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關(guān)于這個(gè)話題,前有”道長(zhǎng)“的普及貼《電子束焊接的簡(jiǎn)單介紹》,所以我就不敢班門弄斧了,我就側(cè)重于應(yīng)用領(lǐng)域來談?wù)勲娮邮附拥囊恍┏R姷膽?yīng)用。本文采用問答形式,這樣簡(jiǎn)單易讀,通俗易懂。
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9 J5 S) k" W3 z4 P9 B H很多的客戶在咨詢我們的時(shí)候,都是很簡(jiǎn)單的一句,這個(gè)銅或者鋼能不能夠焊接,或者說幫我簡(jiǎn)單的焊上就可以,很多的客戶對(duì)于焊接的認(rèn)知還是停留在平常馬路上那種一手一個(gè)面罩,一手拿著焊槍,蹲在地上焊接鋁合金門窗(當(dāng)然焊接鋁合金門窗也是非常有水平的一個(gè)工作,這里沒有歧視的意思,只是用來舉例)的水平,其實(shí)焊接是一門非常大的學(xué)問,單從每年上海北京舉辦的埃森展就可以看出來,它的市場(chǎng)非常廣闊,涉及到金屬的,甚至是塑料,玻璃,陶瓷等等有需要用到焊接,同時(shí)焊接也是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科,光焊接的種類就有許許多多不同的分類,不同的產(chǎn)品有不同的焊接方法,每個(gè)產(chǎn)品的焊接要求不一樣,所需的焊接的方法也不一樣,同時(shí)一種材料,比如鋼或者銅,就有不同的牌號(hào),它們的焊接方法也是會(huì)有差別的,再者,同一種材料做成的不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品所需要的焊接也是不一樣的,所以這些產(chǎn)品的焊接都需要綜合焊接方法,效率,成本,焊接質(zhì)量等等來綜合考慮,以上為題外話。4 S; ] A$ W2 p3 F6 J$ O
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1問:電子束焊接為什么要在真空條件下進(jìn)行焊接?% i5 q# ^0 o. O$ @& w% O
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答:電子束焊接之所以采用在真空的形式下進(jìn)行焊接,是基于三方面的考慮;
) o( t0 O/ k, N$ `7 e, p一是,在大氣的環(huán)境下,高速運(yùn)動(dòng)的電子遇到大氣中的空氣分子,會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的反射,折射,散射等現(xiàn)象,這樣電子束的能量會(huì)消耗殆盡,等到達(dá)要焊接的工件,幾乎不能穿透厚一點(diǎn)的金屬;4 q0 f2 a! }- r4 G
二是,即使所剩的能量很高,在大氣狀態(tài)下焊接,焊接的質(zhì)量也很難保證,比如氣孔等;
0 v( B5 [8 N9 H三是,基于安全角度進(jìn)行考慮,因?yàn)殡娮邮附舆^程中會(huì)有X射線產(chǎn)生,對(duì)人體的危害是比較大的,有真空室就可以通過真空室來消除這個(gè)影響。
6 j9 m4 N! B! X但是非真空的電子束焊接對(duì)于一些焊接要求比較低的產(chǎn)品也可以應(yīng)用,我國(guó)東北地區(qū)就有應(yīng)用。
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圖1,真空中電子束與大氣中電子束狀態(tài)的比較(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))
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. S/ Z& k1 J$ _! X L, X2問:真空電子束焊機(jī)的構(gòu)成是什么樣的?
