第十一章其他焊接、切割方法與技術(shù)§11-1釬焊§11-2電渣焊§11-3碳弧氣刨§11-4摩擦焊與螺柱焊§11-5高能束焊及焊接機(jī)器人思考與練習(xí)12一、釬焊原理§11-1釬焊二、釬焊的分類及特點(diǎn)三、釬料與釬劑四、常用釬焊方法五、釬焊工藝3一、釬焊原理釬焊是采用比焊件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于焊件熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)焊件連接的方法，其過程如圖所示?！?1-1釬焊釬焊過程a）在接頭處安置釬料，并對焊件和釬料進(jìn)行加熱b）釬料熔化并開始流入釬縫間隙c）釬料填滿整個釬縫間隙，凝固后形成釬焊接頭4二、釬焊的分類及特點(diǎn)按釬料熔點(diǎn)不同，可分為軟釬焊和硬釬焊。當(dāng)釬料的熔點(diǎn)（或液相線）低于450℃時，稱為軟釬焊；當(dāng)其熔點(diǎn)高于450℃時，稱為硬釬焊。按照熱源種類和加熱方式不同，可分為火焰釬焊、感應(yīng)釬焊、爐中釬焊、電阻釬焊、電弧釬焊、激光釬焊、氣相釬焊、烙鐵釬焊等。最簡單、最常用的是火焰釬焊和烙鐵釬焊。§11-1釬焊1．釬焊的分類5釬焊與熔焊方法比較具有以下特點(diǎn)：（1）釬焊時加熱溫度低于焊件金屬的熔點(diǎn)，所以，釬焊時釬料熔化，焊件不熔化，焊件金屬的組織和性能變化較少。（2）某些釬焊可以一次焊幾條、幾十條釬縫甚至更多，所以生產(chǎn)效率高，如自行車車架的焊接。§11-1釬焊2．釬焊的特點(diǎn)6（3）釬焊不僅可以焊接同種金屬，也適宜焊接異種金屬，甚至可以焊接金屬與非金屬，例如，原子能反應(yīng)堆中金屬與石墨的釬焊。（4）釬焊接頭的強(qiáng)度和耐熱能力比基體金屬低；裝配要求比熔焊高；以搭接接頭為主，使結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加?！?1-1釬焊2．釬焊的特點(diǎn)7三、釬料與釬劑釬焊時用于形成釬縫的填充金屬稱為釬料。（1）釬料的分類根據(jù)釬料的熔點(diǎn)不同可以分為兩大類：熔點(diǎn)低于450℃的稱為軟釬料，這類釬料熔點(diǎn)低，強(qiáng)度也低；熔點(diǎn)高于450℃的稱為硬釬料，具有較高的強(qiáng)度，可以連接承受重載荷的零件，應(yīng)用較廣泛?！?1-1釬焊1．釬料8（2）釬料的型號相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對釬料的型號做了規(guī)定，如國家標(biāo)準(zhǔn)《銀釬料》（GB/T10046—2018）、《鎳基釬料》（GB/T10859—2008）、《鋁基釬料》（GB/T13815—2008）、《錫鉛釬料》（GB/T3131—2001）等。（3）釬料的牌號釬料的牌號有原冶金工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)和原機(jī)械電子工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)兩種表示方法?！?1-1釬焊1．釬料9釬劑是釬焊時使用的熔劑。它的作用是清除釬料和焊件表面的氧化物，并保護(hù)焊件和液態(tài)釬料在釬焊過程中不被氧化，以改善液態(tài)釬料對焊件的潤濕性。各種金屬材料火焰釬焊的釬料和釬劑的選用見表?！?1-1釬焊2．釬劑各種金屬材料火焰釬焊的釬料和釬劑的選用10四、常用釬焊方法火焰釬焊是一種簡單而實(shí)用的釬焊方法，如圖所示。它通用性好，所需的設(shè)備簡單、輕便，操作方便，燃?xì)鈦碓磸V，不依賴于電力，并能保證必要的質(zhì)量。§11-1釬焊1．