07焊接方法与设备-高能束焊资料.ppt
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1、2019/7/7,1,高能束焊接,等离子弧焊接 电子束焊 激光焊,2019/7/7,2,焊接热源的最小加热面积、最大功率密度和温度,2019/7/7,3,等离子弧焊接,定义:借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用,获得高能量密度的等离子弧进行焊接的方法(PAW)。,2019/7/7,4,等离子弧焊接,2019/7/7,5,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的形成,等离子弧定义:通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩所形成的电弧。,2019/7/7,6,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的形成,自由电弧,2019/7/7,7,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的形成,拘束电弧 压缩电弧,
2、2019/7/7,8,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的形成,2019/7/7,9,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的形成,三种压缩机制: 机械(前提):利用水冷喷嘴孔道限制弧柱直径,来提高弧柱的能量密度和温度。 热(主要原因):由于水冷喷嘴温度较低,从而在喷嘴内壁建立起一层冷气膜,迫使弧柱导电断面进一步减小,电流密度进一步提高。弧柱这种收缩谓之“热收缩”,也可称为“热压缩”。 电磁(必然存在):弧柱电流本身产生的磁场对弧柱有压缩作用(即磁收缩效应),电流密度越大,磁收缩作用越强。,2019/7/7,10,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的类型,按电源连接方式分为非转移
3、型、转移型和联合型。,焊接中最常用的类型?,2019/7/7,11,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的形成,等离子弧的影响因素 电流 喷嘴孔径尺寸 等离子气种类及流量(H2、N2、Ar),2019/7/7,12,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的特性,2019/7/7,13,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的特性,TIG:10000-24000K 104w/cm2 PAW:24000-50000K 105w/cm2,2019/7/7,14,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的特性,TIG:斑点热量是焊接的主导能量 弧柱的传导辐射对于焊接是次要能量 PAW:弧柱高速
4、高温等离子体通过接触传导与辐射可能成为焊接的主要能量 斑点热量降为次要能量,2019/7/7,15,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的特性,挺度好、冲击力大,面积变化20%,2019/7/7,16,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的基本方法,(1)小孔型等离子弧 小孔型焊又称鼻孔、锁孔或穿透焊,它是利用等离子能量密度大和等离子流力大的特点,将工件安全熔透并产生一个贯穿工件的小孔。被熔化的金属在电弧吹力、液体金属重力与表面张力相互作用下保持平衡。焊枪前进时,小孔在电弧后方锁闭,形成完全焊透的焊缝。,按焊缝成形原理分,等离子弧焊有三种基本方法:小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微
5、速等离子弧焊。,2019/7/7,17,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的基本方法,(2)熔透型等离子弧焊 当离子气流量较小、弧柱压缩强度较弱时,这种等离子弧在焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应。焊缝成形原理和钨氩弧焊相似。其主要用于薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。 (3)微束等离子弧焊 30A以下熔透型焊接通常称为微束等离子弧焊。采用小孔径压缩喷嘴(0612mm)及联合型弧。它又称针状等离子弧。焊接电流小至1A以下仍有较好的稳定性。,2019/7/7,18,第一节 等离子弧的形成及特性 -等离子弧的适用范围,等离子弧焊与钨极氩弧焊一样,可手工焊也可自动焊,可填加焊丝或不填加焊丝。
6、等离子焊可以焊接碳钢、不锈钢、铜合金、镍合金以及钛合金等。不开坡口对接能一次焊透的厚度,见表。,2019/7/7,19,第一节 等离子弧的形成及特性 -双弧现象及防止,在采用转移弧时,由于某些原因,有时除了在钨极和工件之间燃烧的等离子弧外,还会另外产生一个在钨极喷嘴工件之间燃烧的串列电弧,这种现象谓之双弧,2019/7/7,20,第一节 等离子弧的形成及特性 -双弧现象及防止,危害: 破坏稳定性、破坏接头质量 降低功率、影响穿透力 危害喷嘴,2019/7/7,21,第一节 等离子弧的形成及特性 -双弧现象及防止,防止措施: 正确选择电流 气体成分及流量 喷嘴尺寸、形状 钨极内缩长度、对中 喷嘴
7、冷却 距离焊件的距离 送气方式的改进 清理喷嘴,2019/7/7,22,定义:利用加速和聚焦电子束轰击置于真空或非真空中焊件所生的热能进行焊接的方法称为电子束焊。(EBW),高能束焊接 -电子束焊的定义,2019/7/7,23,(1)功率密度高 电子束焊接时常用的加速电压范围为30150kV,电子束电流201000mA,电子束焦点直径约为0.11mm,这样,电子束功率密度可达106W/cm2以上。 (2)精确、快速的可控性 作为物质基本粒子的电子具有极小的质量(9.110-31kg)和一定的负电荷(1.610-19C),电子的荷质比高达1.7610-11C/kg,通过电场、磁场对电子束可作快速
8、而精确的控制。电子束的这一特点明显地优于激光束,后者只能用透境和反射镜控制,速度慢。,高能束焊接 -电子束的特点,2019/7/7,24,1)电子束穿透能力强,焊缝深宽比大。目前,电子束焊缝的深宽比可达到60:1。焊接厚板时可以不开坡口实现单道焊,比电弧焊可以节省辅助材料和能源的消耗。 2)焊接速度快,热影响区小,焊接变形小。对精加工的工件可用作最后连接工序,焊后工件仍保持足够高的精度。,高能束焊接 -电子束焊的优点-1,2019/7/7,25,高能束焊接 -电子束焊的优点-2,3)真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染,而且有利于焊缝金属的除气和净化,因而特别适于活泼金
9、属的焊接。也常用电子束焊接真空密封元件,焊后元件内部保持在真空状态。 4)电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊接,因而也可以焊接难以接近部位的接缝。 5)通过控制电子束的偏移,可以实现复杂接缝的自动焊接。可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷,提高接头质量。,2019/7/7,26,高能束焊接 -电子束焊的缺点,1)设备比较复杂、费用比较昂贵。 2)焊接前对接头加工、装配要求严格,以保证接头位置准确、间隙小而且均匀。 3)真空电子束焊接时,被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制。 4)电子束易受杂散电磁场的干扰,影响焊接质量。 5)电子束焊接时产生的X射线需要严加防护以保证操作人员的健康和安全。
10、,2019/7/7,27,高能束焊接 -电子束焊的设备,Electron Beam Welding precision components- technician operating 3KW, 12 inch cubed chamber Electron Beam Welder,2019/7/7,28,高能束焊接 -电子束焊的设备,真空电子束焊接上海交大焊接研究所,2019/7/7,29,高能束焊接 -电子束焊的工作原理,电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或场致发射的方式从发射体(阴极)逸出。在25300kV的加速电压的作用下,电子被加速到0.30.7倍的光速,具有一定的动能,经电
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