接頭的鑄造組織缺陷，并且其組織由于塑性流動而細化；與其它焊接方法相比，焊接變形小，調整、返修頻率低，某航空發動機FSW的缺陷發生率低，傳統熔焊時每焊接8.4m，產生一個缺陷，而FSW時在焊接長度為76.2m時，才僅出現一個缺陷。由此可以使成本降低60%；焊前及焊后處理簡單，焊接過程中的摩擦和攪拌可以有效去除焊件表面氧化膜及附著雜質。而且焊接過