激光焊接最新研究进展论文

在当今技术型社会发展中，电焊焊接技术在一些行业中的应用十分的广泛。我整理了电焊焊接技术论文，欢迎阅读!

摘要：在当今社会发展中，电焊焊接技术的应用非常的广泛，无论是在建筑工程项目中还是在工业生产当中，都极为常见，同时也它促使了各种不同类型和种类的电焊机具的优化和更新。基于这种社会背景下，做好电焊焊接技术研究深受社会各界人士重视，也是未来生产领域关注的核心内容。

关键词：焊接;金属;技术 焊接检测

1 焊接技术概论

焊接过程的物理本质

焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程.促使原子和分子之间产生结合和扩散的 方法 是加热或加压，或同时加热又加压。

焊接的分类

金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊，压焊和钎焊三大类。

熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率;又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。

压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。

钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。

焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。

现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。

搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中;焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。

未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源;运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制;研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机;在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。

2 焊接检测

焊接缺陷：焊接检测目的是发现焊接缺陷。焊接缺陷是指焊接接头中的不连续性、不均匀性以及 其它 各种不完整性，有时也叫焊接欠缺。我们介绍焊接缺陷几种常见的形式、形成原因和应对方法：

焊接变形和焊接应力。焊接接头局部位置加热与冷却是不均匀的，局部位置的各部分金属处于从液态→塑性状态→弹性状态的不同状态，并随着热源和温度的变化而发生变化，因而在焊接过程中产生了焊接变形和焊接应力。焊件降温到室温时留存在焊件中的变形和应力一般称为焊接残余变形和焊接残余应力。焊接变形会降低组装件装配质量、造成焊接错边、降低接头性能和结构承载能力，易产生附加应力，增加制造成本。其应对 措施 为合理设计、减少焊缝数量及尺寸、预留收缩量、反向变形、刚性固定等。焊接应力会降低结构强度、稳定性、疲劳强度，增加构件脆性断裂概率，减少焊接应力一般的方法有合理设计、减少焊缝尺寸和长度、避免焊缝过分集中、采用刚性较小的接头形式、缩小焊接区与结构整体的温差、采用合理的焊接顺序和方向等等。

气孔。在焊接区中分别来自焊接材料、空气、焊丝和母材表面杂质和高温蒸发形成的各种CO、CO2、H2、O2、N2气体未完全逸出，在金属凝固前残存于焊缝中形成了气孔。它会降低塑性和强度、减少焊缝有效截面积，引起泄漏，可以采取封闭焊接场所防止穿堂风、烘干焊条、清洁波口两侧、控制氩气流量、选择设备性能稳定且标定合格的焊接设备等措施来进行防治。

结束语

作为一种工业技术，焊接的出现迎合了金属艺术发展对新工艺手段的需要。而在另一方面，金属在焊接热量作用下所产生的独特美妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中，焊接可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。

摘要：垂直气电焊技术是一种大热输入的高效焊接工艺，具有焊接效率高，焊接热源集中等特点，是一种更加先进的焊接工艺 由于垂直气电焊焊接线能量大，因此在应用垂直气电焊等大热输出焊接工艺时，对钢材品质有更高的要求，具有巨大的发展空间钢因其具有热敏性小且低温高韧性的特点，采用垂直气电焊技术冲击性能更好，并且更加稳定，焊接质量好而且对大热输入的敏感性比较低，适合在垂直气电焊工艺中使用。

关键词：垂直气 电焊 技术

垂直气电焊技术是一种大热输入的高效焊接工艺，具有焊接效率高，焊接热源集中等特点，是一种更加先进的焊接工艺 由于垂直气电焊焊接线能量大，因此在应用垂直气电焊等大热输出焊接工艺时，对钢材品质有更高的要求，具有巨大的发展空间钢因其具有热敏性小且低温高韧性的特点，采用垂直气电焊技术冲击性能更好，并且更加稳定，焊接质量好而且对大热输入的敏感性比较低，适合在垂直气电焊工艺中使用。

1.垂直气电焊工艺

垂直气电焊技术简介

垂直气电焊设备主要由机头和靠永久磁铁吸附于钢板上并带齿条的铝合金导轨、水冷循环装置、半自动CO2焊接电源和送丝机构组成。焊枪和铜滑块装在小车上，沿着由磁性固定在钢板上的齿条导轨垂直向上运行，其正面用通水冷却的铜滑块，背面用固定的通水冷却铜衬垫或陶瓷衬垫，正反面强迫一次成形，可焊接板厚9-22mm。