火焰釬焊火焰釬焊11浸漬釬焊是指把工件局部或整體放入熔融態(tài)的鹽混合物（又稱鹽浴）或釬料（又稱金屬?。┲校揽窟@些金屬介質(zhì)的熱量來實(shí)現(xiàn)釬焊的過程。這種釬焊方法的溫度易控制，加熱均勻且速度快，一般比爐中加熱要快3～6倍，生產(chǎn)效率高，可保護(hù)工件不被氧化，有時還能同時完成淬火等熱處理過程，特別適用于大批量生產(chǎn)?！?1-1釬焊2．浸漬釬焊12感應(yīng)釬焊是指將工件的待焊部位置于交變磁場中，通過它在交變磁場中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的電阻熱來加熱工件的一種釬焊方法。感應(yīng)釬焊常用的是中頻和高頻交流電源。感應(yīng)圈是傳遞感應(yīng)電流的部件，感應(yīng)圈設(shè)計(jì)得好壞對加熱影響極大，如圖所示為感應(yīng)圈的典型結(jié)構(gòu)?！?1-1釬焊3．感應(yīng)釬焊感應(yīng)圈的典型結(jié)構(gòu)a）單匝感應(yīng)圈b）多匝螺管形感應(yīng)圈c）扁平式感應(yīng)圈d）外熱式感應(yīng)圈e）內(nèi)熱式感應(yīng)圈13爐中釬焊廣泛應(yīng)用于已裝配好的工件。釬料預(yù)先放置在接頭附近或接頭內(nèi)，并將所選的粉狀或糊狀釬劑覆蓋于接頭上，一起置于爐中，加熱至釬焊溫度。依靠釬劑去除釬焊處的表面氧化膜，熔化的釬料流入釬縫間隙，冷凝后形成接頭，如圖所示?！?1-1釬焊4．爐中釬焊爐中釬焊1—釬料2—釬劑3—釬焊爐4—釬焊接頭14電阻釬焊的基本原理與電阻焊相同，它是利用電流通過工件的釬焊處所產(chǎn)生的電阻熱加熱工件和熔化釬料的一種釬焊方法。將預(yù)先成形的釬料放入釬焊接頭處，然后將釬焊接頭兩端加上電極，對釬焊處施加一定的壓力，將被焊工件和釬料壓在一起，然后接通電源完成電阻釬焊，其原理如圖所示。§11-1釬焊5．電阻釬焊電阻釬焊的原理1—降壓變壓器２—控制電源3—焊件４—預(yù)先成形的釬料15釬焊方法種類較多，各種釬焊方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍見表?！?1-1釬焊5．電阻釬焊各種釬焊方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍16五、釬焊工藝釬焊時釬縫的強(qiáng)度比母材低，若采用對接接頭，則接頭的強(qiáng)度比母材低。常用釬焊接頭形式如圖所示?！?1-1釬焊1．釬焊接頭形式常用釬焊接頭形式a）搭接接頭b）、c）對接接頭局部搭接d）T形接頭局部搭接e）管件的套接接頭f）管件與管座套管接頭17焊接前應(yīng)使用機(jī)械方法或化學(xué)方法除去焊件表面的氧化膜。為防止液態(tài)釬料隨意流動，常在焊件非焊接表面涂阻流劑?！?1-1釬焊2．焊前準(zhǔn)備18釬焊間隙應(yīng)適當(dāng)，若間隙過小，釬料流入困難，在釬縫內(nèi)形成夾渣或未焊透，導(dǎo)致接頭強(qiáng)度降低；若間隙過大，毛細(xì)作用減弱，釬料不能填滿間隙，使釬縫強(qiáng)度降低，同時釬縫過大也使釬料消耗過多。各種材料釬焊時的接頭間隙見表?！?1-1釬焊3．裝配間隙各種材料釬焊時的接頭間隙19一、電渣焊的原理及特點(diǎn)§11-2電渣焊二、電渣焊的類型三、電渣焊焊接材料四、電渣焊的焊接參數(shù)五、電渣焊設(shè)備20一、電渣焊的原理及特點(diǎn)電渣焊是利用電流通過液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法，其基本原理如圖所示?！?1-2電渣焊1．