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# W0 {5 ~) p: \: L4 v+ w答:一般的真空電子束都由五部分組成;
( R( M {. H5 f5 O+ j2 N; a/ J: U一是,電子槍部分,這個(gè)是最核心,也最重要的部件;# T5 a) a" O0 O8 h4 \+ t" O
二是,真空部分,這個(gè)部分包括真空室以及一系列的真空泵組,這個(gè)部分也就是為什么讓電子束焊接的效率下降的原因,因?yàn)槌檎婵者@個(gè)時(shí)間相對(duì)于其他的焊接方法來說卻是一個(gè)缺點(diǎn);# X) _* }" q+ n3 t0 ~/ Z
三是,機(jī)械傳動(dòng)部分,這部分包括一些軸得傳動(dòng)等等,一般的電子束焊接的軸分為二軸,三軸,四軸,五軸(X軸,Y軸,Z軸,A軸(旋轉(zhuǎn)軸),B軸(翻轉(zhuǎn)軸)),一般五軸就夠用了,可以滿足各個(gè)地方的焊接;如果是動(dòng)槍的話,還有槍的運(yùn)動(dòng)部分等等;
0 Y1 C" x# R$ U7 w2 ~% ?8 [! k% E. G4 o8 Z四是,電源系統(tǒng),無論高壓(150KV)還是中壓(60KV),都需要這個(gè)電源系統(tǒng);
. }' a5 f/ q( t% g; E五,控制系統(tǒng),也就是整個(gè)設(shè)備運(yùn)行所需要的系統(tǒng),有可能是非常原始的dos系統(tǒng),也可能是西門子最新的840D系統(tǒng),但是這個(gè)是整個(gè)設(shè)備能跑起來能操作的一個(gè)重要的部分;
4 y. h! q% H; S* R以上五個(gè)部分,卻已不可,可能還有部分,但是這五個(gè)是核心部分。
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圖二,通用型真空電子束焊接(圖片自拍)
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三問:電子束焊接的特點(diǎn)?
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J5 \- f# ?2 H# b8 `# R" n答:電子束焊接是一種高能束的焊接方法,與一般的熔化焊接的方法相比較,有四方面的優(yōu)點(diǎn),; p( \7 {) C) B
一是,大的深寬比,可達(dá)20:1,如果用脈沖的話,可達(dá)50:1;
3 E3 I' |- } ?* z( L# w. [9 f二是,可焊接難熔金屬,熱敏感強(qiáng)的金屬及異種金屬;
- d9 B4 c6 u/ I4 Q( ?3 l# H) K! R三是,可精確控制,重復(fù)性好及穩(wěn)定性好(當(dāng)然這個(gè)和設(shè)備的性能緊密相關(guān))+ N: @; @ y! p
四是,由于是在真空中進(jìn)行,因?yàn)榭梢蕴岣吆缚p質(zhì)量
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圖三,對(duì)于防銹鋁LF5的焊接后焊縫截面,總高度是50mm,使用中壓60KV和高壓150KV的焊接的焊縫截面。大家可以感受一下這個(gè)深寬比,當(dāng)然這個(gè)不考慮其他的焊縫質(zhì)量問題,圖片僅僅是用來給大家一個(gè)直觀的感受(圖片來源于自拍)
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. S1 q% O% o$ ~0 o+ V: M四問:電子束焊機(jī)的分類?
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答:電子束根據(jù)原理或者其他的方式可以有幾種分類,
2 K0 j9 w# p1 D- T6 M7 T一是,根據(jù)電子的發(fā)射方式不同,可以分為直熱式和間熱式,直熱式是陰極就是燈絲,通過電壓加熱發(fā)射出電子;間熱式是加熱燈絲發(fā)出電子,用電子轟擊陰極,產(chǎn)生束流;* c3 M8 P5 f( ?1 n M3 I# b
二是,根據(jù)加速電壓不一樣,可以分為高壓電子束焊機(jī)和中壓電子束焊機(jī),高壓一般指150KV,中壓一般指60KV;0 Q4 z0 e; a n7 X+ q8 O
三是,根據(jù)有無真空室,可以分為真空電子束焊接和非真空電子束焊接。( F8 c) E) `2 a
& A0 w; d, ?7 c五問:電子束焊接這個(gè)行業(yè)的發(fā)展歷史以及近況是什么樣的?4 r6 u; z% P% L. v, K& Y
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答:這是個(gè)非常大的問題,我只能這樣說(希望不要被認(rèn)為有打廣告的嫌疑哈,實(shí)事求是的說),在國(guó)內(nèi)采購的設(shè)備中,進(jìn)口的設(shè)備中,德國(guó)SST和PTR的高壓設(shè)備,Probeam的設(shè)備,法國(guó)泰克米特的中壓設(shè)備,烏克蘭巴頓的設(shè)備,英國(guó)CVE的設(shè)備都賣的不錯(cuò),國(guó)外主要也就是這么幾家,當(dāng)然美國(guó)的西雅基,加拿大的pavac也有焊接設(shè)備,國(guó)內(nèi)的中科的設(shè)備,桂林獅達(dá),桂林實(shí)創(chuàng)的設(shè)備也都還不錯(cuò)。進(jìn)口設(shè)備有它的優(yōu)點(diǎn),國(guó)內(nèi)設(shè)備也有自己的特點(diǎn),具體的選購這個(gè)就要結(jié)合自己企業(yè)的特產(chǎn),產(chǎn)品的需要要全面抉擇了。
2 ]6 S6 s* `# E具體這個(gè)行業(yè)的發(fā)展,除了看道長(zhǎng)的帖子外,下面我也推薦一篇文章《電子束焊接技術(shù)發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及展望》,歡迎大家下載(坑爹的附件設(shè)置,一篇文章太大,只能分成了五部分上傳)8 V4 [/ |9 ]! l P
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6 X2 B: [3 O, L8 g" r( ]# t% {六問:電子束焊接到底可以用在哪些方面?
