安 徽 工 业 大 学
研究生考试试卷
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特种焊接技术 研材料12 20120049 季承玺 洪永昌
关于电子束焊和摩擦焊的综述报告
摘要：本文就电子束焊及摩擦焊的发展及研究现状进行了综述，从两种特种焊接现阶段的情况进行介绍，阐述了两种焊接的定义，原理，分类，特点等，最后对特种焊接的前景进行展望。
关键词：电子束焊；摩擦焊；特点；分类；现状
0.引言
随着全球工业化步伐的加快及现代科学技术的突飞猛进，焊接这门古老而现代的技术也在不断地完善和发展，可以说焊接已在现代的生产生活中占有极为重要的地位。近代焊接技术，自1882 年出现碳弧焊开始，迄今已经历了100 多年的发展历程，为了适应工业发展及技术进步的需要，先后产生了埋弧焊、电阻焊、电渣焊及各种气体保护焊等一系列新的焊接方法。进入20 世纪60 年代后，随着焊接新能源的开发和焊接新工艺的研究，等离子弧切割与焊接、真空电子束焊接及激光焊接等高能束技术也陆续应用到各工业部门，使焊接技术达到了一个新的水平。特别是近年来，航空、航天、原子能等尖端工业的发展需求，不断提出了具有特殊性能材料的焊接问题，如高强钢、超高强钢、特种耐热耐腐蚀钢、高强不锈钢、特种合金及金属间化合物、复合材料、难熔金属及异种材料焊接问题。而电子束焊接技术以其与其它熔化焊相比独具的功率密度大、深宽比大、焊接区变形小、能耗低、易于控制实现自动化等优点，在航空、航天及原子能工业和其它军用、民用制造业中得到了高度重视及应用发展。为此，较系统、全面地了解当今电子束焊接及摩擦焊接技术的国内外的研究发展现状，以及两种焊接技术及相关工艺应用的成果，对于特种焊接技术领域研究发展方向的准确把握及其开展进一步研究工作有着极大的指导意义。
1.电子束焊
1.1 定义
电子束焊接（Electron Beam Welding）是19世纪中期发现和兴起的一种新型焊接技术，顾名思义，电子束焊接是利用被静电场聚焦并加速的电子束轰击待焊工件接头处，使材料快速熔化后迅速冷却来完成焊接过程。同以电弧为热源的传统焊接方法相比，电子束焊接在能量传递，热量析出部位和能量转换机理等方面，都有着显著的不同。
电子束焊接（EBW）是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压（25～300 kV）加速电场作用下被拉出，并加速到很高的速度（0. 3～0. 7倍光速），经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击在工件接缝处时，其动能转换为热能，使材料迅速熔化而达到焊接的目的。
其实，高速电子在金属中的穿透能力非常弱，如在100 kV加速电压下仅能穿透0.025 mm。但电子束焊接中之所以能一次焊透甚至达数百毫米，这是因为焊接过程中一部分材料迅速蒸发，其气流强大的反作用力将熔融的底面金属液体向四周排开，露出新的底面，电子束继续作用，过程连续不断进行，最后形成一深而窄的焊缝。
1.2 原理
电子束焊接的工作原理是:在真空条件下。从电子枪中发射的电子束在高电压（通常为20～300kV）加速下，通过电磁透镜聚焦成高能量密度的电子束[1]。当电子束轰击工件时，电子的动能转化为热能，焊区的局部温度可以骤升到6000℃以上，使工件材料局部熔化实
现焊接。
1.3分类
1.3.1 根据焊件所处真空度的差异分[2]
（1）高真空电子束焊接（真空度为10-4—10-1Pa）：该方法电子散射小，作用在工件上的功率密度高，穿透深度大，焊缝深宽比大。适宜于活性金属、难熔金属及质量要求高的工件焊接。应用最为广泛。
（2）低真空电子束焊接（真空度为10-l～l0Pa）。与高真空电子束焊相比，电束较宽，工作距离较大，真空系统简单。生产效率高，成本低。减弱了焊接时金属的蒸发等。
（3）非真空电子束焊接（无真空工作室）：在大气压力的环境中焊接，电束散射宽，焊缝较宽、深宽比小，可焊大尺寸的工件。焊接时。束流进入大气前先经过充满氦的气室，而后与氦气一起进入大气。
1.3.2 根据电子枪加速电压分
（1）高压电子束焊接：加速电压大于120千伏，束斑直径小，功率密度大。工作距离长，焊缝的深宽比大。焊缝精密，变形小，适用于单道焊缝的大厚度板材和难熔、热敏材料的焊接。
（2）中压电子束焊接：加速电压范围为40~100千伏，满足除极薄材料外的一般厚度材料的焊接。可用局部真空室满足大型件的焊接。
（3）低压电子束焊接：加速电压低于40千伏，功率密度小，工作距离短。焊缝稍宽，畸变稍大，适用于焊缝深宽比小的薄板焊接。
1.3.3 根据电子束对材料的加热机制分
（1）热传导焊接：作用在工件表面的功率密度<105W/cm2，电子束转化的热能通过热传导使工件熔化，熔化金属不产生显著的蒸发。
（2）深熔焊接：作用在工件表面的功率密度>105W/cm2，金属被熔化并伴有强烈的蒸发，形成熔池小孔，电子束穿入小孔内部与金属直接作用，焊缝深宽比大。
1.4 电子束焊接的特征
由于高能量密度的电子束流集中作用的结果．使电子束焊接熔池“小孔”形成机理与其他熔化焊有所不同。电子束焊接过程是。高压加速装置形成的高功率电子束流，通过磁透镜会聚，得到很小的焦点（其功率密度可达104～109W/cm2）。轰击置于真空或非真空的焊件时，电子的动能迅速转变为热能，熔化金属，实现金属焊接的目的。电子束焊接的特点可概括如下：
（1）电子束斑点直径小，加热功率密度大，焊接速度快热影响区小；
（2）可获得深宽比大的焊缝，焊接厚件时可以不开坡口一次成形；
（3）多数构件是在真空条件下焊接，焊缝纯洁度高；
（4）规范参数易于调节，工艺适应性强；
（5）适于焊接多种金属材料；
（6）焊接热输入低，焊接热变形小。
但电子束焊接方法也有一些不足。如：
（1）电子束焊机结构复杂，控制设备精度高，所需费用高；
（2）焊接前对接头加工、装配要求严格，以保证接头位置准确、间隙小而且均匀；
（3）真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制，每次装卸工件要求重新抽真空；
（4）冷却过程中快速凝固，引起焊接缺陷，如气孔、焊接脆性等；
（5）电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量；
（6）电子束焊接时产生的X射线需要严加防护。以保证操作人员的健康和安全。
1.5 电子束焊接的应用范围
电子束焊接相对于传统焊接方式的突出优点，使其的应用范围十分广泛，从可焊接的材料来看有以下几个方面[1]：
1）适合焊接各种金属材料
电子束可以焊接难熔金属钽、铌、钼，化学性质活泼的金属如钛、锆、铀等以及工业生产中大量使用的碳钢、不锈钢、合金钢、铜、铝等。
2）可焊工件种类多
电子束焊接薄件、厚件及大厚件。薄件焊接厚度可以为0.1mm，厚件一次焊接厚度可达300mm，解决一些大厚件的焊接如汽轮机隔板的焊接。
3）能实现异种焊接
目前，工业中电子束已经较好地完成异种金属的焊接，如铜-钨焊接、钢-不锈钢焊接、钢-硬质合金焊接、半导体材料及陶瓷材料的焊接等。
1.6 电子束焊的工艺参数
电子束焊的工艺参数主要是加速电压、电子束电流、聚焦电流、焊接速度和工作距离。电子束焊的工艺参数主要由板厚来决定。板厚越大，所要求的热量输入越高。为了防止裂纹、气孔和保证质量，对焊接工艺参数要严格控制。
（1）加速电压
在相同的功率、不同的加速电压下，所得焊缝深度和形状是不同的。提高加速电压可增加焊缝的熔深，焊缝断面深宽比与加速电压成正比例。当焊接大厚度件并要求得到窄而平的焊缝或电子枪与焊件的距离较大时可提高加速电压。
（2）电子束电流
由电子枪阴极发射流向阳极的电子束电流（也称束流）与加速电压一起决定着电子束的功率。电子束的功率是指电子束单位时间内放出的能量，用加速电压与电子束电流的乘积表示。增加电子束电流，熔深和熔宽都会增加。在电子束焊中，由于加速电压基本不变，所以为满足不同的焊接工艺要求，常常要调整电子束电流。
（3）焊接速度
焊接速度和电子束功率一起决定着焊缝的熔深、宽度以及被焊材料熔池行为（冷却、凝固及焊缝融合线形状）。增加焊接速度会使焊缝变窄，熔深减小。
（4）聚焦电流
电子束焊时，相对于焊件表面而言，电子束焊的聚焦位置有上焦点、下焦点和表面焦点三种，焦点的位置对焊缝成形影响很大。根据被焊材料的焊接速度、接头间隙等决定聚焦位置，进而确定电子束斑点大小。
（5）工作距离
焊件表面至电子枪的工作距离影响到电子束的聚焦程度。工作距离变小时，电子束的压缩比增大，使电子束斑点直径变小，增加了电子束功率密度。但工作距离太小会使过多的金属蒸汽进入枪体造成放电。在不影响到电子枪稳定工作的前提下，可以采用尽可能短的工作距离。
1.7 电子束焊接设备
1.7.1 主要生产研制机构
1）德国PTR和IGM公司、PROBEAM公司；2）法国TECHMETA（泰克米特）公司；3）
英国的CVE公司；4）乌克兰巴东焊接研究所；5）北京航空工艺研究所；6）中科院沈阳金属所；7）桂林电器科学研究所
1.7.2 分类
按照真空室压力:
1）高真空电子束焊机；2）低真空电子束焊机；3）非真空电子束焊机
按照加速电压:
1）高压型电子束焊机；2）中压型电子束焊机；3）低压型电子束焊机
按照电子枪固定方式:
1）动枪式电子束焊机；2）定枪式电子束焊机
1.7.3电子束焊机介绍
电子束焊机通常由电子枪、高压电源、控制系统、真空工作室、真空系统、工作台及辅助装置等几大部分组成。
选用电子束焊设备时，应综合考虑被焊材料、板厚、形状、产品批量等因素。一般来说，焊接化学性能活泼的金属（如W、Ta、Mo、Nb、Ti）及其合金应选用高真空焊机；焊接易蒸发的金属及其合金应选用低真空焊机；厚大焊件应选用高压型焊机，中等厚度工件选用中压焊机；成批量生产时应选用专用焊机，品种多、批量小或单件生产选用通用型焊机。
随着真空技术及相关科学技术的蓬勃发展，电子束焊接的可焊性和接头性能研究方面也获得了可喜的进展，电子束焊接相对于传统焊接方式的独特优势，使其开始广泛应用于各种材料、各种构件、各个行业的焊接领域。电子束焊机基本原理图如图1所示.