電渣焊的原理電渣焊的基本原理1—焊件2—金屬熔池3—渣池4—導(dǎo)電嘴5—焊絲6—冷卻滑塊7—焊縫8—金屬熔滴9—引出板10—引弧板21（1）生產(chǎn)效率高對于大厚度的焊件可以一次焊好，且不必開坡口。（2）經(jīng)濟(jì)效果好電渣焊的焊縫準(zhǔn)備工作簡單，大厚度焊件不需要加工坡口即可進(jìn)行焊接，因而可以節(jié)約大量金屬和加工時間。（3）宜在垂直位置焊接當(dāng)焊縫中心線處于垂直位置時，電渣焊形成熔池及焊縫成形條件最好，故電渣焊一般適用于垂直位置焊縫的焊接?！?1-2電渣焊2．電渣焊的特點(diǎn)22（4）焊縫缺欠少進(jìn)行電渣焊時，渣池在整個焊接過程中總是覆蓋在焊縫上面，一定深度的渣池使液態(tài)金屬得到良好的保護(hù)，以避免空氣的有害作用，并對焊件進(jìn)行預(yù)熱，使冷卻速度緩慢，有利于熔池中氣體、雜質(zhì)有充分的時間析出，因此，焊縫不易產(chǎn)生氣孔、夾渣及裂紋等缺欠。（5）焊接接頭晶粒粗大這是電渣焊的主要缺點(diǎn)?！?1-2電渣焊2．電渣焊的特點(diǎn)23二、電渣焊的類型絲極電渣焊是用焊絲作為熔化電極的電渣焊。焊絲還可做橫向擺動，此方法一般適用于焊接厚度為40～450mm的焊件及較長的焊縫，如圖所示?！?1-2電渣焊1．絲極電渣焊絲極電渣焊1—導(dǎo)軌2—焊機(jī)機(jī)頭3—控制臺4—冷卻滑塊5—焊件6—導(dǎo)電嘴7—渣池8—熔池24板極電渣焊是用金屬板條作為電極的電渣焊，如圖所示。其特點(diǎn)是設(shè)備簡單，電極不需要做橫向擺動，可利用邊料作電極。此法要求板極長度為焊縫長度的3～4倍?！?1-2電渣焊2．板極電渣焊板極電渣焊1—板極2—工件3—渣池4—金屬熔池5—焊縫6—水冷成形塊25熔嘴電渣焊如圖所示，其電極由固定在接頭間隙中的熔嘴（由鋼板、鋼管點(diǎn)焊而成）和焊絲構(gòu)成。熔嘴起著導(dǎo)電、填充金屬和為送絲導(dǎo)向的作用。熔嘴電渣焊的特點(diǎn)是設(shè)備簡單，可焊接大斷面的長焊縫和變斷面的焊縫?！?1-2電渣焊3．熔嘴電渣焊熔嘴電渣焊1—電源2—引出板3—焊絲4—熔嘴鋼管5—熔嘴夾持架6—絕緣塊7—工件8—熔嘴銅塊9—水冷成形滑塊10—渣池11—金屬熔池12—焊縫13—引弧板26三、電渣焊焊接材料目前常用的電渣焊焊劑有HJ360、HJ170。HJ360是中錳高硅中氟焊劑，常用于焊接大型低碳鋼和某些低合金結(jié)構(gòu)。HJ170呈固態(tài)時具有導(dǎo)電性，用于電渣焊開始時形成渣池。除上述兩種專用焊劑外，HJ431也廣泛應(yīng)用于電渣焊中?！?1-2電渣焊1．電渣焊焊劑27進(jìn)行電渣焊時，由于渣池的溫度較低，熔渣與金屬冶金反應(yīng)較弱，焊劑的消耗量又少，故難以通過焊劑向焊縫滲合金，主要靠電極直接向焊縫滲合金。電渣焊的電極有焊絲、熔嘴、板極等。生產(chǎn)中多采用低合金結(jié)構(gòu)鋼焊絲或材料作為電極，常用焊絲有H08MnA、H08Mn2SiA、H10Mn2等，板極和熔嘴板的材料通常為Q295鋼等，熔嘴管為20號無縫鋼管。§11-2電渣焊2．電渣焊的電極材料28四、電渣焊的焊接參數(shù)電渣焊的焊接參數(shù)眾多，但對于焊縫成形影響比較大的主要是焊接電流、焊接電壓、裝配間隙、渣池深度。焊接電流、焊接電壓增大，渣池?zé)崃吭龃?，故焊縫寬度增大。但焊接電流過大，焊絲熔化加快，使渣池上升速度加快，反而會使焊縫寬度減小。焊接電壓過大會破壞電渣焊過程的穩(wěn)定性?！?1-2電渣焊29四、電渣焊的焊接參數(shù)HS-1000型電渣焊機(jī)可按需要分別使用1～3根焊絲或板極進(jìn)行焊接。