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1 x3 b& E& ]' Q+ _: q- E# M7 C答:關(guān)于真空電子束焊接,其實(shí)用途是非常廣泛的,如果大家接觸不到的話,可能對(duì)于這個(gè)沒有太多的概念。在我國(guó)的航空航天領(lǐng)域,也就是我們平常所說的,一個(gè)衛(wèi)星,火箭,導(dǎo)彈(差不多和火箭是一個(gè)東東),飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī),飛機(jī)零部件等等上面其實(shí)應(yīng)用非常廣泛,還有就是一些船舶的零部件,汽車的渦輪增壓器,汽車變數(shù)箱的齒輪等等;再就是核能的一些大結(jié)構(gòu)件的焊接,汽輪機(jī)的焊接,一些真空壓力容器等等的焊接。很多的項(xiàng)目上面都可以應(yīng)用' x9 O; e3 W8 i) Q4 @% w8 e8 {
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七問:汽車渦輪增壓器的電子束焊接時(shí)什么樣子的?' X1 Y5 p; }. ?3 j# \7 b
1 g* t7 h) L5 [5 L) ?答:使用電子束焊機(jī)來焊接渦輪增壓器是一種非常經(jīng)典的焊接產(chǎn)品。一般的渦輪增壓器的渦輪桿和葉片(也就是常說的渦輪頭)是兩種不同的金屬,一個(gè)需要耐磨,一個(gè)需要耐高溫,因此對(duì)材料的要求不一樣,例如有的是20CrNiMo和GH118需要把它們焊接起來難度比較高,而且由于產(chǎn)品的尺寸比較小,留給焊接的余量也是比較的極限,但是電子束焊接卻是完美的解決了這個(gè)問題。" e% [/ h# p$ n6 I
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這兩種材料一個(gè)為低合金結(jié)構(gòu)鋼,一個(gè)為鎳基合金,因?yàn)殒囪F無限互溶,因?yàn)樗麄兊目珊感赃是不錯(cuò)的。但是這個(gè)工件焊接的難點(diǎn)在于焊接后的強(qiáng)度問題,有的客戶希望此類產(chǎn)品可以達(dá)到800MP的抗拉強(qiáng)度,或者最簡(jiǎn)單的方法是在用力拉桿和頭的時(shí)候,斷裂的地方不是焊縫地方,還有就是動(dòng)平衡的問題,解決這第一個(gè)問題就是焊接時(shí)束斑的位置問題,控制焊縫中鎳鐵的比例,提高金屬中鎳的含量可以提高焊縫的機(jī)械性能,因此束斑或多或少的偏向渦輪頭一側(cè);對(duì)于第二個(gè)問題如何解決動(dòng)平衡的問題,這個(gè)就是需要工裝來保證,再就是保證焊縫強(qiáng)度的前提下,盡量減小熱影響區(qū),提高焊接速度,減小焊接的熱輸入,減小焊接變形。這個(gè)需要反復(fù)的試驗(yàn),但是一旦確定參數(shù),則焊接非常穩(wěn)定。(以下圖片手機(jī)拍攝,請(qǐng)大家原諒)
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4 W/ E# n; [( v6 i圖四,焊縫的截面圖,焊接深度超過止口(圖片來源于自拍)
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8 g! ?1 h) u; N$ @ x' e& M圖五,焊前的渦輪頭,各個(gè)廠家有各個(gè)廠家的標(biāo)準(zhǔn),形狀尺寸可能大同小異(圖片來源于自拍)
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圖六,焊前的渦輪桿,尺寸,形狀等都是每個(gè)客戶都會(huì)有自己的特點(diǎn)(圖片來源于自拍)! ^3 {+ m( N5 J; j+ q" M8 [2 d5 l
