-焊接的工艺及发展

第卷焊接的工艺及发展VOLNO2016年月PROCESSANDDEVELOPMENTOFWELDINGJuly2016收到初稿日期：；收到修改稿日期：基金项目：西安建筑科技大学作者简介：韩金，女，1994年生，本科，学生，西安建筑科技大学金属1301，陕西，西安710016，电话：123456，E-mail：[e-mail]修改稿焊接的工艺及发展摘要；自改革开放以来，完成了许多具有标志性的重大产品，焊接在国民经济建设中发挥着不可替代的重要作用。虽然焊接材料生产总量及焊丝产量增加迅速，根据国际焊接技术的发展趋势，提出在造船业中应重视焊接机器人、数字化焊接电源和激光、搅拌摩擦焊和高效焊接等新工艺技术的发展与应用，吸引优秀人才到焊接生产第一线，加强政产学研的联合，以优质、高效、低成本的优势，增加我国造船业在国际竞争中的实力。关键词：焊接工艺与设备；中国；焊接生产；焊接技术；现状与发展中图法分类号：TG文献标识码：A文章编号：XXXXXXX1焊接的分类焊接方法种类很多，但按其过程特点不同，可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。熔化焊是将两焊件的连接部位加热至熔化状态在不加压力的情况下，使其冷却凝固成一体，从而完成焊接。压力焊是在焊接过程中，必须对焊件施加压力，同时加热（或不加热）以完成焊接。钎焊是将低熔点的钎料熔化，使其与焊件金属（也加热，但仍处于固态）相互扩散，而实现连接。1.1熔化焊熔焊，又叫熔化焊，是一种最常见的焊接方法。所谓熔焊，是指焊接过程中，将联接处的金属在高温等的作用下至熔化状态而完成的焊接方法，可形成牢固的焊接接头。由于被焊工件是紧密贴在一起的，在温度场、重力等的作用下，不加压力，两个工件熔化的融液会发生混合现象。待温度降低后，熔化部分凝结，两个工件就被牢固的焊在一起，完成焊接的方法。由于在焊接过程中固有的高温相变过程，在焊接区域就产生了热影响固态焊接和熔焊正相反，固态焊接没有金属的熔化。1.2压力焊压力焊是利用焊接时施加一定压力而完成焊接的方法，压力焊又称压焊。这类焊接有两种形式，可加热后施压，亦可直接冷压焊接，其压接接头较牢固1.3钎焊钎焊是用熔点低于母材的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到适当的温度，使焊件仍处于固态而钎料熔化后靠湿润及毛细管作用填充进接头间隙并与母材相互扩散实现连接的一种方法。也有人把钎焊定义为：加热到钎料熔化，母材不熔化，通过母材与钎料之间的溶解，扩散，凝固后实现冶金连接的焊接方法。按钎料熔点，钎焊分为软钎焊和硬钎焊两类。钎焊按加热方式不同分为烙铁钎焊、火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊及炉中钎焊等。无论哪种钎焊，都要有母材、钎料、焊剂三种材料。母材是要被焊接的材料；钎料是填充并连接母材的材料；焊剂是清除母材和钎料表面氧化膜和其它杂质，改善钎料性能并保护液化钎料不被氧化的材料。你问的松香就是一种简单的有机焊剂。由于材料来韩金：键焊接的工艺及发展源方便，污染小，效果还好，所以在原来手工锡焊中得到广泛应用。2焊接的国内发展我国焊接与切割设备制造行业市场现状在国际方面受到全球经济低迷的影响、国际原材料价格持续高位运行的压力和国际行业巨头的冲击;在国内方面，我国工业化、城市化进程加速和国家的政策支持对本行业也影响深远，使得本行业在市场表现上体现了以下方面的特点：首先，从技术层面划分，我国焊接与切割设备制造行业的产品技术集中在中低端，中高端大部分市场领域由国外产品垄断。国内焊接与切割设备制造行业经过几十年的发展，焊接与切割技术日趋成熟，在某些领域与国外产品质量没有太大差别，国内大部分产品主要集中在中低端，产品销售数量要优于国外品牌，但在高铁、核电等高新领域则基本是国外其次，从产品层面划分，以产品价值估算，2007年手工弧焊机、气体保护焊机、氩弧焊机、切割机市场容量估计分别占焊接与切割设备整体容量的比重约为56%，25%，7%和3%;2010年手工弧焊机、气体保护焊机、氩弧焊机、切割设备市场容量分别占焊接与切割机整体容量的比重约为46%是销售数量上都会超过传统的手工焊，成为我国焊接与切割设备市场主导产品的趋势已被业内人士所公认。