它主要由自動焊機(jī)頭、導(dǎo)軌、焊絲盤、控制箱等組成，并配有焊接不同焊縫形式的附加零件，焊接電源采用BP1-3×1000型焊接變壓器，如圖所示?！?1-2電渣焊HS-1000型電渣焊機(jī)1—導(dǎo)軌2—自動焊機(jī)頭3—焊絲盤4—BP1-3×1000型焊接變壓器5—控制箱30一、碳弧氣刨的原理及特點(diǎn)§11-3碳弧氣刨二、碳弧氣刨設(shè)備三、碳弧氣刨工藝參數(shù)31一、碳弧氣刨的原理及特點(diǎn)碳弧氣刨是使用石墨棒與刨件間產(chǎn)生電弧將金屬熔化，并用壓縮空氣將其吹掉，實(shí)現(xiàn)在金屬表面加工溝槽的方法，如圖所示?！?1-3碳弧氣刨碳弧氣刨的原理1—電極2—刨鉗3—壓縮空氣流4—刨件32一、碳弧氣刨的原理及特點(diǎn)1．與風(fēng)鏟相比，碳弧氣刨可以提高生產(chǎn)效率10倍，在仰位或豎位時更具有優(yōu)越性。2．與風(fēng)鏟相比，碳弧氣刨噪聲較低，并減輕了勞動強(qiáng)度，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。3．在對封底焊進(jìn)行碳弧氣刨挑焊根時，易發(fā)現(xiàn)細(xì)小缺欠，并可以克服風(fēng)鏟由于位置狹窄而無法使用的缺點(diǎn)。4．碳弧氣刨也有一些缺點(diǎn)，如產(chǎn)生煙霧，噪聲較高，粉塵污染，弧光輻射等?！?1-3碳弧氣刨33二、碳弧氣刨設(shè)備碳弧氣刨設(shè)備由電源、氣刨槍、碳棒、電纜、氣管和空氣壓縮機(jī)組成，如圖所示。§11-3碳弧氣刨碳弧氣刨設(shè)備1—電源2—?dú)馀贅?—碳棒4—電纜、氣管5—空氣壓縮機(jī)6—工件34三、碳弧氣刨工藝參數(shù)碳弧氣刨一般都采用直流反極性（鑄鐵、銅及銅合金采用正極性），這樣刨削過程穩(wěn)定，刨槽光滑?！?1-3碳弧氣刨1．電源極性35碳棒直徑根據(jù)被刨削金屬的厚度來選擇，見表?！?1-3碳弧氣刨2．電流與碳棒直徑鋼板厚度與碳棒直徑的關(guān)系36刨削速度對刨槽尺寸和表面質(zhì)量都有一定的影響。刨削速度太快，會造成碳棒與金屬相碰，使碳黏附在刨槽的頂端，形成所謂“夾碳”的缺欠。刨削速度增大，刨削深度減小，一般刨削速度為0.5～1.2m/min較合適?！?1-3碳弧氣刨3．刨削速度37壓縮空氣的壓力高，能迅速吹走液態(tài)金屬，使碳弧氣刨順利進(jìn)行，一般壓縮空氣壓力為0.4～0.6MPa。壓縮空氣中的水分應(yīng)適當(dāng)控制，水分和油分過多會使刨槽表面質(zhì)量變差。§11-3碳弧氣刨4．壓縮空氣壓力38電弧過長，會引起操作不穩(wěn)定，甚至熄弧。因此，操作時要求盡量保持短弧，這樣可以提高生產(chǎn)效率，還可以提高碳棒的利用率；但電弧太短，又容易引起“夾碳”缺欠。因此，碳弧氣刨電弧的長度一般以1～2mm為宜。§11-3碳弧氣刨5．電弧長度39碳棒與刨件沿刨槽方向的夾角稱為碳棒傾角。傾角的大小影響刨槽的深度，傾角增大，槽深增加，碳棒的傾角一般為25°～45°，如圖所示?！?1-3碳弧氣刨6．碳棒與工件的傾角碳棒傾角40碳棒從導(dǎo)電嘴到電弧端的長度為伸出長度。碳棒伸出長度越長，就會使壓縮空氣吹到熔池的風(fēng)力不足，不能順利地將熔化金屬吹走；同時，碳棒伸出長度越長，碳棒的電阻增大，燒損也快。但伸出長度太短會引起操作不方便。一般碳棒伸出長度以80～100mm為宜?！?1-3碳弧氣刨7．碳棒伸出長度41一、摩擦焊§11-4摩擦焊與螺柱焊二、螺柱焊42一、摩擦焊摩擦焊的原理如圖所示。在壓力作用下，待焊界面通過相對運(yùn)動進(jìn)行摩擦，機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮??！?1-4摩擦焊與螺柱焊1．摩擦焊的原理摩擦焊的原理a）形成相對運(yùn)動b）施加壓力，兩界面接觸c）進(jìn)行焊接d）焊接結(jié)束43摩擦焊根據(jù)工件相對運(yùn)動形式和工藝特點(diǎn)來分，主要有連續(xù)驅(qū)動摩擦焊、慣性摩擦焊和攪拌摩擦焊三種。