: `/ e% ?& E9 A& q. I. Q9 v, f; n圖七,焊后的渦輪增壓器,也就是汽車?yán)锩娴哪莻(gè)渦輪增壓器(圖片來源于自拍)
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八問:齒輪的焊接是什么樣的?9 }4 g+ [/ J2 D' c' c m5 H
' _2 Z, X8 l+ r4 S; g) j6 Q% z" a答:齒輪這種工件和渦輪增壓器一樣,也是由于功能不一樣,齒輪上的齒和轂一般材料也不一樣,具體材料也就是齒輪鋼一類,這類材料的焊接性能都是非常好的,因此焊接深度根本不是問題,焊接的氣孔基本上可以杜絕,焊接的寬度也是可以進(jìn)行較好的控制,唯一需要注意的便是這個(gè)焊接后變形的問題,因?yàn)閷?duì)于這種汽車上面的零部件,如果質(zhì)量控制不好的話,是沒有競(jìng)爭(zhēng)力的,因此對(duì)于壓裝加上焊后的變形最好控制在0.1mm以內(nèi),一般而言,留給焊接后的變形也就在0.05mm以內(nèi)。因此調(diào)整工藝就是非常關(guān)鍵的步驟,要在滿足焊接深度,焊接寬度,焊接質(zhì)量的前提下去解決焊后變形小的問題便是比較的有困難。最后就是一個(gè)生產(chǎn)節(jié)拍的問題,現(xiàn)在一般焊接一個(gè)齒輪也就是從安裝上一個(gè)齒輪,到焊接后,取下來,也就20秒左右的時(shí)間,因此焊接的效率是非常之高。現(xiàn)在的汽車廠,比如大眾之類的,現(xiàn)在都是采用的自動(dòng)化的生產(chǎn)線,包括清洗,烘干,退磁,安裝等等的一條生產(chǎn)線,純自動(dòng)化的,根本不需要人去操作。
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4 H! D$ M6 r3 j# ]; X! J' a, @- w) u圖八和圖九,焊接后的齒輪,大家可以看看齒輪的表面的平整度,焊接深度大于5mm,表面非常的光滑,沒有飛濺,沒有任何氣孔,裂紋,夾雜等缺陷,此重要在于焊縫靠近齒輪的邊緣,如果一般的焊接或者控制不好的話,那最可能的問題就是焊縫寬度過大使得齒輪的邊緣被燒塌了(圖片來自自拍)! _' a' n$ e# M1 H- T/ Q
+ a0 _+ y: \" j$ ^" _" V九問:銅的焊接性是怎么樣的?, V6 [' I) @1 r5 D, D$ \$ \" E
/ e* k4 U) S' ]# M' P& B答:銅這種金屬比較特殊,它也有很多的種類,比如黃銅就很少能用電子束焊接,因?yàn)辄S銅含有鋅元素,在使用電子束焊接的時(shí)候鋅會(huì)蒸發(fā)出鋅蒸汽,會(huì)在電子槍了里面產(chǎn)生放電現(xiàn)象,會(huì)損害設(shè)備,因此很少有人會(huì)去用電子束焊機(jī)來焊接黃銅。一般產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候都會(huì)選用常見的材料,常見的結(jié)構(gòu),因此選用最多的便是紫銅,無氧銅,它們?cè)诤附有赃不錯(cuò),但是焊接成功很大程度上取決于工件的結(jié)構(gòu)。 % `8 \, Z7 K) z: `0 p; o
