先进焊接技术综述-天津大学研究生e-Learning平台.DOC

先进焊接技术综述 王家兴 天津大学机械学院机械工程2013级硕士生 摘要：随着国民经济的发展和制造业的发展，我国在焊接技术领域也有了很大程度的提高，在应用方面也更为广泛，新技术主要在航空航天、汽车、核工业等起着重大的作用。而随着科学技术的不断进步与产业升级的要求，新的焊接技术在应用方面也会适应社会的需求，存在于各个行业的各个领域。 关键词：先进焊接技术；电子束焊；激光焊；搅拌摩擦焊 0 前言* 焊接是将领种以上材料，经过原子或分子之间的结合和扩散，连接成一体的工艺过程。焊接主要分为熔焊、压焊和钎焊。 与传统的焊接技术相比较，当前的焊接技术在各个方面都有了很明显的优势，目前在中国的制造企业的先进焊接技术主要有电子束焊接、激光焊接和搅拌摩擦焊等三种焊接技术，无论技术含量还是实用性方面都比传统技术要有很大的进步。本文将就上述三种技术做一个简要的介绍。 1 先进焊接技术简介 1.1 先进焊接技术应用领域 在当前，新的焊接技术广泛应用于各个领域，主要体现在飞机制造、航空航天这类大型的制造业。焊接结构件在喷气发动机零部件总数中所占比例已超过50%，焊接的工作量已占发动机制造总工时的10%左右[1]。 另外，先进焊接技术在汽车制造领域应用也非常广泛。电子束焊接在汽车制造领域应用，影响着汽车部件的方方面面。车身拼焊、框架结构和零部件的焊接主要由激光焊进行。搅拌摩擦焊在汽车制造工业中的应用主要为：发动机引擎和汽车地方车身支架，汽车轮毂，液压成型管附件，汽车车门预成型件，轿车、旅行车、卡车、摩托车等的车体空间框架等[1]。 1.2 技术创新的趋势 就当前发展情况来看，在未来主要有以下三方面发展趋势：小型化、集成化和信息化 1、小型化 随着各种新技术的涌现和融合，这些应用于大型结构的设备将不断的小型化以适应普通的生产需求。同时还可以在同等工作要求下精简设备、降低成本，使普通的小企业也可以享受这种高效、优质的技术。激光辅助搅拌摩擦焊（LAFSW），就是在焊前通过激光进行辅助加工，得到满意效果，还可以加工非金属和不导电的材料，大大扩大了该技术的使用范围。同时，还可以将已有焊接技术进行嫁接，以期达到更佳效果。 2、集成化 装备的集成化是机械加工业发展的一大趋势。当前主流的焊接技术在使用的过程中，通常作为单独的技术，很少出现与其他的技术共同使用的情况，这样应不利于生产率的提高。而在未来这一情况将渐渐的改变。先进焊接技术的设备通常非常庞大，而且运行也十分复杂，与其他技术相结合会使得整个技术得到相应的提高，也会有更广阔的发展空间，同时也会提高生产效率。 3、信息化 信息化也是制造业发展的一的趋势。随着科技发展，计算机技术和焊接技术的即一步应该与结合，使得焊接技术在理论、实践方面有着重大发展。而计算机技术的出现与广泛应用，也使得焊接技术可以基于网络信息的平台，通过建立数据库，完成了焊接技术的信息化。信息化的出现，方便了整个行业对该技术的使用与共享，从而形成行业标准。各种技术都有不同的参考，在使用中也会有详细的记录，对于提高焊接的工艺水平和工艺设计有很大帮助，这样使得我国工业整体的水平在未来都会上升到一个层次，从而达到产业升级[1]。 2 电子束焊接 2.1 电子束焊接原理 电子束焊接是利用电子枪中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[2]。 2.2 电子束焊接的控制 当电子枪中的电场强度增加到临界放电条件时，就引起阴极与控制极之间的放电，从而瞬间改变控制极的电压，导致阴极电子不受控制极控制(控制极聚束主要由电压控制)大量发射，形成瞬间的强电流束击打工件表面[2]。 电子束的放电过程中有可能突然出现远大于正常工作时的电子束流，这些电子束流会破坏电子束连续焊接能量流的平衡，在焊缝中形成微气孔或深熔坑，导致产品报废。因此，这种放电应在加工中尽量避免。 实际上电子枪中由于电场形状奇特，分布不均匀，加上放电因素复杂，因此放电电压非一般理论计算所能求得，只能从试验中获取。对于突然出现的强电子束流，只能根据放电原理结合实践，总结经验。 首先，要避免金属蒸气直接进入电子枪。通过对电子束进行静态偏转，使焊缝部位与电子枪中心线呈一定的角度，避免金属蒸气直接进入电子枪中，可有效减少放电现象的产生。 其次，要控制焊接参数。方法有：控制加速电压、增大工作距离、不使用脉冲焊接方式、使用较小的函数图形、避免长时间连续工作和高真空焊接。 另外，还要对电子抢进行清洗和调整。 3 激光焊接 3.1 激光焊接原理 激光焊接是一种高速、变形极小、非接触的焊接方式，适合大量且连续的在线加工。激光焊