（1）連續(xù)驅(qū)動摩擦焊焊接時，兩待焊工件分別固定在旋轉(zhuǎn)夾具（通常軸向固定）和移動夾具內(nèi)。（2）慣性摩擦焊慣性摩擦焊焊接時，工件的旋轉(zhuǎn)端被夾持在飛輪里，焊接過程開始時，首先將飛輪和工件的旋轉(zhuǎn)端加速到一定的轉(zhuǎn)速，然后飛輪與主電動機(jī)脫開?！?1-4摩擦焊與螺柱焊2．摩擦焊的分類44（3）攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊的原理如圖所示，一個帶有軸肩和攪拌針的特殊形狀的攪拌工具旋轉(zhuǎn)著插入被焊工件，通過攪拌工具與工件的摩擦產(chǎn)生熱量，把工件加熱到塑性狀態(tài)，然后攪拌工具帶動塑化材料沿著焊縫運(yùn)動，在攪拌工具高速旋轉(zhuǎn)摩擦和擠壓作用下形成固相連接的接頭?！?1-4摩擦焊與螺柱焊2．摩擦焊的分類攪拌摩擦焊的原理45（1）摩擦焊的優(yōu)點(diǎn)1）接頭質(zhì)量高。2）適合異種材質(zhì)的連接。3）生產(chǎn)效率高。4）尺寸精度高。5）設(shè)備易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化，操作簡單。6）環(huán)境清潔。7）生產(chǎn)費(fèi)用低。（2）摩擦焊的缺點(diǎn)與局限性1）對非圓形截面焊接較為困難，所需設(shè)備復(fù)雜；對盤狀薄零件和薄壁管件，由于不易夾固，施焊也很困難。2）焊機(jī)的一次性投資較大，大批量生產(chǎn)時才能降低生產(chǎn)成本?！?1-4摩擦焊與螺柱焊3．摩擦焊的特點(diǎn)46二、螺柱焊將螺柱一端與板件（或管件）表面接觸，通電引弧，待接觸面熔化后，給螺柱一定壓力完成焊接的方法稱為螺柱焊，如圖所示?！?1-4摩擦焊與螺柱焊螺柱焊a）螺柱（帶起弧凸起）與工件保持一定距離b）螺柱凸起接觸工件表面c）引燃電弧d）螺柱凸起與工件表面熔化形成熔池e）加壓定位f）焊接結(jié)束47（1）焊接時間短（通常少于1s），不需要填充金屬，生產(chǎn)效率高；熱輸入小，焊縫金屬和熱影響區(qū)窄，焊接變形極小。（2）只需單面焊，熔深淺，焊接過程不會對焊件背面造成損害。安裝緊固件時，不必鉆孔、攻螺紋和鉚接，使緊固件之間的間距達(dá)到最小，增加了防漏的可靠性。（3）對焊件表面清理要求不高，焊后也無須清理。（4）與螺紋擰入的螺柱相比，所需母材厚度小，因而節(jié)省材料，還可減少連接部件所需的機(jī)械加工工序，成本低?！?1-4摩擦焊與螺柱焊1．螺柱焊的特點(diǎn)48（5）螺柱焊可焊接小螺柱、薄母材和異種金屬，也可以把螺柱焊到有金屬涂層的母材上，且有利于保證焊接質(zhì)量。（6）可進(jìn)行全位置焊接。（7）螺柱的形狀和尺寸受焊槍夾持和電源容量限制，螺柱的底端尺寸受母材厚度的限制。（8）焊接易淬硬金屬時，由于焊接冷卻速度快，易在焊縫和熱影響區(qū)形成淬硬組織，接頭延性較差?！?1-4摩擦焊與螺柱焊1．螺柱焊的特點(diǎn)49螺柱焊根據(jù)所用電源和接頭形成過程的不同通?？煞譃殡娀÷葜福ㄓ址Q標(biāo)準(zhǔn)螺柱焊）、電容儲能螺柱焊和短周期螺柱焊三種基本形式。它們的主要區(qū)別在于供電電源和燃弧時間長短的不同?！?1-4摩擦焊與螺柱焊2．螺柱焊的分類50電弧螺柱焊是電弧焊方法的一種特殊應(yīng)用。（1）電弧螺柱焊的過程電弧螺柱焊的焊接過程如圖所示（箭頭表示螺柱運(yùn)動方向）。§11-4摩擦焊與螺柱焊3．電弧螺柱焊電弧螺柱焊的焊接過程51（2）電弧螺柱焊的設(shè)備電弧螺柱焊設(shè)備由焊接電源、焊接時間控制器和焊槍等組成。如圖所示為電弧螺柱焊設(shè)備?！?1-4摩擦焊與螺柱焊3．