预计到2015年全行业气体保护焊机的应用比例将会达到约48%。机器人的推进等四个方面。在行业技术趋势上将逐渐淘汰高能耗、高污染、低效率、低附加值的传统机型已成为必然趋势。再次，行业发展趋势以低碳环保、节能高效、自动化、成套为发展方向，体现在产品上则表现为逆变技术进一步普及、气保焊机进一步推广、切割设备自动化进一步提升、特种专用成套设备和松下电器公司、ITW焊接集团等国际行业巨头持续冲击国内行业;国内企业普遍存在知识产权保护不完善、高端人才缺口严重、制造成本上涨的压力等问题。另一方面，我国经济的快速发展客观上为本行业提供了广阔的市场空间;国家一系列政策支持效果明显。本行业生命周期所处的成长期末端显示行业集中度提升、资源有效整合的历史机遇即将出现;国内行业起步晚，吸收国外先进技术实现跨越发展的机遇持续存在。预计我国2015年的焊接与切割设备制造行业的市场容量为420亿元。最后，本行业市场现状深受国内外经济大环境影响，表现为机遇与挑战并存的局面。一方面，美国林肯电气公司、伊萨公司。3焊接的国外发展3.1电子束焊接技术电子束焊接技术的优点在于能量密度高,焊接变形很小,得到的焊缝强度高且质量稳定,焊接可靠性也大大提高,因此满足了航空航天、核工业等高技术领域对焊接质量的高要求,在许多场合已逐步取代其它焊接方法.电子束能轻易地穿透loomm的钢材,可以经济地实现10kw以上的大功率焊接,这为解决航空航天、能源及化学工业中大型容器的焊接提供了可靠的手段.为适应厚板焊接的需要,大功率电子束焊已成为电子束焊接技术发展的一个重要特点.目前国外生产的和市场上销售的电子束焊机的功率为l一120kw,其中高压大功率电子束焊机的焊接熔深最大可达250mm,焊缝深宽比可达50:l;低压电子束焊机最薄可焊0.05mm.焊缝深宽比可达20:1.为完成大厚度金属高质量精密焊接,各国都在开展大功率电子枪的研究.日本大阪大学焊接研究所近年研制成功T500kV、500kw的11级加速式电子枪,由l级100kV和10级40kV电子枪叠加构成,枪高2.sm,外径2.sm,壁厚25mm.由束源发出的电子束经强收缩电磁会聚,在焦点0.sm的位置可获得lo7w/emZ的超高能量密度束流,一次穿透焊接0.Zm超厚度不锈钢材,焊缝深宽比达70:1。韩金：键焊接的工艺及发展法国Framatome公司设计和制造的装有200kw电子枪的大功率FE一200电子束焊机,焊机真空室容积99m3,工件重量可达55t.电子枪可在两个方向分别移动1850mm和4000mm.可焊厚达350mm的板材.为了解决高能束流自身对材料造成的焊接缺陷,法国、日本等国正在对双枪电子束焊接方法进行开发研究,第一电子枪实现金属所必须的熔化,第二电子枪则可以有效地控制焊缝形状,消除焊接缺陷并改善焊缝质量。日本大阪大学焊接研究所研制的3OkW+k6w电子束焊接装置如图2所示,第二电子枪与第一电子枪成25翎倾斜固定安装,阴极采用旁热方式,在使用300小时内可以获得再现性良好的稳定束斑。国外电子束焊机普遍采用微机控制,并向计算机闭环控制和自适应控制发展,目前电子束焊接已进人盘类零件先进集成制造系统(罗·罗公司、普·惠公司)、各类齿轮的柔性制造系统(艾利逊公司)和未来工厂(莱康明公司)中。美国Gencorp公司的Aerojet分部采用电子束焊连接F一22的钦合金主结构件,设计工作全部在计算机上完成,整个焊接过程均编人程序,焊接时不断变化的电子束的速度、角度,焊枪与工件的距离等参数均由计算机控制,这是CNC电子束焊机首次用于焊接大型飞机结构件.英国焊接研究所为法国核公司制造的100kw电子束焊机几乎能对所有金属及合金(厚度为200mm以内)进行高精度的焊接,采用计算机控制射束偏转系统和工艺过程内装组件程序,不仅焊接质量高,而且降低了成本,目前已用于大型压力容器焊接。