特种焊接技术

随着现代工业的发展，铝合金、钛合金、镁合金、陶瓷、金属间化合物、复合材料等轻质高强材料正逐步成为高端装备制造的主要材料。由于这些材料物理、化学性能的特殊性，采用常规的焊接方法很难实现可靠连接。新产品、新结构和新材料对焊接技术提出了新的要求，促进了传统焊接技术的不断改进与创新。在这种情况下，特种焊接技术的研究、开发和应用得到了快速发展。特种焊接技术是指除焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等传统焊接技术之外的新型焊接方法，其主要包含激光焊、电子束焊等先进的高能束流焊接技术，以及高效率、低成本、应用广泛的螺柱焊及扩散焊、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊等固相焊接技术。特种焊接技术对于一些特殊材料及结构的焊接具有非常重要的作用，已逐渐成为实现新材料选用、新结构设计和新产品制造所不可或缺的技术保障。特种焊接技术在航空航天、核动力、电子信息等高新技术领域中得到广泛应用，并已扩大到工业生产的许多领域，创造了巨大的经济效益和社会效益，推动了社会和科学技术的进步。高能束流焊是指利用高能量密度的束流，如电子束、激光束等作为热源的熔焊技术的总称。高能束流功率密度在105 ~109 W/cm2范围内，远远高于常规的氩弧焊或CO2气体保护焊，将其应用于焊接生产，则以高能量密度、可控制的微焦点和高速扫描技术等特性，实现对材料和构件的高质量、高效率焊接。高能束流焊被誉为21世纪具有发展前景的焊接技术，是当前发展较快、研究较多的领域。例如：电弧激光复合焊技术的发展以及大功率激光器的出现，使激光焊技术进入了长期以来一直被传统焊接工艺所垄断的汽车车身制造领域，使其在汽车车身的制造过程中占据了重要地位。金属结构加工制造技术的高速发展和进步，对将金属螺柱、螺栓、螺钉等焊到构件上形成T形接头的连接方法不断提出新的要求，于是逐渐产生并形成了一种特殊的焊接技术，即螺柱焊。由于螺柱焊可以将不同规格的螺柱方便快捷地焊接在金属表面而不需复杂的传统焊接工艺及大量焊后处理，且焊接强度高于金属母材和螺柱本体，因此使其很快在航空航天、船舶制造、车辆制造、建筑等领域得到了推广使用。固相焊接可分为两大类。一类是通过加压使焊件产生塑性变形，促进焊件表面达到紧密接触，并破碎氧化膜，终形成焊接接头。摩擦焊、爆炸焊和冷压焊均属于这类焊接技术。该类焊接技术的特点是温度低、压力大、时间短，塑性变形是形成接头的主导因素。另一类是在保护气氛或真空中进行，焊接时焊件仅产生微量的塑性变形，通过界面原子扩散形成接头，如真空扩散焊、瞬间液相扩散焊、超塑性成形扩散焊等。该类方法的特点是温度高、压力小、时间相对较长，界面扩散是形成接头的主导因素。固相焊接方法的优点在于无熔化所导致的气孔、夹杂等缺陷，从而使接头区的力学性能接近母材，因此其在各种新型结构材料，如高技术陶瓷、金属间化合物、复合材料、非晶材料等的焊接中显现出蓬勃生机。特别是近年来开发的搅拌摩擦焊新技术，使铝合金等非铁金属的焊接技术发生重大变革。由于固相焊接具有连接工艺简单，焊接接头晶粒细小，疲劳性能、拉伸性能和弯曲性能良好，无须焊丝、保护气体以及焊后残余应力和变形小等优点，故其在航空航天、交通运输和汽车制造等领域被广泛应用，并具有很好的发展前景。

本书是职业教育焊接技术与自动化专业教学资源库建设项目规划教材，是根据教育部新颁布的《高等职业学校专业教学标准（试行）》，同时参考《焊工》国家职业资格标准编写的。本书按照项目任务式体例编写，涵盖电子束焊、激光焊、扩散焊、摩擦焊、高频焊、超声波焊、螺柱焊及爆炸焊等相关内容，注重特种焊接技术应用能力的培养，以适应焊接产业发展与技术进步对高素质技术技能型人才提出的新要求。

职业教育焊接技术与自动化专业教学资源库建设项目规划教材编审委员会主 任：王长文 吴访升 杨 跃副主任：陈炳和 孙百鸣 戴建树 陈保国 曹朝霞委 员：史维琴 杨淼森 姜泽东 侯 勇 吴叶军 吴静然冯菁菁 冒心远 王滨滨 邓洪军 崔元彪 许小平易传佩 曹润平 任卫东 张 发总策划：王海峰

总序前言绪论 001项目一 激光焊技术 004任务一 编制激光焊工艺 005任务二 选用激光焊设备 017拓展一 激光复合焊技术 026拓展二 不同材料的激光焊 030拓展三 激光焊典型案例 033项目总结 041复习思考题 041项目二 电子束焊技术 043任务一 编制电子束焊工艺 044任务二 选用电子束焊设备 058拓展一 不同材料的电子束焊 065拓展二 电子束焊典型案例 072项目总结 074复习思考题 075项目三 扩散焊技术 077任务一 编制扩散焊工艺 078任务二 选用扩散焊设备 090拓展一 不同材料的扩散焊 094拓展二 扩散焊典型案例 103项目总结 106复习思考题 106项目四 摩擦焊技术 109任务一 编制传统摩擦焊工艺 110任务二 编制搅拌摩擦焊工艺 133拓展 摩擦焊技术应用 144项目总结 153复习思考题 153项目五 高频焊技术 155任务一 编制高频焊工艺 156任务二 选用高频焊设备 162拓展 高频焊典型应用 165项目总结 170复习思考题 170项目六 超声波焊技术 173任务一 编制超声波焊工艺 174任务二 选用超声波焊设备 186拓展一 超声波焊在不同材料中的应用 190拓展二 超声波焊典型案例 196项目总结 204复习思考题 204项目七 螺柱焊技术 206任务一 编制螺柱焊工艺 207任务二 选用螺柱焊设备 218拓展 螺柱焊典型案例 226项目总结 227复习思考题 227项目八 爆炸焊技术 229任务 编制爆炸焊工艺 230拓展 爆炸焊典型案例 243项目总结 250复习思考题 251参考文献 253