電弧螺柱焊電弧螺柱焊設(shè)備a）焊接電源b）焊槍52（3）電弧螺柱焊的焊接參數(shù)輸入足夠的能量是保證獲得優(yōu)質(zhì)電弧螺柱焊接頭的基本條件，而這個能量又與螺柱的橫截面積大小、焊接電流、電弧電壓及燃弧時間有關(guān)?！?1-4摩擦焊與螺柱焊3．電弧螺柱焊53一、真空電子束焊§11-5高能束焊及焊接機(jī)器人二、激光焊接與切割三、焊接機(jī)器人54一、真空電子束焊電子束是從電子槍中產(chǎn)生的，如圖所示?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人1．真空電子束焊的原理真空電子束焊的原理55強(qiáng)烈的金屬氣流將熔化的金屬排開，使電子束繼續(xù)撞擊深處的固態(tài)金屬，很快在被焊焊件上“鉆”出一個鎖形小孔（匙孔），如圖所示?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人1．真空電子束焊的原理電子束焊焊縫成形的原理a）接頭局部熔化、蒸發(fā)b）金屬蒸氣排開液態(tài)金屬，電子束“鉆入”母材，形成“匙孔”c）電子束穿透工件，“匙孔”由液態(tài)金屬包圍d）焊縫凝固成形56真空電子束焊與其他焊接方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）電子束功率密度很高，為電弧焊的5000～10000倍，所以焊接速度快，又因焊接時的電子束電流很小，焊接的熱影響區(qū)和變形極小。（2）電子束穿透能力強(qiáng)，焊縫深寬比大，深寬比可達(dá)50：1，而焊條電弧焊的深寬比約為1：1.5；埋弧焊約為1：1.3。因此，電子束焊接時可以不開坡口，實(shí)現(xiàn)單道、大厚度焊接，比電弧焊節(jié)省材料且降低了能量消耗?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人2．真空電子束焊的特點(diǎn)及應(yīng)用57（3）真空環(huán)境下焊接，不僅可防止熔化金屬受到氫氣、氧氣、氮?dú)獾奈廴?，而且有利于焊縫金屬的除氣和凈化。（4）真空電子束焊能焊接用其他焊接工藝難以或根本不能焊接的形狀復(fù)雜的焊件，能焊接特種金屬、難熔金屬和某些非金屬材料，也適用于異種金屬、金屬與非金屬間的焊接及熱處理后零件與缺陷的修補(bǔ)?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人2．真空電子束焊的特點(diǎn)及應(yīng)用58二、激光焊接與切割激光是一種新能源，是比等離子弧能量更為集中的熱源。激光焊接與切割如圖所示?！?1-4摩擦焊與螺柱焊激光焊接與切割59（1）激光焊接的原理激光與普通光不同，它具有能量密度高［可達(dá)1×（105

～1013）W/cm2］、單色性好、方向性強(qiáng)等特點(diǎn)。激光焊就是利用激光器產(chǎn)生的單色性、方向性非常高的激光束，經(jīng)過光學(xué)聚焦后，把其聚焦到直徑為10μm的焦點(diǎn)上，能量密度達(dá)到1×106W/cm2以上，通過光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而熔化金屬進(jìn)行焊接?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人1．激光焊接60（2）激光焊接的特點(diǎn)及應(yīng)用1）能準(zhǔn)確聚焦為很小的光束（直徑為10μm），焊縫極為窄小，變形極小，熱影響區(qū)極窄。2）功率密度高，加熱集中，可獲得深寬比大的焊縫（目前已達(dá)12:1），不開坡口單道焊接鋼板的厚度已達(dá)50mm。3）焊接過程非?？?，焊件不易氧化?