图1 电子束焊机基本原理图
1.8 电子束焊接在工业上的应用：
1.8.1 飞机和航天飞行器
作为一种现代先进的焊接技术，电子束焊接首先进入的就是航空航天领域。小到微型压力传感器，大到航天器外壳，航空航天零部件所用材料的独特性及焊接要求的特殊性，使得电子束焊接迅速成为这些重要零部件加工所必须采用的工艺，大量应用于飞机重要承力件和发动机转子部件的焊接上。电子束已被用来将钛锻件焊接成新型直升机的转翼，现代战斗机的机翼箱等。发动机上一些其他部件如透平罩、压缩机箱体以及飞机的燃料驱动系统和着陆起落架等也都采用了电子束焊接。由于电子束焊接的变形和热影响区小，已被用于航天飞
机发动机的装配焊接。如主燃烧室、热气歧管、高（低）压燃料涡轮泵、高（低）压氧化剂涡轮泵、燃料预燃烧室、氧化剂预燃烧器等间的焊接。
美国的F-22战斗机机身段上，由电子束焊接的钛合金焊缝长度达87.6mm，厚度为6.4-25mm。另外，电子束焊接技术还用来焊接汽轮机喷管隔板、高温蒸汽机转轴、汽轮机定子、燃气涡轮叶片、航空发动机转子、摇臂组件、机匣、功率轴、飞机梁、起落架，导弹壳体、航弹尾翼等
1.8.2 发电设备
电子束焊接以其独有的优点正在发电设备的制造方面取代传统的焊接方法。如美国、日本等国家都已使用真空电子束焊接取代埋弧焊工艺焊接汽轮机定子和汽轮机导向叶片。使用埋弧焊需要几天才能完成的焊接，使用电子束焊接后仅需几个小时就能完成。
1.8.3 汽车工业
使用电子束焊接方法焊接汽车后桥，省去了坡口的制作的准备。由于在真空条件下施焊，电子束焊接大大地清除了产生气孔、裂纹、夹渣等这些缺陷的可能。强度得到了保证，获得了极佳的经济效益。此外，真空电子束焊接还用来焊接汽车驱动轮、扭矩变换器、行星齿轮支座、飞轮、滑叉等。都取得了前所未有的效果[2]。
20世纪60年代，日本富士重工和美国通用汽车公司率先采用电子束焊接变速箱齿轮和飞轮，此后电子束焊接便吹响了进军汽车工业的号角。目前，几乎所有的国际汽车制造公司都引入了电子束焊接设备。德国大众汽车公司仅一个齿轮加工车间内，就装有20余台电子束焊机。
汽车生产中，电子束焊接多用来加工发动机、变速器、行走系等处的零件，这些零件的机械加工量相对较少，符合电子束焊接的经济性要求。比如，汽车发动机中的配电盘凸轮必须是渗氮后焊接，因其对接材料不同（低碳渗氮钢-SAE1144），采用其它接合方法比较困难，故采用电子束焊接较为合适；柴油机的预燃室过去采用钎焊（对接材料不锈钢-耐热钢），改用电子束焊后提高了质量，也降低了成本；起动马达整流子铜环采用电子束焊后，可同时高速焊接数十个，生产率大大提高，成本大幅度下降；转向车轮部分的球窝接头采用电子束焊接，施焊速度非常快，热影响很小，能很好地防止球接头中封装的黄油受热变质；转向柱管的焊接要求变形小、焊接表面光滑，故也适宜采用电子束焊接。
另外，从生产成本考虑，汽车工业比航天工业更多地开发和利用非真空电子束焊接。美国最早把非真空电子束焊接引入到批量汽车零件的生产中，欧洲和日本汽车制造商也相继开始采用该技术。非真空电子束焊接突破了“真空”的局限，可以在汽车生产线上连续进行，对于现在汽车上广泛使用的铝合金零件，非真空电子束焊接依然可以获得质量良好的焊接接头。
由此可见，电子束焊接热影响小、变形小，可以在工件精加工后进行焊接，又能够实现异种金属焊接。因此，复杂的工件就可以分成几个简单的零件，每个零件可以单独使用合适的材料和方法加工制造，最后利用电子束焊接成一个完整的工件，从而可以获得理想的技术性能和显著的经济效益，这就有利于达到汽车生产降低成本和轻量化的要求。
1.8.4 电子元器件
随着现代工业对电子线路和元器件的要求越来越高，电子束焊在电子行业发挥着越来越重要的作用。真空电子束用来焊接密封晶体管已取代钎代焊焊接晶体管连接接头。有些电子线路和元器件要求其焊缝在焊完后继续保持在真空密封装置内，焊缝不得有腐蚀性杂质。电子束焊接正是满足这种要求的最有效方法。
在这一领域里，利用电子束焊接精密可控的独特性能，更容易实现微细精密焊接，同时又能保证焊缝纯净、无污染、不氧化。
电子管阴极是发射电子的心脏部件，性能要求高，一般由钨、钼、钽等高熔点金属或其
合金材料组成。采用真空电子束焊接可获得光滑牢固的焊接，接头不氧化、无夹渣、不脆不裂。
光电管壳由纤维玻璃屏、高铬钢盘、可伐合金筒等组成，内部光电阴极是一种非常敏感的材料，封口焊接作为制管工艺的最后一道工序，不得使粘接的玻璃焊料与纤维屏受伤，而且不能出现氧化层。采用真空电子束焊接可获得高质量的焊缝，光滑平整、无氧化、而且气密性好[3]。
传感器封装焊接。某种遥测压力传感器似一个金属电子管，内部装有一组敏感元件和电子元件，为了使该传感器工作稳定可靠，采用腔体内部具有一定真空度的结构。该传感器不锈钢外壳上留有一个出气孔。焊接时将传感器置于焊机真空室内，当达到一定真空度时，先焊接电极盘与外壳，再封焊出气孔。电子束焊接成品率很高，性能测试表明各项指标均达到设计标准，并且未发现漂移现象，说明缝焊与孔焊的气密性均良好，内腔具有了一定真空度，内部元件完好无损。
电子束焊接的稳定性很高，可用于薄件或超薄件的穿透焊或半穿透焊，焊接规范可以恰到好处。
应变传感器的半穿透焊接。某种应变传感器采取薄片与薄壁圆管在外侧相焊的结构，圆管内充有MgO粉和应变丝。片与管壁的厚度仅0.1-0.15mm，在外侧焊接时只能半透，不能全透，不然薄壁圆管出洞造成管内的MgO溅散而报废。电子束焊接工艺规范临界，稳定性好，获得了满意的焊缝。
1.8.5 机械基础件
电子束也用来焊接有特殊要求的机械基础件，如轴、轴承、齿轮、金属带锯、双金属带等。对于硬度极高的金属的切断，使用电子束。可将高速钢型材焊在柔韧的载体带上。适当选择高速钢型材宽度．使得铣锯齿时，齿间，即断裂危险区位于柔韧性载体带上，这样，就能使高速钢齿尖达到最佳硬度。带锯能在最佳经济效益下实现最大负荷[4]。
1.8.6 核工业产品
电子束焊接最早应用于核工业产品部件，近些年来，在这一领域得到更充分的发展。如：一种核工业多种用途的真空电子束焊机，在离子推进系统中，它应用于难熔、耐蚀金属的焊接和不同金属之间的连接。焊缝无裂纹和泄漏，变形也相当小。
1.9 电子束焊的焊接工艺
1.9.1 焊前准备
（1）结合面的加工与清理
电子束焊接头金属紧密配合无坡口对接形式，一般不加填充金属，仅在焊接异种金属或合金，又确有必要时才使用填充金属。要求结合面经机械加工，表面粗糙度一般为 1.5～ 。宽焊缝比窄焊缝对结合面要求可放宽，搭接接头也不必过严。
25m
焊前必须对焊件表面进行严格清理，否则易产生焊缝缺陷，力学性能变坏，还影响抽气时间。清理完毕后不能再用手或工具触及接头区，以免污染。
（2）接头装配
电子束焊接头要紧密结合，不留间隙，尽量使结合面平行，以便窄小的电子束能均匀融化接头两边的母材。装配公差取决于焊件厚度、接头形状和焊接工艺要求，装配间隙宜小不宜大。焊薄工件时装配间隙要小于0.13mm，随着焊件厚度的增加，可用稍大一些的间隙。
（3）夹紧
电子束焊是机械或自动化操作的，如果零件不是设计成自紧式的，必须用夹具进行定位与夹紧，然后移动电子枪体或工作台完成焊接。为了避免电子束发生磁偏转，要使用无磁性的金属制造所有的夹具和工具。
（4）退磁
所有磁性的金属材料在电子束焊之前都必须退磁。剩磁可能因磁粉探伤、电磁卡盘或电化加工等造成，即使剩磁不大，也足以引起电子束的偏转。焊件退磁后可放在工频感应磁场中，靠慢慢移出进行退磁，也可用磁粉探伤设备进行退磁。
1.9.2 接头设计
电子束焊接的接头形式有对接、角接、搭接和卷边接头，均可进行无坡口全熔透或给定熔深的单道焊。这些接头原则上可以用于电子束焊接的一次穿透完成。如果电子束的功率不足以穿透接头的全厚度，也可采取正反两面焊的方法来完成[5]。
电子束焊不同接头有各自特有的结合面设计、接缝准备和施焊的方位。设计原则是便于接头的准备、装配和对中，减少收缩应力，保证获得所需熔透度。
1.9.3 获得深熔焊的工艺方法
电子束焊的最大优点是具有深熔透效应。为了保证获得深熔透效果，除了选择合适的电子束焊工艺参数外，还可以采取如下的一些工艺措施。
（1）电子束水平入射焊
当焊接熔深超过100mm时，可以采用电子束水平入射焊，从侧向进行焊接。
（2）脉冲电子束焊
在同样的功率下，采用脉冲电子束焊可有效地增加熔深。
（3）变焦电子束焊
极高的功率密度是获得深熔焊的基本条件。电子束功率密度最高的区域在其焦点上。焊接大厚度焊件时，可使焦点位置随着焊件的溶化速度变化而改变，始终以最大功率密度的电子束轰击待焊金属。
（4）焊前预热或预置坡口
焊前预热被焊件，可减少焊接时热量沿焊缝横向的热传导损失，有利于增加熔深。高强度钢焊前预热还可以减少裂纹倾向。在深熔焊时，往往有一定量的金属堆积在焊缝表面，如果预开坡口，这些金属会填充坡口，相当于增加了熔深。
1.10 电子束焊接的发展趋势
美国和苏联的宇航员还在太空实验窜进行了电子束焊接和切割试验。展现了电子束焊接的广阔发展前景，今后电子束焊接的发展趋势可以概括为[6]：
（1）继续扩大在航空航天工业中的应用范围，并在修复领域发挥作用：
（2）焊接设备将趋向多功能化和柔性化；
（3）非真空电子束焊接的研究和应用将日益成为热点；
（4）在厚大件和批量生产中继续发挥其独特优势；
（5）电子束焊接将成为空间结构焊接的强有力工具。
1.11电子束焊的应用前景
（1）在大批生产中将有较大的发展。例如：在汽车工业中，采用电子束焊技术焊接汽车的齿轮和后桥，可以提高工效、降低成本、减轻零件的质量。
（2）在航空航天工业中，电子束焊技术将继续扩大其应用，并发展电子束焊在线检测技术。（3）由于电子束在厚大件焊接中独树一帜，所以在能源、重工业中大有用武之地。
（4）在修复领域，电子束焊技术将是有价值的工艺方法之一。
（5）电子束焊的焊接设备将趋向多功能及柔性化。电子束焊已属成熟技术，随着应用领域的扩大，出于经济方面的考虑，多功能电子束焊的焊接设备和集成工艺以及电子束焊的柔性化将越来越显得重要。
（6）电子束焊将是实现空间结构焊接的强有力工具。
1.12 电子束焊接技术的展望
经过大半个世纪的发展，电子束焊接已经从实验室走进了制造业地众多领域，在国内外的航空航天、核能、动力、机械、汽车、电子及医疗器械等行业牢固立足，特别是大批量生产、大厚度焊接，以及复杂、特殊构件的焊接中，其优越性和作用更为明显。进入21世纪后，以高新科技产品和现代运载工具为代表的前沿工程科技的需求进一步扩大，而真空技术、电子光学理论、精密仪器、高电压技术、自动化技术、计算机技术、微电子技术和通信技术的蓬勃发展，无疑将促进电子束焊接技术的不断创新和持续发展[7]。
从电子束焊接的本质特征及其在工业中的应用现状来看，今后电子束焊接的发展趋势大致为以下几个方向：
1）继续扩大应用范围
电子束焊接技术的研究还远没有到丰收期，对电子束流品质特性、与材料的交互作用机理、熔池动力学过程等原理还需要更深入研究，应继续挖掘潜力，研制开发大功率能量密度电子束焊接装置、微精细结构焊接技术以及修复焊接技术，进一步提高工程应用条件下运行的可靠性、稳定性、经济性
2）在大厚度件焊接扩大其独特优势
短期之内，还没有其他热源能在焊接大厚度构件的深穿透能力上，与电子束焊接一较高下。但目前工业生产实践中，应用电子束焊接大厚件的工艺还不够成熟，存在着工艺参数选择、质量检测、缺陷修复等技术问题，这些问题都需要在以后的研究中陆续解决。
3）焊接设备将趋向多功能化
在一切强调“自动化”、“智能化”的今天，电子束焊接技术将继续与计算机技术和自动化技术集成，提高设备的智能化、柔性化程度，开发电子束焊接应用软件、开展电子束焊接过程的信息检测与控制技术研究，进行焊接模拟和计算等，推动电子束焊接技术的持续创新与完善。
4）非真空电子束焊接的研究和应用将成为热点
虽然真空是一种极其理想的保护环境，但从经济性考虑，工业生产中很多方面并不需要如此“苛刻完美”的条件，而且真空室的大小和成本对生产流水线的自动化运作有着很大的限制。因此，局部真空和非真空电子束焊接已经成为国际上高能束焊接研究的一大热点。在保证焊缝质量的前提下，非真空电子束焊接的广泛应用将极大地提高生产效率、降低成本，帮助完成工业产品和技术的更新换代，乃至进一步提高人民的生活水平作出巨大贡献。
2. 摩擦焊
2.1 定义
摩擦焊接是在轴向压力与扭矩作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热使接触面及其近区达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，然后迅速顶锻而完成焊接的一种压焊方法。
2.2 摩擦焊原理简介：
摩擦焊是利用金属焊接表面摩擦生热的一种热压焊接法。摩擦焊接时，通常将待焊工件两端分别固定在旋转夹具和移动夹具内，工件被夹紧后，位于滑台上的移动夹具随滑台一起向旋转端移动，移动至一定距离后，旋转端工件开始旋转，工件接触后开始摩擦加热。此后，则可进行不同的控制，如时间控制或摩擦缩短量（又称摩擦变形量）控制。当达到设定值时，
旋转停止，顶锻开始，通常施加较大的顶锻力并维持一段时间，然后，旋转夹具松开，滑台后退，当滑台退到原位置时，移动夹具松开，取出工件，至此，焊接过程结束[8]。示意图见下图2.