垂直气电焊技术是一种大热输入的高效焊接工艺，具有焊接效率高，焊接热源集中等特点，可实现自动化焊接。与传统焊接工艺如埋弧自动焊手工电弧焊等相比，其焊接热源更加集中，焊接线能量比传统焊接工艺更大，是一种更加先进的焊接工艺。

由于垂直气电焊焊接线能量是传统焊接工艺的3～4倍，目前普通正火钢或轧制钢，采用垂直气电焊工艺会使得焊接接头脆化，降低接头的弹塑性，因此在应用垂直气电焊等大热输出焊接工艺时，对钢材品质有更高的要求。

垂直气电焊焊接设备主要由以下几部分组成：带齿条的靠永磁铁吸附在钢板上的铝合金导轨;机头;送丝机构;CO2半自动焊接电源;水冷循环装置;机头垂直气电焊工艺操作

影响垂直气电焊焊接性能的因素

焊前准备和焊接操作

焊前应首先检查全套设备的运行状况，若焊接时中途熄弧，必须对接头进行彻底修补。为保证随机头一起上升的铜滑块顺利畅通，板边差应控制在2mm以内，坡口两侧40mm范围内高出钢板表面的横向焊缝、增强高和马脚均须铲平，还应清除铁锈、水分、油污等，以免影响焊接质量。反面的衬垫应对中并贴紧钢板。为控制钢板在大线能量焊接状态下的焊接变形及装配间隙的收缩，装配马应保证一定的高度和宽度，装配马间距应在300-400mm范围内。

坡口角度和间隙

坡口角度的控制应随板厚而定，为了使坡口宽度与正面铜滑块的槽宽相适应，板厚增加，坡口角度应相对减小，20-25mm板厚的坡口角一般为35°-40°。间隙根据反面衬垫槽宽一般控制在(6±2)mm。间隙或坡口过小，不仅反面焊缝成形差，而且焊缝成形系数不良，影响接头性能。间隙或坡口过大，均会造成焊缝填充量的增多，焊接速度减慢，线能量增大，从而影响接头冲击韧性。

焊接电流和焊接电压

垂直气电焊采用焊材直径为φ16mm的药芯焊丝，且正反面焊缝一次成形，因此焊接规范比较大。根据不同板厚，焊接电流一般应控制在340-380A，过小会造成熔合不良，过大会导致电弧不稳。焊接电压过小，焊接过程中飞溅增多，且熔宽太窄，造成正面焊缝未熔合，若电压太大，易造成咬边。不同的药芯焊丝，因熔敷率不同，电流电压的匹配性也存在差异，应适当调整。

2.垂直气电焊技术在油田的应用

垂直气电焊技术在油田应用性能

随着钻采技术的不断发展，钻采设备的不断更新，对连续油管 高压喷射管滤砂管等钻采工具的焊接工艺有了新的要求，石油行业应用垂直自动气电焊技术，能够提高钻采设备的焊接质量和焊接效率，具有巨大的发展空间。

垂直气电焊的性能影响因素主要有：

电焊丝的伸出长度

垂直气电焊的机头上升的速度是依靠焊丝伸出长度来控制的，因此焊丝的伸出长度在固定焊枪位置的条件下就决定着熔池在焊接过程中的高低焊丝伸出过长会导致焊接性能下降，接头抗冲击韧性下降，甚至焊穿钢材;焊丝伸出过短会导致滑块气口堵塞甚至造成导电嘴短路适合的焊丝伸出长度应该在30～55mm的范围内。

焊接电压和电流

由于垂直气电焊正反面焊缝一次成型，其焊丝为直径药芯焊丝，因而其采用较大的焊接规范 焊接电流根据钢材厚度不同在340～380A之间适当选择，电压与电流之间应合理匹配。

焊丝摆动和焊丝停留时间

对于厚度不同的钢材应有不同的摆动和停留时间，摆动幅度和停留时间视电弧位置而定 合理的摆动和停留能够有利于焊接性能的提高钢材特性焊接接头的焊接性能主要由钢材的性能而定。

不同钢材的垂直气电焊焊接效果

采用垂直气电焊技术，对国产正火钢、国产TMCP钢进行垂直气电焊实验，钢较正火钢相比，其冲击性能更好，并且更加稳定，焊接质量好而且对大热输入的敏感性比较低具有低温高韧性的特点，适合在垂直气电焊工艺中使用。