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圖十,十一,十二,是焊接的一個(gè)銅帶和鍍銀的銅塊的焊接,為了大家可以方便的理解,我在其旁邊放置了一個(gè)紙水杯,大家可以形象的去理解,這個(gè)焊接件的深度在20mm左右,一般的焊接方法很難達(dá)到深度,從圖十一中可以看到很明顯的焊縫的形狀,為一個(gè)釘子狀,這是典型的電子束焊接的小孔效應(yīng)產(chǎn)生的形狀。焊縫的表面在焊后未經(jīng)處理,從圖中可以看到還是比較的平滑(當(dāng)然肯定可以做的更好,但是這樣已經(jīng)達(dá)到了客戶的要求),每一個(gè)工件上面兩道焊縫,其中要保證焊接深度在整個(gè)的焊縫中是一致的,君不見在鍍銀的大頭一段上面還有一個(gè)大的圓孔么,如果深度過大,穿透了圓孔也是不行的,另一方面銅的導(dǎo)熱非?欤虼,精確地控制熱輸入便是保證質(zhì)量的一個(gè)前提。同時(shí)為了防止焊后變形,焊接時(shí)候的工裝保證也是費(fèi)了一些腦筋的。(圖片來自自拍)
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十問:大銅件的焊接件焊接效果怎么樣?
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答:大銅件的焊接和小銅件的焊接又是不一樣的,為什么呢?很顯然,熱容量不一樣,小銅件和大銅件的焊接時(shí)候的熱輸入量是不成比例的,這就是銅和其他材料不一樣的地方。很多的設(shè)備由于功率不夠,或者加速電壓不夠高,焊接的深度就是打不到的,比如下面的這個(gè)例子。
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- p5 I2 I9 _2 ^圖十三,十四,為大銅管的焊接,直徑大于300mm,長(zhǎng)度大于1500mm,焊接深度為大于35mm,由于對(duì)接的地方空間有限,無法開坡口,因此對(duì)于一般的焊接方法可能無能無力,但是對(duì)于電子束焊接來說,正好綽綽有余。而且焊后要求抽高真空,所以焊接的要求還是很高的,大家可以看焊接的表面,這個(gè)還是非常的平穩(wěn),過渡也是非常的均勻,魚鱗紋排列的非常的均勻,焊后經(jīng)過真空檢測(cè),發(fā)現(xiàn)完全符合要求。對(duì)于此種焊接而言,焊縫形式比較的簡(jiǎn)單,單一,因此難度在于焊接參數(shù)的調(diào)試,用中壓60KV的設(shè)備,很有可能因?yàn)楣β什粔蚨_(dá)不到焊接要求,而對(duì)于高壓150kv的設(shè)備而言,還是毫無壓力的。(圖片來自自拍). [5 C7 Q) I2 c9 A8 _- I1 _4 a
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十一問:對(duì)于這種平面上的對(duì)接焊縫和環(huán)焊縫有什么區(qū)別?1 w2 z. }1 ]0 G5 c+ t
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答:很顯然,平面焊縫是環(huán)焊縫區(qū)別是很大的,從熔融金屬的熔化后的流動(dòng)來說,是有區(qū)別的,從熱傳導(dǎo)的方式上來說也是有區(qū)別的,這些問題都要具體的問題具體分析,沒有一個(gè)統(tǒng)一的答案,下面給大家看一個(gè)簡(jiǎn)單的焊縫,大家可以和上面的圖用作對(duì)比分析。8 F6 ^" H; M5 S
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圖十五,十六中可以看出這也是一個(gè)長(zhǎng)銅管和一個(gè)法蘭的對(duì)接,只不過變成了環(huán)焊縫,焊縫的成型還是非常美觀的(我們沒有必要讓每條焊縫追求到極致,滿足客戶的需求,自己投入的精力,有一個(gè)最合適的比值最好)但是焊接的時(shí)候肯定是要一邊焊接,銅管一邊轉(zhuǎn)動(dòng)的,銅的凝固還是比較快的,因而對(duì)于這個(gè)銅管而言,環(huán)焊縫沒有太大的問題,當(dāng)然這個(gè)焊接深度也是大于25mm以上的,對(duì)于有些材料而言,凝固的比較慢,焊完了,等轉(zhuǎn)了90°,焊縫還沒有凝固,液滴都還滴下來了,這些在一些高溫合金里面比較常見,焊接難度更大。(圖片來自自拍) O9 V- \+ O% p4 J8 E5 E