图2 摩擦焊接过程示意图
摩擦焊接是一种优质、高效、节能的固态连接技术，被广泛应用于航空、航天、石油、汽车等领域中。在摩擦焊接过程中，主轴转速、焊接压力、焊接时间以及焊接变形量是影响焊接质量的重要工艺参数。对这些参数实现精确的检测和控制，是获得优质焊接接头的保障。因此，研制一套控制精度高、响应速度快、具有丰富的数据处理能力且易于升一级和扩充的开放式控制系统具有重要意义。
图3 摩擦焊装置示意图
2.3 摩擦焊的分类
摩擦焊的方法很多，一般根据焊件的相对运动和工艺特点进行分类，主要方法如图1所示。在实际生产中，连续驱动摩擦焊、相位控制摩擦焊、惯性摩擦焊和搅拌摩擦焊应用的比较普遍。
通常所说的摩擦焊主要是指连续驱动摩擦焊、相位控制摩擦焊、惯性摩擦焊和轨道摩擦焊，统称为传统摩擦焊，它们的共同特点是靠两个待焊件之间的相对摩擦运动产生热能。而搅拌摩擦焊、嵌入摩擦焊、第三体摩擦焊和摩擦堆焊，是靠搅拌头与待焊件之间的相对摩擦运动产生热量而实现焊接[9]。
2.4 摩擦焊优点介绍
（1）焊接质量好而稳定。由于摩擦焊是一种热压焊接法，摩擦不仅能消除焊接表面的氧化膜，同时在较大的顶锻压力作用下，还能挤碎和挤出由于高速摩擦而产生的塑性变形层中氧化了的部分和其它杂质，并使焊缝金属得到锻造组织。
（2）摩擦焊不仅能焊接黑色金属、有色金属、同种异种金属，而且还能焊接非金属材料，如塑料、陶瓷等。
（3）对具有紧凑的回转断面的工件的焊接，都可用摩擦焊代替闪光焊、电阻焊及电弧焊。并可简化和减少锻件和铸件，充分利用轧制的棒材和管材。
（4）焊件尺寸精度高。采用摩擦焊工艺生产的柴油发动机预燃烧室，全长最大误差为士0.1毫米。专用的摩擦焊机可以保证焊件的长度公差为士0.2 毫米，偏心度小于0.2毫米（5）焊接生产率高，易实现机械化、自动化，操作技术简单。
（6）焊接费用低。由于摩擦焊节省电能、金属变形量小（焊接缩短量少）、接头焊前不需要清理、焊接时不需要填料和保护气体、接头上的飞边有时可以不必去除，所以焊接费用显著降低。
（7）工作场地卫生，无火花、弧光及有害气休。适于和其它先进的金属加工方法一起列入自动生产线。
2.5 摩擦焊焊接工艺
2.5.1 工艺特点
1）焊接施工时间短，生产效率高。例如发动机排气门双头自动摩擦焊机的生产率可达800～1200件/h。对于外ф127mm、内径ф95mm的石油钻杆与接头的焊接，连续驱动摩擦焊仅需要十几秒钟[9]。
2）因焊接热循环引起的焊接变形小，焊后尺寸精度高，不用焊后校形和消除应力。用摩擦焊生产的柴油发动机预燃烧室，全长误差为±0.1mm；专用焊机可保证焊后的长度公差为
±0.2mm，偏心度为0.2mm。
3）机械化、自动化程度高，焊接质量稳定。当给定焊接条件后，操作简单，不需要特殊的焊接技术人员。
4）适合各类异种材料的焊接，对常规熔化下不能焊接的铝-钢、铝-铜、钛-铜、金属间化合物-钢等都可以进行焊接。
5）可以实现同直径、不同直径的棒材和管材的焊接。
6）焊接时不产生烟雾、弧光以及有害气体等，不污染环境。同时，与闪光焊相比，电能节约5～10倍。
但是，摩擦焊也具有如下缺点与局限性：
1）对非圆形截面焊接较困难，所需设备复杂；对盘状薄零件和薄壁管件，由于不易夹固，施焊也比较困难。
2）对形状及组装位置已经确定的构件，很难实现摩擦焊接。
3）接头容易产生飞边，必须焊后进行机械加工。
4）夹紧部位容易产生划伤或夹持痕迹。
2.5.2 接头形式设计
连续驱动摩擦焊可以实现棒材-棒材、管材-管材、棒材-管材、棒材-板材及管材-板材的可靠连接。接合面形状对获得高质量的接头非常重要[10]。
连续驱动摩擦焊接头形式在设计时主要遵循以下原则：
1）在旋转式摩擦焊的两个工件中，至少要有一个工件具有回转断面。
2）焊接工件应具有较大的刚度，夹紧方便、牢固，要尽量避免采用薄管和薄板接头。
3）同种材料的两个焊件断面尺寸应尽量相同，以保证焊接温度分布均匀和变形层厚度相同。
4）一般倾斜接头应与中心线成30°～45°的斜面。
5）对锻压温度或热导率相差较大的异种材料焊接时，为了使两个零件的顶锻相对平衡，应调整界面的相对尺寸；为了防止高温下强度低的工件端面金属产生过多的变形流失，需要采用模子封闭接头金属。
6）为了增大焊缝面积，可以把焊缝设计成搭接或维形接头。
7）焊接大断面接头时，为了降低加热功率峰值，可以采用将焊接端面倒角的方法，使摩擦面积逐渐增大。
8）对于棒－棒和棒－板接头，当中心部位材料被挤出形成飞边时要消耗更多的能量，而焊缝中心部位对扭矩和弯曲应力的承担又很少，所以，如果工件条件允许，可将一个或两个零件加工成具有中心孔洞，这样，既可用较小功率的焊机，又可提高生产率。
9）待焊表面应避免渗氮、渗碳等。
10）设计接头形式的同时，还应注意工件的长度、直径公差、焊接端面的垂直度、不平度和表面粗糙度。
2.6 摩擦焊焊接参数
（1）连续驱动摩擦焊
主要参数有转速、摩擦压力、摩擦时间、摩擦变形量、停车时间、顶锻时间、顶锻压力、顶锻变形量。其中，摩擦变形量和顶锻变形量（总和为缩短量）是其他参数的综合反应[11]。1）转速与摩擦压力。转速和摩擦压力直接影响摩擦扭矩、摩擦加热功率、接头温度场、塑性层厚度以及摩擦变形速度等。转速和摩擦压力的选择范围很宽，它们不同的组合可得到不同的规范，常用的组合有强规范和弱规范。强规范时，转速较低，摩擦压力较大，摩擦时间短；弱规范时，转速较高，摩擦压力小，摩擦时间长。
2）摩擦时间。摩擦时间影响接头的加热温度、温度场和质量。如果时间短，则界面加热不充分，接头温度和温度场不能满足焊接要求；如果时间长，则消耗能量多，热影响区大，高温区金属易过热，变形大，飞边也大，消耗的材料多。碳钢工件的摩擦时间一般在1～40s
范围内。
3）摩擦变形量。摩擦变形量与转速、摩擦压力、摩擦时间、材质的状态和变形抗力有关。要得到牢靠的接头，必须有一定的摩擦变形量，通常选取的范围为1～10mm。
4）停车时间。停车时间是转速由给定值下降到零时所对应的时间，直接影响接头的变形层厚度和焊接质量。当变形层较厚时，停车时间要短；当变形层较薄而且希望在停车阶段增加变形层厚度时，则可加长停车时间。
5）顶锻压力、顶锻变形量和顶锻速度。顶锻压力的作用是挤出摩擦塑性变形层中的氧化物和其他有害杂质，并使焊缝得到锻压，结合牢靠，晶粒细化。顶锻压力的选择与材质、接头温度、变形层厚度以及摩擦压力有关。材料的高温强度高时，顶锻压力要大；温度高、变形层厚度小时，顶锻压力要小（较小的顶锻压力就可得到所需要的顶锻变形量）；摩擦压力大时，相应的顶锻压力要小一些。顶锻变形量是顶锻压力作用结果的具体反映，一般选取1～6mm。顶锻速度对焊接质量影响很大，如顶锻速度慢，则达不到要求的顶锻变形量，一般为10～40mm/min。
（2）对于惯性摩擦焊
在参数选取上连续驱动摩擦焊有所不同，主要的参数有起始转速、转动惯量和轴向压力。1）起始转速。起始转速具体反映在工件的线速度上，对钢-钢焊件，推荐的速度范围为152～456m/min。低速（< 91m/min）时，中心加热偏低，飞边粗大不齐，焊缝成漏斗状；中速（91～273m/min）焊接时，焊缝深度逐渐增加，边界逐渐均匀；如果速度大于360m/min时，焊缝中心宽度大于其他部位。
2）转动惯量。飞轮转动惯量和起始转速均影响焊接能量。在能量相同的情况下，大而转速慢的飞轮产生顶锻变形量较小，而转速快的飞轮产生较大的顶锻变形量。
3）轴向压力。轴向压力对焊缝深度和形貌的影响几乎与起始转速的影响相反，压力过大时，飞边量增大。
2.7 典型材料的摩擦焊
材料的摩擦焊接性是指材料在摩擦焊接过程中形成优质接头的能力。所谓优质接头，一般是指与母材等强度及等塑性，所涉及的材料有金属材料、陶瓷材料、复合材料、塑料等[12]。影响材料摩擦焊接性的因素主要有：
1）材料的互溶性。同种材料或互溶性好的异种材料容易进行摩擦焊接；有限互溶、不能相互溶接和扩散的两种材料，很难进行摩擦焊接。
2）材料表面的氧化膜。金属表面上的氧化膜如果容易破碎，则焊合比较容易，如低碳钢的摩擦焊接性比不锈钢好。
3）材料的力学性能。高温强度高、塑性低、导热性好的材料不容易焊接；力学性能差别大的异种材料也不容易焊接。
4）合金的碳当量。碳当量高、淬硬性好的合金材料焊接比较困难。
5）高温氧化性。一些活性金属及高温氧化性大的材料难以焊接。
6）生成的脆性相。凡是能形成脆性化合物层的异种材料，很难获得高可靠性的焊接接头。对这类材料，在焊接过程中必须设法降低焊接温度或减少焊接时间，以控制脆性化合物层的长大，或者添加过渡金属层进行摩擦焊接。
7）摩擦系数。摩擦系数低的材料，加热功率低，得到的焊接温度低，就不容易保证接头的质量，例如焊接黄铜、铸铁等就比较困难。
8）材料的脆性。大多数金属材料都具有很好的摩擦焊接性能，而对于焊接性不好的陶瓷材料及异种材料，为了提高接头性能，摩擦焊接时应选用合适的过渡金属层。应注意，某些摩擦焊接性能不好的材料，随着摩擦焊工艺的发展和设备的改进有可能成为焊接性好的材料。
2.8摩擦焊设备
2.8.1 传统摩擦焊设备
摩擦焊的机械化程度较高，焊接质量对设备的依赖性很大，要求设备要有适当的主轴转速，有足够大的主轴电动机功率、轴向压力和夹紧力，还要求设备同轴度好、刚度大。根据生产需要，还需配备自动送料、卸料、切除飞边等装置。
2.8.2 连续驱动摩擦焊机
普通型连续驱动摩擦焊机主要由主轴系统、加压系统、机身、夹头、检测与控制系统以及辅助装置等六部分组成。
1）主轴系统。主要由主轴电动机、传动皮带、离合器、制动器、轴承和主轴等组成，主要作用是传送焊接所需要的功率，承受摩擦扭矩。
2）加压系统。主要包括加压机构和受力机构。加压机构的核心是液压系统。液压系统包括夹紧油路、滑台快进油路、滑台工进油路、顶锻保压油路以及滑台快退油路等五个部分。夹紧油路主要通过对离合器的压紧与松开完成主轴的启动、制动以及工件的夹紧、松开等任务。当工件装夹完成之后，滑台快进；为了避免两工件发生撞击，当接近到一定程度时，通过油路的切换，滑台由快进转变为工进。工件摩擦时，提供摩擦压力，依靠顶锻油路调节顶端力和顶锻速度的大小；当顶锻保压结束后，又通过油路的切换实现滑台快退，达到复位后停止运动，一个焊接循环结束。受力机构的作用是为平衡轴向力（摩擦压力、顶锻压力）和摩擦扭矩及能防止焊机变形，保持主轴与加压系统的同心度。扭矩的平稳常利用装在机身上的导
轨来实现。轴向力的平衡可采用单拉杆或双拉杆结构，即以工件为中心，在机身中心位置设置单拉杆或以工件为中心、对称设置双拉杆。
3）机身。机身一般为卧式，少数为立式。为防止变形和振动，应有足够的强度和刚度。主轴箱、导轨、拉杆、夹头都装在机身上。
4）夹头。夹头分为旋转和固定两种。旋转夹头又有自定心弹簧夹头和三爪夹头之分。弹簧夹头适宜于直径变化不大的工件；三爪夹头适宜于直径变化较大的工件。为了使夹持牢靠，不出现打滑旋转、后退、振动等，夹头与工件的接触部分硬度要高、耐磨性要好。