3.2激光焊接技术随着中小功率激光器性能不断完善,薄板的激光焊接技术已相当成熟,美国、日本及西欧国家1一skw的中等功率COZ激光器在焊接0.lmm一6mm厚度的金属方面得到了广泛的生产应用。国外试验表明,激光焊接接头的硬度、塑性与电子束焊接头差不多,但抗交变负荷要好得多。用激光可在大气中焊接,夹具装卸也很容易、而且激光易用反射镜或棱镜改变光路,可在工件的任意位置上焊接,因此对比较薄的板材,目前正用激光取代电子束焊.如厚度在10mm以下的钦合金和不锈钢的激光焊已有取代电子束焊的趋势.未来大型结构件多采用厚板材,因此大功率激光器在焊接生产中具有日益增长的意义.美、英、日、德、意及前苏联等国在大功率C02激光焊机的研究中均取得重大进展并已应用于生产.目前5一IOkW大功率C02激光可一次焊透8~13mm板材,试验表明用skWCoZ激光器可焊透10一15mm厚钢板,焊缝宽度及热影响区都较窄,焊缝深宽比为4:l、与电子束焊接效果相同。英国独立开发的高速轴流型COZ激光焊机,功率1k0w.能够对20mm厚的钢板进行焊接,具有世界先进水平。日本大阪大学焊接研究所近年开展了大功率15kwCOZ激光厚板陶瓷焊接技术的研究工作,研究结果表明,对87%1A2O3陶瓷在10kw功率输出、焊速400mm/min时可进行20mm厚板的焊接,对10mm厚的陶瓷板通过焊速与激光功率的最佳选择可获得优良的熔透焊缝。通常COZ激光器和YAG激光器的电能转变成光电的效率仅为5%一15%.而且要配备冷却装置,而化学激光器的效率可达30%左右,并易于实现大功率化,很有可能在今后的焊接领域中广泛推广应用.其中尤以碘激光器作为纯化学激光器更引人注目,这种激光器效率高、功率大、能以光纤传导,材料的吸收率高,具有很大的发展潜力。3.3复合束流焊接技术近二十年来发展起来的复合束流焊接技术,是将两种或两种以上单一焊接方法集于一体,取其所长形成的更为先进的焊接技术.它主要是由电子束、激光束和等离子束等高能束流与其他热源组合而形成新的连接方法,包括激光一电弧焊、电子束一ITG焊、激光一等离子弧焊、电子束一等离子弧焊、等离子一MIG焊、高频一激光焊等等,本文对其中研究和应用较多的几种方法作一简单的介绍.(TIG、MIG)焊单独用激光进行焊接时大量能量被激光等离子体吸收及工件反射损失掉了,因此能量利用率低.难以形成深熔焊缝,为解决这一问题,70年代末出现了激光一电弧焊接方法,其主要特点为:(l)高效、节能、利用电弧对激光的增强作用可大大提高激光的利用率,增加有效能量,韩金：键焊接的工艺及发展从而在获得同样焊接效果的条件下减小激光功率,用小功率激光器代替大功率激光器,减少了设备投资,降低了成本;(2)可进行高速焊接,由于激光加热斑点有强烈吸附电弧的作用,可以在高速(10m/min以上)下将小电流电弧牢牢地吸引前进.双热源焊熔透性增加,使焊速也比单独激光焊提高好几倍;(3)增加熔透,改善焊缝成形.在相同激光能量和焊速条件下,外加电弧(30一50A)即可使焊缝熔探增加一倍多,调节两种热源参数可获得不同的深宽比,满足不同的焊接需要;(4)可获优质的焊接接头,用激光加电弧双热源焊接,不仅热影响区小,而且可以避免单独电弧高速焊时易出现的焊缝咬边、根切等缺陷,也可避免单独激光焊时易出现的焊道不均匀成型。0.5一sm/min,获得的熔深是单独使用skw激光束焊接时的1.3一1.6倍。加TIG电弧时要获得最大熔深需选择合适的参数,主要参数有钨极与激光束之间的距离、一般越近越好;同时与电流大小、焊速、激光功率以及激光焦点距工件表面距离等参数也有关。此时要获得最大熔深也要调整好激光焦点到熔池根部距离,选择合适的电源,激光功率和焊速等参数.日本四国工业技术研究所对此进行研究时,发现激光束焦点置于溶池最深处时,电弧力将熔化金属排开,形成表面下凹低坑,从而获得最大溶深。由于激光的辅助作用,电弧的稳定性得到提高,电弧电流增加且熔深加大,skw激光束与400A的MIG电弧相复合,焊速为0.