3.结论

垂直气电焊是一种可实现自动化的大热输入的高效焊接工艺，是比传统埋弧自动焊手工电弧焊焊接热源更集中，焊接线能量更大，更加高效的先进工艺本文通过研究石油行业垂直自动气电焊的应用，分析其影响因素，同时分析不同钢材的垂直气电焊焊接情况，进一步指出TMCP钢因其具有热敏性小且低温高韧性的特点，适合在垂直气电焊工艺中使用。

参考文献

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激光焊接的优缺点

激光焊接的优缺点， 近年来，经过研究人员不断的探索和创新，激光焊接在这个社会运用很广，之所以可以被广泛的应用，肯定是有其优势所在，但有优势就有劣势，下面来看看激光焊接的优缺点吧。

优点

1、聚焦后的激光束具有很高的功率密度，加热速度快，可实现深熔焊和高速焊。由于激光加热范围小，在同等功率和焊接厚度条件下，焊接速度快、热影响区小、焊接应力和变形小。

2、激光能发射、透射，能在空间传播相当距离而衰减很小，可进行远距离或一些难以接近部位的焊接;激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输、偏转、聚焦，特别适合于微型零件、难以接近的部位或远距离的焊接。

3、一台激光器可供多个工作台进行不同的工作，既可用于焊接，也可用于切割、合金化和热处理，一机多用。

4、激光在大气中损耗不大，可以穿过玻璃等透明物体，适合于在玻璃制成的密封容器里焊接被合金等剧毒材料;激光不受电磁场影响，不存在X射线防护，也不需要真空保护。

5、可以焊一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，甚至可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃:焊后无需热处理，适合于某些对热输入敏感材料的焊接。

缺点

激光焊接虽然有上述诸多优点，但是在实际应用中人们也发现了激光焊接的许多不足之处:

1、 等离子屏蔽问题。在激光焊接中母材受热熔化、汽化形成深熔小孔时，孔中充满金属蒸汽，金属气体与激光作用形成等离子云。等离子云吸收和反射性很强，降低金属材料对激光的吸收率，使激光的能量利用率降低。此外等离子云强烈时还可能对激光产生负透镜效应，严重影响激光束的聚焦效果。

2、 桥接性差，焊缝装夹精度要求高。激光光斑直径很小，热作用区小，桥接能力很差，对焊缝接头对准的平整度和精度要求很高。采用激光焊接时焊缝的缝隙宽度不能大于0、2mm，否则激光透过缝隙太多，能量损失很大。

同时接头两侧平整度太差时会发生焊接错位，将严重影响焊接质量。这一方面对激光接头的准备提出了很高的要求，另一方面要求装夹精确，对装夹的技术要求高，这都增加了工艺要求和焊接成本。在工业适用化上的技术难度较大。

3、 焊缝的硬度高，焊接热裂纹倾向大。激光焊接时功率密度很大，热作用区域很小，而热输入量小，所以焊接区域会产生很高的峰值温度和温度梯度，焊缝熔化金属快速凝固收缩，这会带来两方面的影响:

一是焊缝的硬度很高，有时可能大大高于母材，这在诸如船舶等特殊工业中的应用有所限制;二是对于某些金属零件特别是经过深加工后存在高机械应力的金属焊接后工件热裂纹倾向大。

4、 凹陷及气孔问题。激光焊接过程一般不采用添加填充材料，由于母材端面存在间隙、深熔小孔内金属受热汽化，焊接后焊缝处有时会存在凹陷。焊速高时焊接所形成的金属蒸气来不及从焊缝里跑出，残留在快速熔化凝固后的焊缝里，也会形成气孔。

5、 对高反射金属如铝、铜等的焊接十分困难。铝铜及其合金对激光的反射非常高，起始的反射率高达90%以上，激光能量大部分被反射，难以形成深熔焊的小孔。

6、 采用激光焊接一个很致命的缺点是焊接设备成本很高，同时激光器的能量利用率低，以激光器为例总效率小于20%。而且大功率激光器运行时对昂贵的He气消耗巨大，生产成本也增加很大。

但是激光焊接的熔深并非与激光功率成正比的增长，以低碳钢焊接为例，焊接熔深大概与功率的'0、 6次方成正比。在20KW的激光功率下，熔深最大为15-20mm，功率达到90KW时最大熔深也只有45mm。