5）检测与控制系统。参数检测主要涉及时间（摩擦时间、刹车时间、顶锻上升时间、顶锻维持时间）、加热功率、摩擦压力（一次压力和二次压力）、顶锻压力、变形量、扭矩、转速、温度、特征信号（如摩擦开始时刻、功率峰值及所对应的时刻）等。控制系统包括程序控制和参数控制。程序控制用来完成上料、夹紧、滑台快进、滑台工进、主轴旋转、摩擦加热、离合器松开、刹车、顶锻保证、车除飞边、滑台后退、工件退出等顺序动作及其联锁保护等。焊接参数控制，则根据方案进行相应的诸如时间控制、功率峰值控制、变形量控制、温度控制、变参数复合控制等。
6）辅助装置。主要包括自动送料、卸料以及自动切除飞边装置等[13]。
2.8.3 惯性摩擦焊机
惯性摩擦焊机由电动机、主轴、飞轮、夹盘、移动夹具、液压缸等组成。
2.8.4 搅拌摩擦焊设备
搅拌摩擦焊接设备的部件很多，从设备功能结构上可以把搅拌摩擦焊机分为搅拌头、机械转动部分、行走部分、控制部分等。
（1）常用搅拌摩擦焊接设备
常用的搅拌摩擦焊接设备大致可以分为悬臂式、C型和龙门式三大类型。悬臂式搅拌摩擦焊接设备根据型号不同，可以焊接1～5mm、3～10mm、3～15m和3～20mm厚铝合金或镁合金。焊件直径2.2m以下，长度不超过15m，控制方式为3轴数控。C型搅拌摩擦焊接设备一般焊接厚度10mm以下的铝合金或镁合金，焊缝形式为纵向直缝、T形焊缝和环焊缝。龙门式搅拌摩擦焊接设备主要用于大型构件、大厚度材料的焊接，是生产中应用最多的一种。
（2）数控FSW焊接设备
这种设备不同于传统的三维刚性控制机械，它利用了六脚昆虫原理，由6个支架组成，每个支架都可以改变长度。在负载、刚度和再现性等方面都比传统的搅拌摩擦焊设备有优势。设备的主轴固定在一个框架上，可以使6个支架都能自由移动，用来高速焊接一些航空构件，设备的工作空间为1.2m×1.2m×1.2m。
（3）搅拌摩擦焊机器人
为了实现三维空间曲线的搅拌摩擦焊接，增加焊接适应性，研制了搅拌摩擦焊接机器人，可以实现空间焊缝的焊接。
2.9 摩擦焊焊接工艺
2.9.1接头形式的设计
连续驱动摩擦焊可以实现圆棒-圆棒、圆管-圆管、圆棒-圆管、圆棒-板材及圆管-板材的可靠连接，接头形式对焊接质量尤为重要[14]。
连续驱动摩擦焊焊接接头形式在设计时主要遵循一下原则：
1）两被焊件中，最好旋转件是圆形且便于绕轴线做高速旋转。
2）焊件应具有较大的刚度，夹紧方便、牢固，要尽量避免采用薄管和薄板接头。
3）同种材料的两个焊件截面尺寸应尽量相同，以保证焊接温度分布均匀和变形层厚度相同。4）对锻压温度或热导率相差较大的异种材料焊接时，为了使两个零件的顶锻相对平衡，应
调整界面的相对尺寸。
5）一般倾斜接头应与中心线成30-50度的斜面。
6）为了增大焊缝面积，可以把焊缝接头设计成搭接或锥形接头。
7）焊接大截面焊接接头时，为了降低加热功率峰值，可采用将焊接端面倒角的方法，使摩擦面积逐渐增大。
8）要注意飞边的流向，使其在焊接时不受阻碍的被挤出。在不可能切除飞边或者要节省飞边切除费用的情况下，可设计带飞边槽的接头。
9）待焊表面应避免渗氮、渗碳等。
10）设计接头形式的同时，还应注意工件的长度、直径公差、焊接端面的垂直度、平面度和粗糙度。
2.9.2 接头表面准备
焊接前还需对焊件作如下处理
1）焊件的摩擦端面应平整，中心部位不能有凹面或中心孔，以防止焊缝中含空气和氧化物。2）当结合面上具有较厚的氧化层、镀铬层、渗碳层或渗氮层时，常不易加热或被挤出，焊前应进行清除。
3）摩擦焊对焊件结合面的粗糙度、清洁度要求并不严格，如果能加大焊接缩短量，则气割，冲剪、砂轮磨削、锯断的表面均可直接施焊。
4）端面垂直度一般小于直径的1%，过大会造成不同轴度的径向力。
2.9.3 焊接参数
连续驱动摩擦焊的焊接参数主要包括主轴转速、摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、顶段时间、变形量等[15]。
2.10 摩擦焊安全防护
1）操作者必须熟悉机床操作顺序和性能，严禁超性能使用设备。
2）操作者必须经过培训、考试或考核合格后，持证上岗。
3）开机前，按设备润滑图表注油，检查油标油位或注油点。
4）启动油泵电机，弹性夹头夹紧工件，调节液压系统压力、工作压力、夹紧压力，顶锻压力，检查主轴箱润滑。
5）在调整状态下，调节滑台、刀架移动速度和距离。
6）检查主轴箱润滑、离合、制动，低速转动主轴。
7）停机前复位，关闭主轴电机，待主轴停转后，关闭油泵电机。
8）关闭机床电控总开关，关闭电控柜空气开关。
9）清洁机床，按设备润滑图表或注油点进行注油。
10）严禁穿拖鞋、凉鞋、半短裤操作，以防铁屑烫伤，严禁戴手套操作。
11）夹具的防转块必须锁紧，避免螺钉或防转块飞出，装卸夹具应用专门板手，不许把锥面变形的弹簧夹具装上使用。
13）快进、快退不能调得太快，防止发生危险，皮带张紧要适当，防护罩须锁紧。14）飞边切前量应由小到大，工进要适当。
15）清洗油要及时处理，回火油不能装得太满，放、取料应小心。
16）机床油桶应有良好接地保护，不许擅自拆修。
2.11 摩擦焊的应用
目前我国摩擦焊技术的应用比较广泛，可焊接直径3.0～120mm的工件以及8000mm2的大截面管件，同时还开发了相位焊和径向摩擦焊技术，以及搅拌摩擦焊技术。不仅可焊接
钢、铝、铜，而且还成功焊接了高温强度级相差很大的异种钢和异种金属，以及形成低熔点共晶和脆性化合物的异种金属。如高速钢—碳钢、耐热钢—低合金钢、高温和金—合金钢、不锈钢—低碳钢、不锈钢—电磁铁以及铝—铜、铝—钢等。
近年来随着我国航空航天事业的发展，也加速了摩擦焊技术向这些领域的渗透，进行了航空发动机转子、起落架结构件、紧固件等材料（Ln718Ti17300MGH159GH4169）以及金属与陶瓷、复合材料、粉末高温合金的摩擦焊工艺试验研究，某些电工材料的钎焊工艺也开始用摩擦焊接所取代。如电磁铁—不锈钢、钨铜合金等。目前我国采用摩擦焊接方法焊接的产品有：锅炉行业的蛇形管摩擦焊接，阀门行业的阀门法兰和阀体密封座的摩擦焊接，轴瓦行业的止推边轴瓦的摩擦焊接，工具行业的钻头、铣刀、铰刀的刃部与柄部的摩擦焊接，汽车及机车行业发动机的双金属排气阀、气门顶杆、柴油机预热室喷咀、半轴、扭力管、内燃机增压器涡轮轴，潜水电泵转轴，紫铜不锈钢水接头，铝铜过渡接头，纺织机梭子芯，关节轴承，泥瓦工具，地质钻杆，石油钻杆、实心、空心抽油杆，航空发动机集成齿轮，木工多用机床上的刀轴等等。
我国现有六百余台摩擦焊机，绝大部分是连续驱动摩擦焊机。近年来由于加强了与德国KUKA、日东株氏会社、美国MTI公司等摩擦焊机制造公司的交流与引进样机，焊机先后采用了液压马达驱动的主轴系统，串联轴承组——平衡油缸液力平衡旋转活塞，多片式粉末冶金涂层离合器，滚动导轨和可编程序控制器（PLC）控制等多项先进技术，使焊机制造水平有了较大的提高。
随着实际生产的需要。国内对于其它型式的摩擦焊机也进行了研制，如长春焊接设备厂研制了小吨位的惯性焊机，相位摩擦焊机，哈尔滨焊接研究所研制了具有形变热处理功能带机上淬火装置及自动去飞边装置的混合式摩擦焊机，变频调速相位摩擦焊机。哈尔滨量具刃具厂研制了20T双头摩擦焊机，中国兵器工业第五九研究所研制了小吨位径向摩擦焊机，北京赛福斯特技术有限公司研制了系列搅拌摩擦焊机等等，这些焊机有的技术指标和制造水平已达到或接近国外同类焊机的水平。
面对国内市场的需要，摩擦焊机的生产也在向系列化方向发展，目前国内生产的焊机最大吨位是1250kN，最小是5KN。总之，在国内的焊机系列中，变型少，品种也比较单一，还没有巨型机和微型机。与焊机相配套的去飞边装置，自动上下料装置，焊后热处理，无损检测装置等虽有不同的类型，但是这些还比较专业化，没有形成标准通用的系列，有待不断的完善。我国也有了自己的摩擦焊机行业标准，随着制造技术的提高，这个标准也将有待向着较高水平方向修订。
2.12 摩擦焊技术的发展趋势与展望
我国摩擦焊技术的发展现状还很不适应国民经济高速发展的需要，今后5~10年内我国的摩擦焊工作者还要在材料的焊接性、摩擦焊的焊接方法、摩擦焊设备和摩擦焊的应用领域展开更加深入的研究。
2.12.1拓宽摩擦焊材料的焊接性研究
主要瞄准那些难以熔焊的及新兴的焊接材料的焊接，如钛合金与不锈钢的摩擦焊接、钛与铝的摩擦焊接、纯钛与纯铜的摩擦焊接、高熔点材料的摩擦焊接、轻金属的摩擦焊接、粉末合金材料的摩擦焊接、新兴材料的摩擦焊接、铸造合金的摩擦焊接及钢材与活性金属的摩擦焊接等材料的摩擦焊接性研究。同时还要对材料摩擦焊接物理、化学、力学冶金的基础理论进一步深入研究，拓宽摩擦焊可焊材料领域。
2.12.2 摩擦焊方法的研究趋势
今后5~10年要加大力度开发一些新的摩擦焊方法，逐步完善并扩大其应用范围。（1）相位摩擦焊可实现有相位要求的工件的摩擦焊接，扩大了摩擦焊的应用领域。目前生
产中对如六方形断面的零件、八方钢、汽车操作杆、花键轴、拨叉及两端带法兰的轴等均要求采用相位摩擦焊。在电控技术和机械技术高度发展的前提下，为大吨位相位摩擦焊机的研制提供了可能。
（2）线性摩擦焊线性摩擦焊技术，是两个工件以一定的频率和振幅进行往复运动产生热量进行的焊接，它可以将方形、圆形、多边形截面的金属或塑性材料焊接在一起，也可以焊接更不规则截面的构件，如叶片与涡轮等。以后，还要深入开展线性摩擦焊机原理、振动系统动力学等的研究，为研制大吨位的线性摩擦焊机作准备。
（3）径向摩擦焊径向摩擦焊由于引入中间旋转加压圆环，不仅改变了摩擦面的方向，焊件也由相对旋转加压变为相对固定加压，因此非常适合于长管子的焊接，同时它还可以把薄壁环焊接到圆柱体外壁上。今后，要加强径向摩擦焊机理和瞬间大流量液压系统的研究，为大吨位径向摩擦焊机的研制奠定理论基础。
（4）搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊技术是1991年英国焊接研究所发明的固相连接技术，它在航空航天、船舶、海洋工业、武器装备，以及高速列车等领域的轻结构制造中的应用研究得到广泛开展；同时也引起了我国科技工作者的高度重视，先后开展了一些搅拌摩擦焊的研究工作。今后要对搅拌摩擦焊的机理、微观组织、力学性能和搅拌摩擦焊的核心技术搅拌头等展开更加深入的研究。拓展搅拌摩擦焊的材料焊接范围，特别是要加强异种材料搅拌摩擦的研究，进一步扩大搅拌摩擦焊的工程应用。另外，还要对摩擦堆焊、第三体摩擦焊和嵌入摩擦焊开展研究。
2.12.3 摩擦焊设备与工程应用的研发方向
随着摩擦焊技术的广泛应用，摩擦焊设备也得到了迅速的发展，2000年不完全统计，全世界共有5000多台摩擦焊机用于焊接生产。