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人1．激光焊接614）激光焊的不足之處在于設(shè)備的一次性投資大，設(shè)備較復(fù)雜，對高反射率的金屬直接進(jìn)行焊接較困難。5）由于激光焊接具有上述特點(diǎn)，因此，它常被應(yīng)用于儀器、微型電子工業(yè)中的超小型元件及航天技術(shù)中特殊材料的焊接?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人1．激光焊接62（1）激光切割的原理激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)；同時，借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而將工件切割開。激光切割屬于熱切割方法之一?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人2．激光切割63（2）激光切割的特點(diǎn)激光切割與其他切割方法相比具有以下特點(diǎn)：1）激光切割質(zhì)量好。表所列為對厚6.2mm的低碳鋼板采用激光切割、氣割及等離子弧切割三種方法所產(chǎn)生的切縫的寬度、形態(tài)及其他情況的比較?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人2．激光切割激光切割與其他切割方法的比較642）切割材料的種類多。3）切割效率高。4）非接觸式加工。5）激光切割噪聲低，污染小。6）激光切割的不足之處在于設(shè)備費(fèi)用高，一次性投資大。因此，目前激光切割主要用于中、小厚度板材和管材的切割?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人2．激光切割65（3）激光切割工藝及其應(yīng)用根據(jù)切割材料的機(jī)理不同，激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割及激光劃片與控制斷裂。1）激光汽化切割。2）激光熔化切割。3）激光氧氣切割。4）激光劃片與控制斷裂?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人2．激光切割66（4）激光切割設(shè)備激光切割設(shè)備主要由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、CNC控制的運(yùn)動系統(tǒng)等組成，此外，還有抽吸系統(tǒng)以保證有效地去除煙氣和粉塵。激光切割時割炬與工件間的相對移動有以下三種情況：1）割炬不動，工件通過工作臺做運(yùn)動，主要用于尺寸比較小的工件。2）工件不動，割炬移動。3）割炬和工作臺同時移動?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人2．激光切割67三、焊接機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一，屬于新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它的出現(xiàn)對現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域以至于人們的生活產(chǎn)生了重要影響。見圖。§11-5高能束焊及焊接機(jī)器人1．焊接機(jī)器人概況焊接機(jī)器人68目前，工業(yè)機(jī)器人已發(fā)展到第三代智能機(jī)器人階段。它是綜合人工智能而建立起來的電子機(jī)械自動裝置，具有感知和識別周圍環(huán)境的能力，能根據(jù)具體情況確定行動軌跡。