其主要原因是：

1、 熔深再增大时焊口侧壁的熔化金属会跨接起来，阻碍激光通过；

2、高功率激光焊接时将产生大量的等离子体，而去除等离子体也越来越困难，对激光的屏蔽也越来越严重。激光器的输出镜由于温度的升高而产生应变，聚光性能也会越来越差，尤其在长时间使用时影响更是巨大。

激光焊接与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是：

1、速度快、深度大、变形小。

2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。

3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。

4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。

5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。（最小光斑可以到0、1mm）

6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，及光纤连续激光器的普及使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用，更便于自动化集成。

7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。

但是，激光焊接也存在着一定的局限性：

1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。

2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。

激光焊接机优缺点是什么

1、激光焊接机激光焊接模式

激光焊接可分为导热焊接和深熔焊接。前一种热量通过热传导扩散到工件内部，只有焊缝表面熔化。工件内部未完全穿透，基本上不发生汽化，主要用于低速薄壁。材料的焊接;后者不仅完全穿透材料，而且蒸发材料以形成大量的等离子体。由于大的热量，在熔池的前端发生锁孔现象。

深穿透焊接可以彻底穿透工件。具有高输入能量和快速焊接速度，是最广泛使用的激光焊接模式。

2、激光焊接的焊缝形状和微观结构

由于激光产生的光斑尺寸较小，焊缝周围的热影响区比普通焊接工艺小得多，激光焊接一般不需要填充金属，因此焊缝表面是连续均匀的，外表很美。诸如孔隙和裂缝之类的表面缺陷非常适用于焊缝轮廓至关重要的应用。尽管聚焦区域相对较小，但激光束的能量密度很大（通常为103至108W/cm2）。

在焊接过程中，金属被非常快速地加热和冷却。熔池周围的温度梯度相对较大，因此接合强度通常高于基底金属的接合强度。相反，关节可塑性相对较低。目前，双焦点技术或复合焊接技术可以提高接头质量。

3、激光焊接的优缺点

激光焊接如此受重视的原因在于其独特的优势：

1、激光焊接可以实现高质量的接头强度和大的纵横比，焊接速度更快。

2、由于激光焊接不需要真空环境，因此可以通过透镜和光纤实现远程控制和自动化生产。

3、激光具有较大的功率密度，对难以焊接的材料（如钛，石英等）具有良好的焊接效果，可焊接不同性能的材料。

当然，激光焊接也有缺点：

1、激光和焊接系统部件较贵，因此初期投资和维护成本高于传统焊接工艺，经济效益差。

2、由于固体材料对激光的吸收率低，特别是在等离子体出现后（等离子体对激光具有吸收效应），激光焊接的转换效率通常较低（通常为5％至30％）。

3、由于激光焊接焦点小，工件接头设备精度高，设备偏差小，加工误差大。

随着激光焊接的普及和激光器的商业化生产，激光设备的价格大幅下降。高功率激光器的发展以及新型复合焊接方法的开发和应用也改善了激光焊接转换效率的缺点。

据信，在不久的将来，激光焊接将逐步取代传统的焊接工艺（如电弧焊和电阻焊）。成为工业焊接的主要方式。作为一种新型材料，不锈钢由于其耐腐蚀性和可成形性而被广泛应用于航空航天，汽车零部件等领域。

激光焊接在不锈钢中的应用占有非常重要的地位，特别是在汽车工业中，车身全部通过焊接连接。

但是，由于诸多因素，不锈钢板焊接存在变形问题，控制难度大，不利于相关领域的可持续发展。因此，加强对不锈钢板激光焊接变形的研究具有重要意义。

焊接变形的危害及影响焊接变形的主要因素

影响焊接变形的主要因素是焊接电流，脉冲宽度和频率。随着焊接电流的增加，焊缝宽度增大，飞溅现象逐渐发生，导致焊缝表面氧化变形，并伴有粗糙感;当脉冲宽度达到一定水平时，脉冲宽度增加，使焊接接头的强度增加。

材料表面上的传热能量消耗也增加。蒸发导致液体溅出熔池，导致焊点的横截面积小，从而影响接头强度。

焊接频率对不锈钢板焊接变形的影响与钢板的厚度密切相关。对于0、5mm不锈钢板，当频率达到2Hz时，焊接重叠率较高;当频率达到5Hz时，焊缝严重烧伤，热影响区域变宽，变形大。可以看出，加强焊接变形的有效控制势在必行。