为适应大型和特殊部件的摩擦焊接，要研制我国的大型和微型的摩擦焊机。为适应特种用途还要开发惯性摩擦焊、径向摩擦焊、搅拌摩擦焊、双头摩擦焊、立式摩擦焊，以及水下摩擦焊等多种、特种摩擦焊机。在制造及监控技术方面，要本着柔性和自动化来设计，焊机可附加很多自动化设备和加工装置，从而创造出一个高度柔性和自动化的完整系统，以适应用户的各种需求。为强化焊接过程质量保证，除了进行时间控制、变形量控制、能量控制外，还要开发特殊过程控制技术，如摩擦扭矩和声发射监控技术等[16]。
为了适应焊接生产的自动化要求，要加强相关技术及外围设备的研究：如不同类型的去飞边装置、机器人或其他上下料装置、热处理及无损检验技术，工件可在焊前或焊后在焊机上进行机加工，有的甚至可进行CNC加工，使之在生产线上可靠运行。另外，还可与柔性制造系统（FMS）配合使用。
今后汽车工业将成为摩擦焊最具活力的市场，使用摩擦焊焊接的零部件有涡轮增压器，安全气囊的增压泵，变速器和齿轮箱的驱动轴、后桥、排气阀及气动制动用凸轮等。在工程机械方面，摩擦焊主要用来焊接液压传动部件，如液压缸、活塞杆，尤其是法兰与阀体的焊接。另外，在履带支重轮、减震器和齿轮泵转子制造中，也可以采用摩擦焊。
3. 结语
纵观国内外电子束焊及摩擦焊技术的发展现状，我国与国际先进水平相比还有很大差距。目前，特种焊接技术在国内的研究开发、推广应用的工作还不能满足国民经济飞速发展的需要，面对国内市场的需求，国际竞争的日益激烈，我国广大特种焊接科技工作者任重道远。为适应我国科技发展的需求和缩短同国外同类产品的差距，我们应在实现特种焊接技术自身发展的同时，加强同其他学科与边缘学科的结合。愿我们携起手来，用我们不懈的努力托起我国特种焊接技术发展的今天与未来！
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1.厚度小于1.6mm的铝合金,采用小孔法和熔透法焊接时,都必须使用Ar作为保护气。（x） 2.引起油脂自燃的内因是有较大的氧化表面(如浸油的纤维物质)有空气,具备蓄热的条件。（x ） 3.熔化极氩弧焊时，熔滴喷射过渡会产生很大的飞溅。（x） 4.室内焊接作业应避免可燃易燃气体(或蒸汽)的滞留积聚,除必要的 通风措施外,还应装设气体分析仪器和报警器。（V） 5.熔透型等离子弧焊主要用于薄板加单面焊双面成形及厚板的多层焊。（V） 6. 气体保护电弧焊存在着气瓶爆炸危险性。（V ） 7.在焊接过程中加入的二氧化碳对母材可能产生渗碳作用。（V） 8. 焊接作业处，应把乙炔瓶和氧气瓶安放在15m以外。（X）9.二氧化碳焊不能焊接管道。（X） 10.一个人在皮肤干燥状态下,接触的电压越高,人体电阻越小。X 11. 铝粉和镁粉的自燃点是一个较高的温度值,不是一个范围。（X） 12. 压缩空气的作用不包括对碳棒电极起冷却作用。（X） 13. 屈服强度越高,金属材料的抗拉强度也会越大。（V ） 14. 钎焊作业的安全生产可以保障人身安全与健康。（V） 15. 气割时，由于割炬内采用高压氧气，因此使用前要特别注意检查割炬各接头的密封性。（V） 16. 低碳钢焊接时,对焊接电源没有特殊要求,可采用交、直流弧焊机进行全位置焊接,工艺简单。（V）
17. 氩弧焊可以焊接化学活泼性强和已形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金。（V） 18. 碳弧气刨不能清理铸件的毛边、飞边、浇铸冒口及铸件中的缺陷。（X ） 19. 氢氧化钠可以腐蚀塑料。（X ） 20. 割炬按可燃气体与氧气混合的方式不同可分为射吸式割炬和等 压式割炬两种,其中等压式割炬使用较多。（X ） 21.电流对人体的伤害有电击、电伤与灼伤。（X ） 22.安全生产工作应当做在生产活动过程中,尽量避免事故发生。（X ） 23. 割炬是气割工作的主要工具。（V ） 24. 碱性焊条的塑性、韧性和抗裂性能均比酸性的焊条好，所以在焊接重要结构时一般均采用碱性焊条。（V ） 25. 弧焊时会产生强烈的烟尘。（X ） 26. 操作激光切割机时,要严格按照激光器启动程序启动激光器。 （V ） 27. 在钎焊作业生产过程中,气瓶不会发生泄漏。（X ） 28. 置换焊补时,若隔绝工作不可靠,不得焊割。（V） 29. 劳动者无权了解所从事的工作对他们的健康可能产生的影响和 危害。（X ） 30. 铝比铜的密度小,熔点也低。（V ） 31. 熔化焊机中不与地相连接的电气回路,在试验时对个别元件,由于特性限制,允许从电路中拆除或短接。（v）
焊接工具使用安全技术要求 1.焊钳和焊枪安全要求 (1)结构轻便、易于操作。手弧焊钳的重量不应超过600g，要采用国家定型产品。 (2)有照好的绝缘性能和隔热能力。手柄要有良好的绝热层，以防发热烫手。气体保护焊的焊枪头应用隔热材料包复保护。焊钳由央条处至握柄联结处止。间距为150mm。 (3)焊钳和焊枪与电缆的连接必须简便牢靠，连接处不得外露，以防触电。 (4)等离子焊枪应保证水冷却系统密封。不漏气、不漏水。 (5)手弧焊钳应保证在任何斜度下都能夹紧焊条，更换方便。 2.焊接电缆安全要求 焊接电缆是连接焊机和焊钳(枪)、焊件等的绝缘导线，应具备下列安全要求：
(1)焊接电缆应具有良好的导电能力和绝缘外层。一般是用紫铜芯(多股细线)线外包胶皮绝缘套制成，绝缘电阻不小于lMn。焊接电缆轻便柔软，能任意弯曲和扭转，便于操作。 (2)焊接电缆应具有良好的抗机械损伤能力，耐油、耐热和耐腐蚀等性能。 (3)焊接电缆的长度应根据具体情况来决定。太长电压降增大，太短对工作不方便，一般电缆长度取20--30m。 (4)要有适当截面积。焊接电缆的截面积应根据焊接电流的大小，按规定选用。以保证导线不致过热而烧坏绝缘层，电缆截面与最大使用电流见下表。 (5)焊接电缆应用整根的，中间不应有接头。如需用短线接长时，则接头不得超过2个。接长电缆时，应用接头连接器牢固连接，连接处应保持绝缘良好。 (6)严禁利用厂房的金属机构、管道、轨道或其他金属搭接起来作为导线使用。 (7)不得将焊接电缆放在电弧附近炽热的焊缝金属旁，以避免烧坏绝缘层。同时也要避免碾压磨损等。禁止焊接电缆与油、脂等易燃物
特种设备的焊接管理规定 （二） KXHG—SBH002—2009 一.目的 为规范特种设备（包括锅炉、压力容器、压力管道、起重机械、电梯、及其安全附件，安全保护装置等）的焊接控制与管理，确保特种设备安全经济可靠的运行，依据国家的相关规范、标准，特制订本规定。 二.使用范围 本规定适用于我公司设备部内部焊接管理、作业人员对公司特种设备所做的一切维护、修理、改造等工作。 三.引用的法律、规程、标准 1.《特种设备安全监察条例》 2.《蒸汽锅炉安全技术监察规程》 3.《压力容器安全技术监察规程》 4.《压力管道安全管理与监察规定》 5.《电梯监察检验规程》 6.《起重机械监督检验规程》 7.《河南省压力容器安装、修理与技术改造安全管理规定》 8.《河南省特种设备安装改造维修保养单位资格认可与管理暂行办法》 9.《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》 10.《锅炉压力容器无损检测人员资格考核规则》 11. JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》
12. JB/T4709《钢制压力容器焊接规程》 13. JB4730《压力容器无损检测》 14. JB/T47《压力容器用钢制焊条订货技术条件》 15. GB/T5117《碳钢焊条》 16. GB/T5118《低合金钢焊条》 17. GB/T983《不锈钢焊条》 18. JB/T3233《焊接材料质量管理规程》 四.职责 设备部设立焊接责任人员一名，负责设备部有关焊接技术与质量管理的全面工作。机械室各设立焊接技术员一名，负责本室职责范围内焊接方面的技术与质量管理的具体工作。五.焊工的管理： 依据国家相关法律法规的规定，特种设备的维护、修理、改造等工作，必须由具备相应资质、并经特种设备安全监督管理部门批准的单位许可施工，其焊工作业必须由具备相应资质的持证人员完成。为此，必须从以下几个方面做好焊工的管理工作： 1.焊工培训。根据焊接工作的实际需要，由机械各室上报焊工培训名单及项目，经设备部审核后，报请公司总经办复核、公司领导批准后方可向三门峡市《焊工考试监督管理委员会》申请培训取证。 2.焊工考试。按照《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》要求，分为焊工基本知识考试和焊接操作技能考试两部分。考试合格后发焊工合格证，有效期为3年。由设备部发放焊工钢印。 3.焊工的持证上岗管理。设备部焊接责任人员应编制《焊工合格项目一览表》，《焊工钢印发放、回收、报废一览表》。各机械室应建立本室焊工的档案，每月填写一次焊工施工记录、合格率。 六.焊接设备及工具的管理
河南江河起重机有限公司 特 种 设 备 焊 接 工 艺 评 定 标 准 编制：日期： 审核：日期： 批准：日期： 河南江河起重机有限公司
特种设备焊接工艺标准 1、主要内容与适用范围 本标准规定了特种设备焊接的基本要求。 本标准适用于焊接、手弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊焊接的特种设备。2、焊接材料 2.1 焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、气体保护焊、电渣焊焊接的钢制压力容器。 2.2 焊接材料选用原则 应根据板材的化学成分、力学性能、焊接性能结合特种设备的结构特点和使用条件综合考虑选用焊接材料，必要时通过试验确定。 焊缝金属的性能应高于或等于相应板材标准规定值的下限或满足图样规定的技术要求。对各类钢材的焊缝金属要求如下： 2.2.1 相同钢号相焊的焊缝金属。 2.2.1.1 碳素钢、碳锰低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，且需控制抗拉度上限。 2.2.1.2 相低合金钢的焊缝金属应保证化学成分和力学性能，且需控制抗拉强度上限。 2.2.1.3 低温用低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，特别应保证夏比(V型)低温冲击韧性。 2.2.1.4 高合金钢的焊缝金属应保证力学性能和耐腐蚀性能。 2.2.1.5 不锈钢复合钢板基层的焊缝金属应保证力学性能，且需控制抗拉强度的上限；复层的焊缝金属应保证耐腐蚀性能，当有力学性能要求时还应保证力学性能。 复层焊缝与基层焊缝，以及复层焊缝与基层钢板交界处推荐采用过渡层。 2.2.2 不同钢号相焊的焊缝金属 2.2.2.1 不同钢号的碳素钢、低合金钢之间的焊缝金属应保证力学性能。推荐采用与强度级别较低的板材相匹配的焊接材料。 2.2.2.2 碳素钢、低合金钢与奥氏体高合金钢之间的焊缝金属应保证抗裂性能，推荐采用铬镍含量较奥氏体高合金钢板材高的焊接材料。 2.3 焊接材料必须有产品质量证明书，并符合相应标准的规定，且满足图样的技术要求，进厂时按有关质保体系规定验收或复验，合格后方准使用。 3、焊接工艺评定和焊工