因此，應(yīng)用焊接機(jī)器人將會帶來以下優(yōu)點(diǎn)：（1）焊接質(zhì)量的穩(wěn)定和提高易于實(shí)現(xiàn)，保證其均一性。（2）提高生產(chǎn)效率，在一天內(nèi)可24h連續(xù)生產(chǎn)。（3）改善焊工勞動條件，可在有害環(huán)境下長期工作?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人2．焊接機(jī)器人的特點(diǎn)69（4）降低對工人操作技術(shù)難度的要求。（5）縮短產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資。（6）可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動化。（7）為焊接柔性生產(chǎn)線提供基礎(chǔ)?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人2．焊接機(jī)器人的特點(diǎn)70現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的焊接機(jī)器人的基本工作原理是“示教—再現(xiàn)”和“可編程控制”，如圖所示。§11-5高能束焊及焊接機(jī)器人3．焊接機(jī)器人的工作原理焊接機(jī)器人的工作原理1—控制柜２—焊接電源３—冷卻水箱4—送絲機(jī)5—焊槍6—變位機(jī)（夾具）7—機(jī)器人本體8—?dú)馄?1焊接機(jī)器人的組成如圖所示，它主要由機(jī)器人本體、焊接電源、送絲機(jī)、焊絲盤、焊槍、供氣系統(tǒng)、清槍剪絲機(jī)、焊接變位機(jī)、煙塵凈化器、控制柜、示教器和防碰撞傳感器、空氣壓縮機(jī)等組成?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人4．焊接機(jī)器人的組成焊接機(jī)器人的組成1—機(jī)器人控制柜2—空氣壓縮機(jī)3—示教器4—清槍剪絲機(jī)5—焊接電源6—焊槍7—防碰撞傳感器8—機(jī)器人本體9—送絲機(jī)10—煙塵凈化器11—焊絲盤12—底座13—?dú)馄?4—焊接變位機(jī)72（1）機(jī)器人本體工業(yè)機(jī)器人本體用于夾持焊槍，執(zhí)行動作任務(wù)。在傳統(tǒng)的焊接系統(tǒng)中，機(jī)器人和焊接電源是獨(dú)立的兩種產(chǎn)品，通過機(jī)器人控制柜的CPU與焊接電源的CPU通信，合作完成焊接過程。（2）焊接電源焊接電源是執(zhí)行焊接作業(yè)的核心部件，為焊接系統(tǒng)輸入能量。焊接電源的發(fā)展不斷向著數(shù)字化方向邁進(jìn)，弧焊機(jī)器人焊接電源的發(fā)展方向是采用全數(shù)字化焊機(jī)?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人4．焊接機(jī)器人的組成73（3）送絲裝置送絲裝置是控制焊絲伸出或退回焊槍的裝置，由送絲機(jī)（包括電動機(jī)、減速器、主動輪和從動輪）、送絲軟管等部分組成。焊接系統(tǒng)中的數(shù)字送絲機(jī)如圖所示?！?1-5高能束焊及焊接機(jī)器人4．焊接機(jī)器人的組成送絲機(jī)1—送絲機(jī)機(jī)架2—壓緊旋鈕3—從動輪4—電動機(jī)5—主動輪6—驅(qū)動輪7—從動輪支架74（4）焊槍焊槍的作用是導(dǎo)電、導(dǎo)絲、導(dǎo)氣。當(dāng)焊接電流在300A以上時，宜采用水冷焊槍。焊槍在工業(yè)機(jī)器人上的安裝形式可分為內(nèi)置、