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十二問:鈦合金的焊接性能怎么樣?5 x& y' _2 C* J
2 {0 b1 T) A* a3 H9 U答:平時(shí)工業(yè)產(chǎn)品中經(jīng)常見過的一些鈦合金也就是TC4,TA15,純鈦這幾種,還有其他的也就不細(xì)說了?傮w來說,鈦合金在航空航天等領(lǐng)域中非常的常用,因?yàn)槠鋬?yōu)良的機(jī)械等性能。而且在焊接上面,非常的適合用電子束焊接,可以說鈦合金是最合適用電子束焊接的材料之一,因?yàn)樗牧鲃?dòng)性非常好,對(duì)于一些10mm以下的鈦合金薄板而言,可以很輕松的做到單面焊接雙面成型,而且非常的漂亮。
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圖十七,十八是純鈦,3mm厚的對(duì)接焊縫,上一張是正面的焊縫,下面一張是反面成型的焊縫,是不是覺得非常不錯(cuò),當(dāng)然,這個(gè)肯定還是做得更好的。這么厚的焊縫,需要的能量不是很大,這個(gè)焊接的好壞和工藝參數(shù)的選取的關(guān)系非常大。(圖片來自自拍)
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6 ^5 P! j* s$ }4 ^, f十三問:大厚度的鈦合金好焊接嗎?
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答:的確,沒有接觸過焊接的人對(duì)焊接的認(rèn)識(shí)是不全面的,這個(gè)薄板焊接和厚板焊接的差別就像北京和紐約的差別一樣,同樣是大城市,但是為什么我們帝都總是有霧霾,同樣是鈦合金,為什么厚板就這么多的問題。一是厚板需要的能量大,二是厚板焊接的變形也是比較大,三是厚度越大,產(chǎn)生缺陷的幾率也越大。下面為了方便理解,給大家看幾張圖。
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5 `# i8 _4 s: y. \! \/ u( z- m3 T5 z圖十九到二十三為一個(gè)中等厚度的鈦合金的水冷板的焊接,打的水壓比較大,而且焊道非常多,一件焊接下來,光焊接時(shí)間就得30分鐘左右,因此屬于比較難焊接的,深度大于10mm,未焊透。大家可以看看焊縫避免,余高比較的突出,表面還是比較的光滑(我還是那就話,這個(gè)追求一個(gè)投入的精力和時(shí)間與滿足客戶要求的一個(gè)產(chǎn)出比,不是科研院所,沒有必要對(duì)焊縫的表面過于追求,如果是專業(yè)焊接鈦合金的,肯定有有高人可以做的更加的完美),拐角的地方,交接的地方也都是比較的合適的,這個(gè)例子的難點(diǎn)不是焊接深度,而是焊接變形的問題,等到你焊接一部分焊縫之后,其他地方的接觸的焊縫由于收縮變形肯定都是變得特別的答,肯定會(huì)有2,3mm左右的縫隙,但是由于鈦合金的流動(dòng)性非常好,因此還是沒有問題的,而且焊后整塊板都會(huì)變行,這個(gè)焊接的應(yīng)力非常之大,單靠工裝很難以保證,因此焊后也要進(jìn)行去應(yīng)力的退火等等工序。
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今天就到這里吧,太晚了,以后給大家分享一下鋁合金等的焊接經(jīng)驗(yàn),希望大家提出自己的看法,共同提高,共同作出更好的產(chǎn)品,提供更好的焊接服務(wù)。6 M: |8 q8 g/ Y ~+ E$ {- n- @
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