（特种设备制造许可）焊接工艺规程 1、原则 本焊接工艺规程适用于我司采用手工电弧焊、熔化极CO2焊工艺的钢制工件的焊接。 2、焊工要求 2.1焊工必须考取《特殊工种操作资格证》，方能在有效期内从事项目的焊接作业。 2.2焊接前焊工必须了解所焊焊件的钢种、焊接材料、焊接工艺要点。 2.3产品焊接完，按照GY01-001规定的指定位置打上焊工代号钢印。 3、钢材和焊材要求 3.1焊丝应符合GB/T8110-2008《气体保护焊用碳钢、低合金钢焊》规定标准，表面不 允许有油污、锈蚀等。优先选用镀铜焊丝。 3.2钢材与焊材的匹配应符合等强原则：当两种钢材焊接时，焊材宜按就低不就高的原 则选用，受压元件宜选用碱性焊条，结构件焊接宜选用酸性焊条；碱性焊条可代替酸性焊条，强度高的焊条可代替强度低的焊条，但不能反代。 本厂使用的焊材见表1、表2.钢材和焊材使用匹配件表3、表4； 表1《焊条的选用，熔敷金属的抗拉强度≥420Mpa》 3.3焊条使用前应经过烘焙，烘焙温度见表5 4、焊缝坡口形式与基本尺寸 4.1采用手工焊的坡口形式与基本尺寸规定如下：
4.2采用氩弧焊的坡口形式与基本尺寸规定如下： 5、焊前准备 5.1全面检查电源、焊机、焊枪、供气系统、工装等设备是否正常。 5.2确认焊条、焊丝牌号、规格及质量是否符合要求。 5.3检查焊件的装配质量和坡口情况。 5.3.1焊接的坡口形式和基本尺寸以及装配公差必须符合产品图纸要求及技术工艺文件 的规定要求，坡口应保持平整，不得有裂痕、分层、夹渣等缺陷. 5.3.2坡口两侧20MM范围内的水分、铁锈、油污等有害杂质应清理干净。 5.4CO2的纯度不低于99.9%，氩气的纯度不低于99.99%，当瓶内气体压力低于1MPA 时，应当停止焊接。 5.5按工艺文件要求实施预热，要保持预热均匀性，确认达到预热温度后才能施焊。 6、焊接要求 6.1焊接环境出现下例任一情况时，须采取有效防护措施，否则禁止施焊。 6.1.1风速大于10M/S；相对湿度大于90%。 6.1.2雨、雪环境；焊件温度-20℃. 6.2焊工的工作环境应有足够的光线，安全卫生。 6.3定位缝若存在裂纹必须清除定位焊重焊；如若存在夹渣、气孔时应去除夹渣、气孔。 6.4受压原件的根部应保证焊透。 6.5双面焊须清理焊根，显露出正面打底的焊缝金属，接弧处应保证焊透与融合。 6.6每条焊缝应尽可能一次焊完，当中断焊接时，对冷裂纹敏感的焊件应及时采取后热、 缓冷措施，重新施焊时，仍需按规定进行预热。 6.7按焊接工艺卡要求执行焊接规范，并及时调整焊接电流、电压和焊速，以确保焊接 质量。 6.8当焊缝出现大量气孔、裂纹及成形不良时，应立即停止焊接，分析原因，进行修补 和调整后方可继续施焊。 7、焊接工艺参数的选择 7.1手工电弧焊工艺 7.1.1一般根据焊件厚度选择焊条直径，以及与电流、电压的关系见表5 表5
YF-ED-J8201 可按资料类型定义编号 特种设备用钢材及焊接基 础知识实用版 Management Of Personal, Equipment And Product Safety In Daily Work, So The Labor Process Can Be Carried Out Under Material Conditions And Work Order That Meet Safety Requirements. （示范文稿） 二零XX年XX月XX日
特种设备用钢材及焊接基础知识 实用版 提示：该安全管理文档适合使用于日常工作中人身安全、设备和产品安全，以及交通运输安全等方面的管理，使劳动过程在符合安全要求的物质条件和工作秩序下进行，防止伤亡事故、设备事故及各种灾害的发生。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。 (一)承压类特种设备用钢 钢材是制造承压类特种设备的主要材料。 钢材的质量及性能的好坏对于承压类特种设备 安全运行，有着重要的影响和作用。 1．按钢中所含化学成分分 按钢中所含化学成分可以将钢分成碳素钢 和合金钢两大类：
2．按金相组织分 钢材经正火处理后所得金相组织不同，可分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、铁索体钢。 钢在加热或冷却中没有相变，始终保持铁素体组织，此种钢称为铁素体钢。高铬钢即属于铁素体钢，具有较高的抗氧化能力。碳在α-Fe中的固溶体称为铁素体，用符号F表示。 (二)金属的机械性能 所谓金属的机械性能是指在一定的温度条
件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，如强度、硬度、塑性、韧性等，也称力学性能。 以低碳钢为例，金属材料受拉伸外力作用引起的变形过程可分3个阶段，即弹性变形、塑性变形、断裂变形3个阶段。由拉伸试验可获得强度和塑性指标。 1．强度 金属强度是指在外力作用下，抵抗变形和破坏的能力。应用最普遍的是强度指标。强度指标主要是屈服极限(σs或σ0．2)和抗拉强度极限(σb)。
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根据确认的目的是能够满足策划的能力要求，因此，我们对过程确认的准则是否可考虑以下几点： 2 / 6
1、过程的质量要求。即产品的特性，这是确认的输入，是策划的出发点，是过程能力分析的依据。离开这一点，会使确认流于形式。 2、原材料的保证。规定使用的原材料必须满足产品的接收准则。 3、影响过程能力的主要因素。主要是工艺保证的条件，按照什么样的工艺条件进行生产。 4、设备和监视测量设备的完好。保证设备和监视测量设备可以适宜、充分。 5、操作人员经过培训，具备规定的操作技能，满足人员能力要求，并经过资格认可。 6、确定操作方法和程序。有规定的统一作业指导书，作业方法明确，程序清楚。 7、再确认的安排。规定过程变化大，材料、设备、作业方法调整、产品性能更改、操作人员的调整等，应当进行再确认。 研制过程控制 2.１总则 规定并执行产品生产过程质量控制的程序文件。编制的控制文件对影响质量的因素及其纠正措施进行有效控制，确保过程处于受控状态，保证产品符合规定的质量要求。 2.2职责 3 / 6
技术科应对整个生产过程制定工艺规范和其它必要的工艺文件，并发放到从事该活动所有场所，生产车间和质保科应按照《过程控制程序》和质量计划的要求进行生产，监督和验证。 2.3基本生产要素的控制 2.3.1生产.安装和服务过程的操作人员，检验人员均应具备相应素质，接受过专业培训和考核，并取得资格。 2.3.2用于生产.安装和服务过程的关键设备.仪器和计量器具应经过检定.校准合格，并处于良好状态。 2.3.3外协或外购件，应经入所检验或验证。 2.4关键件、重要件和特种工艺和控制 2.4.1制定并执行关键件、重要件、关键工序和特种工艺控制的程序文件。 2.4.2关键过程的控制应主要控制以下几点： 4 / 6
特种设备用钢材及焊接基础知 识(最新版) Safety management refers to ensuring the smooth and effective progress of social and economic activities and production on the premise of ensuring social and personal safety. ( 安全管理) 单位：_______________________ 部门：_______________________ 日期：_______________________ 本文档文字可以自由修改
特种设备用钢材及焊接基础知识(最新版) (一)承压类特种设备用钢 钢材是制造承压类特种设备的主要材料。钢材的质量及性能的好坏对于承压类特种设备安全运行，有着重要的影响和作用。 1．按钢中所含化学成分分 按钢中所含化学成分可以将钢分成碳素钢和合金钢两大类：2．按金相组织分 钢材经正火处理后所得金相组织不同，可分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、铁索体钢。 钢在加热或冷却中没有相变，始终保持铁素体组织，此种钢称为铁素体钢。高铬钢即属于铁素体钢，具有较高的抗氧化能力。
碳在α-Fe中的固溶体称为铁素体，用符号F表示。 (二)金属的机械性能 所谓金属的机械性能是指在一定的温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，如强度、硬度、塑性、韧性等，也称力学性能。 以低碳钢为例，金属材料受拉伸外力作用引起的变形过程可分3个阶段，即弹性变形、塑性变形、断裂变形3个阶段。由拉伸试验可获得强度和塑性指标。 1．强度 金属强度是指在外力作用下，抵抗变形和破坏的能力。应用最普遍的是强度指标。强度指标主要是屈服极限(σs或σ0．2)和抗拉强度极限(σb)。 2．塑性 金属的塑性是指在外力作用下，能引起永久变形而不发生破裂，并在外力取消后，仍能保持变形后形状的能力。材料的塑性值也可通过拉伸试验测得，通常用伸长率δ(延伸率)和断面收缩
特种设备用钢材及焊接基础知识 (一) 承压类特种设备用钢钢材是制造承压类特种设备 的主要材料。钢材的质量及性能的好坏对于承压类特种设备安全运行，有着重要的影响和作用。1.按钢中所含化学成分按钢中所含化学成分可以将钢分成碳素钢和合金钢两大类。 2.按金相组织钢材经正火处理后所得金相组织不同，可分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、铁索体钢。钢在加热或冷却中没有相变，始终保持铁素体组织，此种钢称为铁素体钢。高铬钢即属于铁素体钢，具有较高的抗氧化能力。碳在α-Fe 中的固溶体称为铁素体，用符号F表示。(二) 金属的力学性能所谓金属的力学性能是指在一定的温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，如强度、硬度、塑性、韧性等。以低碳钢为例，金属材料受拉伸外力作用引起的变形过程可分3个阶段，即弹性变形、塑性变形、断裂变形3个阶段。由拉伸试验可获得强度和塑性指标。1.强度金属强度是指在外力作用下，抵抗变形和破坏的能力。应用最普遍的是强度指标。强度指标主要是屈服极限(σs或σ0.2)和抗拉强度极限(σb)。2.塑性金属的塑性是指在外力作用下，能引起永久变形而不发生破裂，并在外力取消后，仍能保持变形后形状的能力。材料的塑性值也可通过拉伸试验测得，通常用伸长率δ(延伸率)和断面收缩率ψ来表示。 3.冲击韧性金属的冲击韧
性即为在冲击力作用下，抑制变形和断裂的能力。它还是金属材料在塑性变形范围内吸收能量的能力，因此，也可按冲击值的大小来衡量材料的塑性。目前国内外广泛采用一次摆锤弯曲试验，缺口型式有夏比(U)和夏比(V)两种。表示冲击 韧性的参数也有两种，一种是以冲断试样消耗的冲击功 Ak(单位：J)表示;另一种是以单位缺口处断面所耗的冲击功ak(单位：J/cm2)表示。目前压力容器钢板全部改为用夏比(V)冲击功(即AkV)作为冲击韧性验收标准。只有少数压力容器 锻件还用夏比(U)冲击值(即akU)作为冲击验收标准。钢中气体含量较高或晶粒粗大，则韧性差。根据冲击后断裂的形式，可以判断材料的质量及晶粒大小。冲击韧性试验还能测定金属材料由韧性状态向脆性状态过渡的转变温度。4.硬度硬度是指金属材料抵抗更硬异物压入的能力。硬度表明材料的耐磨性和切削加工的可能性。一般说来，硬度较高，材料的耐磨性较好。常用的硬度有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)3种。5.冷弯冷弯性能是材料抵抗弯曲断裂能力 的标志，它间接反映了材料的塑性。这个试验既可检查钢的塑性好坏，也可以考核其加工工艺性能，也能暴露钢板受试面缺陷以及焊接接头的焊接缺陷。6.断裂韧性断裂韧性是反映材料对裂纹扩展的抵制能力。对于中低强度钢的断裂韧性，目前较普遍采用临界裂纹张开位移(COD)值δc表示;对于高 强钢的脆断问题，则应用材料的平面应变断裂韧性值Kic表
2018特种作业焊接考试真题二 300埋弧自动焊属于（A）保护。 A.渣 B.气 C.渣—气联合 301.我国新版《中华人民共和国消防法》在实行于（C） A、1998年9月1日 B、1999年9月1日 C、2009年5月1日 302.可燃物质在混合物中发生爆炸的最低浓度称为（B ）。 A、爆炸极限 B、爆炸下限 C、爆炸上限 303.采用氧气和氩气混合保护气体来焊接低碳钢和低合金钢时，混合气体中的氧的体积分数可达（C）%。 --------- A、10 B、15 C、20 304.普通低合金钢中合金元素的含量一般不超过（B）%。——A、2.0 B、3.5 C、5.0 305在钢焊丝中，最经常使用的脱氧剂不包括（B ）。---- A、锰 B、钛 C、铝 306.噪声卫生标准规定最高不能超过（C）dB。
A、75 B、90 C、115 307.下列情况不属于机械伤害事故原因的是（A ）。---- A、机械设备内线路不整齐 B、机械设备超负荷运作或带病工作 C、机械工作时，将头手伸入机械行程范围内 308.电灼伤处皮肤呈（C ）。---- A、灰黄色 B、蓝绿色 C、黄褐色 309.二氧化碳焊采用短路过渡技术焊接电弧热量集中，受热面积大, 焊接速度快。（X） 310.在汽车制造业中，激光焊可用于汽车底架的制造。（V） 311.置换焊割广泛应用于可燃气体的容器与管道的外部焊补。（X） 312.丝极电渣焊的焊丝在接头间隙中的位置及焊接参数容易调节，许 用功率小,监控熔池方便，适用于环缝焊及丁字接头的焊接。（V）313.湿法焊接是焊工在水下直接施焊。（V） 314.通过人体电流的大小，决定于外加的电压和人体的保护措施。（X） 315.运气瓶的车辆可没有危险品”安全标志。（X） 316.当焊接电缆及焊钳绝缘破坏时，更容易发生触电事故。（V）317.微束等离子弧焊一般采用大孔径压缩喷嘴及联合型电弧。（X）
目录 1 编制说明 1.1 适用范围 1.2 编制依据 2 工程概况 2.1 概述 2.2 材料焊接特点 2.3 镇江10万吨/醋酸工程特种材料焊接技术开发及应用简介 2.4 施工特点 3 焊接施工方法及焊接材料选择 4 焊接工艺评定和焊工考试 4.1 焊接工艺评定 4.2 焊工考试 5 焊前准备 5.1 材料、场地、机具准备 5.2 管材切割和坡口加工 5.3 焊前清理 5.4 组对和定位焊 6 焊接工艺 6.1 一般要求 6.2 锆702焊接要求 6.3 哈氏合金焊接要求 7 焊接技术措施 8 焊接检验及返修 9 施工质量保证措施 9.1 施工程序要求 9.2 暖棚结构图
9.3 材料堆放、运输及吊装要求 10 安全技术措施 11 主要工机具计划一览表 1 编制说明 1.1 适用范围 本方案适用于江苏索普（集团）有限公司15万吨/年醋酸主装置醋酸车间工艺管道工程项目的锆及哈氏合金等特种材料的管道焊接施工。 1.2 编制依据 1.2.1 ASME第Ⅸ卷 1.2.2 GBJ50235-97《工业管道工程施工及验收规范》 1.2.3 GBJ50236-98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》 1.2.4 设计指定规范 1.2.5 江苏索普（集团）有限公司15万吨/年醋酸工程招标文件 1.2.6 中国化学工程第六建设公司索普15万吨/年醋酸工程投标《施工组织设计》。 2 工程概况 2.1 概述 醋酸装置由一氧化碳车间及醋酸车间组成。我公司这次投标的为醋酸车间合成（210A）、分离（210B）、回收（210C）、中间管廊（210D）、密封液（210E）和中间贮槽区（210F）等工段组成。由于醋酸工艺的特点，其物料腐蚀性很强，设备、管道、伐门及仪表等需采用价格昂贵的特种合金材料。醋酸工程由于特殊性及介质腐蚀性，采用稀贵金属锆材和特殊镍基合金材料制作设备和管道，工程大量使用锆702，哈氏B-3，哈氏C-276材料。锆702及哈氏合金的主要化学成份及机械性能见下表。 锆702材料主要化学成份及机械性能
T S G Z—特种设备焊接 操作人员考核细则版 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
国家质量监督检验检疫总局 总局2010年第126号公告 各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团质量技术监督局： 现将《TSG Z6002—2010特种设备焊接操作人员考核细则》发给你们，请遵照执行。 局长：支树平 国家质量监督检验检疫总局
二○一○年十一月四日TSG特种设备安全技术规范TSG Z6002-2010 特种设备焊接操作人员考核细则 Examination Rules for Welding Operators Of Special Equipment 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁布 2010年11月4日
前言 2007年12月，国家质量监督检验检疫总局（以下简称国家质检总局）特种设备监察局（以下简单特种设备局）向中国特种设备检测研究院（以下简称中国特检院）下达《特种设备焊接操作人员考核细则》起草任务书。2008年1月中国特检院组织成立起草组，在前期工作的基础上，形成草案。2008年3月和6月，起草组在北京和济南分别召开工作会议，形成征求意见稿。2008年12月，特种设备局以质检特函〔2008〕90号文征求基层部门的意见，并且上网征求意见。根据征求到的意见，起草组对征求意见稿进行修改并形成送审稿。2009年10月，特种设备局将送审稿提交国家质检总局特种设备安全技术委员会审议，起草组按照审议的意见，修改形成报批稿。2010年11月4日，由国家质检总局批准颁布。 本细则是在《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》（国质检锅〔２００２〕１０９号）基础上修订的。在修订过程中，起草组进行了广泛、深入的调查研究，认真总结了多年来特种设备焊接操作人员考核和管理方面的经验，对特种设备金属材料和非金属材料（PE）焊接操作人员考试分别提出了不同的要求。 本细则主要起草单位和人员如下： 国家质检总局特种设备安全监察局高继轩尚洪张建荣
目录 1编制说明 1。1适用范围 1。2编制依据 2工程概况 2。1概述 2.2材料焊接特点 2。3镇江10万吨/醋酸工程特种材料焊接技术开发及应用简介 2.4施工特点 3焊接施工方法及焊接材料选择 4焊接工艺评定和焊工考试 4。1焊接工艺评定 4。2焊工考试 5焊前准备
5。1材料、场地、机具准备 5。2管材切割和坡口加工 5。3焊前清理 5。4组对和定位焊 6焊接工艺 6.1一般要求 6。2锆702焊接要求 6。3哈氏合金焊接要求 7焊接技术措施 8焊接检验及返修 9施工质量保证措施 9。1施工程序要求 9.2暖棚结构图
9.3材料堆放、运输及吊装要求 10安全技术措施 11主要工机具计划一览表 1编制说明 1。1适用范围 本方案适用于江苏索普（集团）有限公司15万吨/年醋酸主装置醋酸车间工艺管道工程项目的锆及哈氏合金等特种材料的管道焊接施工。 1。2编制依据 1.2。1 ASME第Ⅸ卷 1。2。2GBJ50235-97《工业管道工程施工及验收规范》 1.2.3GBJ50236—98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》 1.2.4设计指定规范 1.2.5江苏索普（集团）有限公司15万吨/年醋酸工程招标文件 1。2.6中国化学工程第六建设公司索普15万吨/年醋酸工程投标《施工组织设计》. 2工程概况 2。1概述 醋酸装置由一氧化碳车间及醋酸车间组成。我公司这次投标的为醋酸车间合成（210A)、分离（210B)、回收（210C）、中间管廊（210D)、密封液（210E）和中间贮槽区(210F）等工段组成。由于醋酸工艺的特点,其物料腐蚀性很强，设备、管道、伐门及仪表等需采用价格昂贵的特种合金材料.醋酸工程由于特殊性及介质腐蚀性,采用稀贵金属锆材和特殊镍基合金材料制作设备和管道，工程大量使用锆702，哈氏B—3，哈氏C-276材料。锆702及哈氏合金的主要化学成份及机械性能见下表. 锆702材料主要化学成份及机械性能
文件编号：TP-AR-L7761 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 特种设备用钢材及焊接 基础知识(正式版)
特种设备用钢材及焊接基础知识(正 式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 (一)承压类特种设备用钢 钢材是制造承压类特种设备的主要材料。钢材的 质量及性能的好坏对于承压类特种设备安全运行，有 着重要的影响和作用。 1．按钢中所含化学成分分 按钢中所含化学成分可以将钢分成碳素钢和合金 钢两大类：
2．按金相组织分 钢材经正火处理后所得金相组织不同，可分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、铁索体钢。 钢在加热或冷却中没有相变，始终保持铁素体组织，此种钢称为铁素体钢。高铬钢即属于铁素体钢，具有较高的抗氧化能力。碳在α-Fe中的固溶体称为铁素体，用符号F表示。 (二)金属的机械性能 所谓金属的机械性能是指在一定的温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，如强度、硬度、
激光焊和电子束焊接 学院：材料科学与工程学院专业：金属材料科学与工程姓名：黎琦 学号：20100800411
激光焊和电子束焊接 摘要：本文通过对特种焊接方法中的激光焊和电子束焊接两种方法的原理、特点、设备、工艺及应用等方面的简介，让大家对特种焊接技术得到一个完整的认识。在焊接这个领域中，特种焊接技术是在近年来得到高速的发展。它不仅给焊接技术的发展带来巨大的推动力，也对许多相关产业产生相当深远的影响 关键词：焊接技术发展日新月异 1.引言焊接作为先进制造技术的重要组成部分在国民经济的发展和国家建设中发挥了重要的作用。焊接技术的优秀成果在航空、核能、船舶、电力、电子、海洋钻探、高程建筑等领域得到广泛的应用。 随着科学技术的发展和技术的进步，焊接已经逐渐脱离了单纯工艺和技术的层面而走向科学的范畴，并且在与其他科学知识的不断碰撞和交融中，展现出来旺盛的生命力。新材料的不断产生、新能源的不断开发和新结构的不断涌现，对焊接技术提出了新的挑战。由此传统的焊接技术以满足不了工程的应用，随着材料和技术的发展，焊接技术也得到了发展，越来越多的焊接方法得到应用——特种焊接。 2.激光焊 2.1激光焊的基本原理 （1）激光焊接的基本过程 使用经光学系统聚焦后具有高功率密度的激光束照射到焊接材料表面，利用材料对光能的吸收来对其进行加热、熔化，再经过冷却结晶而形成焊接接头的一种熔化焊过程。 （2）激光焊机理 按激光器输出能量的方式不同，激光焊分为脉冲激光焊和连续激光焊，按激光聚焦后光斑上功率密度的不同，激光焊可分为传热焊和深熔焊。 1）激光传热焊 采用的激光器光斑上的功率密度小于105W时，激光将金属表面加热到熔点与沸点之间，焊接时，金属材料表面将所吸收的激光能转变为热能，是金属表面温度升高而熔化，然后通过热传导方式把热能传向金属内部，使熔化区逐渐扩大，凝固后形成焊点或焊缝，其熔深轮廓近似为半球形。 特点是：激光光斑上的功率密度小，很大一部分光被金属表面所反射，光的吸收率较低，焊接熔深浅，焊接速度慢。主要用于薄、小零件的焊接加工。 2）激光深熔焊 当激光光斑上的功率密度足够大时（大于等于106W/cm2）,金属在激光的
特种设备压力容器焊接方法的选择 发表时间：2019-11-14T10:00:19.477Z 来源：《科学与技术》2019年第12期作者：张东升[导读] 压力容器是工业生产的重要设备，不过压力容器的制造需要多种焊接工作运行。不过不同的设备运用环境，其焊接方式也存在差异。 【摘要】：压力容器是工业生产的重要设备，不过压力容器的制造需要多种焊接工作运行。不过不同的设备运用环境，其焊接方式也存在差异。本文针对特种设备压力容器焊接方式进行分析，对其焊接方式以及选用特点进行针对性阐述，将结果阐述如下: 【关键词】：特种设备；压力容器；焊接技术 特种设备的压力容器焊接方式要求不同，对此在具体的生产环境使用中，需要结合设备的使用环境，按照国家的对应生产以及使用要求方式，优化焊接方式，并针对压力容器在焊接中的具体使用方式进行分析。 1.压力容器焊接技术阐述 特种设备带有一定危险性，这列设备生产以及使用中，需要结合多种环境分析，以减少安全使用风险，保证安全生产以及使用质量。作为一种典型的特种设备，压力容器的焊接方式需要结合多种环境分析，并通过对应的焊接处理方式，保证压力容器的运行质量。 2.压力容器焊接技术重要性 我国从20世纪60年代开始就是用压力容器工艺，且传统的压力容器工艺也多是采用手工电弧焊方式制造多种容器。压力容器是一种能够承载单一压力的密闭式设备，其常常被运用在工业生产装气体或者液体。压力容器具有不同的容器的特点，因此其装的东西多多带危险性。因此在使用压力器容器时候应当注意制造技术，加强对应的工艺建设以及处理。在整个制造过程中，要多考虑焊接材料以及焊接工艺，采用高热或者高压的方式，保证多种材料能够充分结合。相关研究表示，焊接技术在整个压力容器的制造环节中占据了40%以上的比重，且大多数焊接工作都是要考虑到整个焊接工作的质量的，为了保证焊接容器的使用要求，应当采用较为合适的焊接技术方式。结合现代压力焊接工艺的发展，焊接技术以及自动化技术也在不断成熟，且很多焊接工程多采用自动化或者是半自动化的埋弧焊接技术，这种焊机技术也是近年来工艺制造的重要突破。目前，压力容器正在朝着大型化和具体化创作，随着现代市场需求和技术的需要，很多企业和机构都在挖掘这方面的焊接工艺技术特点。 3.压力容器的焊接方式与应用分析 3.1接管自动焊接 接管自动焊接技术被分为接管以及筒体两个部分，在连接两个部分的时候，多是采用马鞍式埋弧焊接，该焊接技术存在弧度使用问题，因此不被推荐使用。且在接管以及同体连接存在裂隙的前提下，该方式更是存在很多缺陷，焊接质量不好。而新型的接管马鞍式埋弧焊接技术，使用方便，十分自动化。该焊接技术先是使用四根连接管夹紧连接埋弧焊，在对其进行固定焊接。且整个焊枪的焊接途径以及焊接参数多是通过筒体以及对应的接管直径处理所得。在整个焊接处理中，还能够实现自动化焊接技术。 3.2MIG焊接技术 这种焊接技术是采用融化电级以及对应的电弧介质分析，在整个焊接工作建设汇总保护好金属融滴以及焊接池。在焊接时候，这种焊接工艺是采用氦气或者是氩气作为保护气体。这种保护气体和TIG焊接方式一样，在整个焊接处理时候，也常常会采用直流电弧。这种焊接方式十分适合不修改以及耐热钢制压力容器焊接中，能够有效保护压力容器的外观质量。 3.3弯管内部堆焊接技术 经过长时间的使用后，压力容器会发生老化，因为腐蚀原因让整个压力容器发生腐蚀。减少其使用寿命。常规的焊接工艺是通过不锈钢涂层进行焊接工作，常规的直管内堆焊工作较为轻松。但是在内壁焊接方面存在一定技术难度。而弯管内部堆焊技术也需要根据弯曲深度以及弯曲焊接方式进行改善。一般而言，若焊接角度为30°，建议采用圆周环形方式进行堆焊处理，因为堆焊设备使用能够实现五轴协动，因此可以采用一些特殊的数字模型来保证处理质量，最终控制整个焊道的自动排列。但是针对90°的弯道内壁堆焊方式，需要顺着弯管母线的纵向方式来进行自动堆焊，可见，可以选用融化级气田保护焊来提升焊接技术，并安装二维焊机技术时候，可以保持整个工件的稳定运动状态。结合弯道内壁堆焊技术的发展，弯道内壁堆焊技术也变得更加多元化，其不光能够实现低成本制造，还能够节约成本，保证整个弯道内壁堆焊的质量，该项技术运用较为广泛，且在实际运行中有一定的口碑。 3.4手工焊接 手工焊接是起源最早的焊接方式，也是现在小型焊接工艺中运用最广泛的工艺之一，其之所以没有被替代，因为手工焊接能保证一定精度，这是其他焊接方式不能够保证的。手工焊的焊接方式如下：首先，选用外部涂油涂料的焊条作为电极和填充金属，然后采用电弧的方法，让焊条的端部和焊件之间燃烧，涂料的作用是保护电弧，防止金属和周围的气体发生氧化作用，产生的熔渣能够和熔化金属发生物理化学反应，对于改良焊缝的紧密程度有作用。不过手工焊接的工艺难度较大，多是专业的焊工技术人员操作，且焊接的部位也较为灵活,对特种压力容器焊接而言十分适用（如下图1所述）。
特种焊接方法 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方法之外的非常规焊接方法，主要包含电子束焊、激光焊等先进的高能束流焊接方法及扩散焊、摩擦焊、高频焊、超声波焊、爆炸焊、变形焊等固相焊接方法。高能束流焊是指利用高能量密度的束流，高能束流功率密度在10～10W/cm2范围内。高能束流焊接被誉为21世纪最具有发展前景的焊接技术。 一、电子束焊 电子束焊（EBW）是指在真空或非真空环境中，利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能，使被焊金属融合的一种焊接方法。电子束焊由一般熔焊方法的“热导焊”转变为“穿孔焊”。 优点：焊缝深宽比大；焊接速度快、焊缝组织性能好；焊接变形小；焊缝纯度高、接头质量好；工艺适应性强；可焊材料多；再现性好；可简化加工工艺。 缺点：设备复杂，一次性投资大，费用较昂贵；电子束焊要求接头位置准确，间隙小而且均匀，焊前对接头加工、装配要求严格、真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状受到工作室的限制、容易受杂散电磁场干扰，影响焊接质量、焊接是产生X射线，需要操作人员严格防护。 电子束焊的分类：高真空电子束焊、低真空电子束焊、非真空电子束焊。高真空电子束焊的真空度为10～10Pa，低真空的真空度为10～10Pa，非真空在真空条件（≤10Pa）下产生的。电子束焊的应用：一般熔焊能焊的金属都可以采用电子束焊，此外还能焊接稀有金属、活性金属、难熔金属和非金属陶瓷等。也可焊接物理性能差异较大的异种金属。焊接厚板时无需开坡口和填充金属，亦可焊厚度相差悬殊的焊件，可以焊接内部需保持真空度的密封件、靠近热敏元件的焊件、形状复杂且精密的零部件，也可以同时施焊具有两层或多层接头的焊件，这种接头层与层之间可以间隔几十毫米。 电子枪高压型60～150kv，电子束焊机中用以产生电子并使之汇聚成电子束的装置称为电子枪。电子枪是电子束焊的核心部件，主要有阴极、阳极、栅极和聚焦线圈组成，电子枪有二级枪和三级枪之分，现在多采用三级电子枪。 电子束焊的常用接头：对接、角接、T形接、搭接和端接。 电子束焊的主要焊接参数及选择：加速电压（影响熔深）、电子束电流、焊接速度、聚焦电流和工作距离。这些参数直接影响到焊缝的熔深和几何形状。 长空洞及焊缝中裂纹都是深熔透电子束焊接时所特有的缺陷，降低焊接速度，改进材质有利于消除此类缺陷。 二、激光焊 激光焊（LBW）是利用能量密度极高的激光束作为热源的一种高效精密的焊接方法。与传统焊接方法比较具有能量密度高、穿透力强、精度高、适用性强等优点。 优点：①激光束功率密度高，加热速度快，热影响区窄，焊接应力和变形小，容易实现深熔焊和高速焊，适用于精密焊接和微细焊接。②焊缝熔深比大。③适应于常规焊接方法难以焊接的材料、如难熔金属、热敏感性强的材料以及热物理性能、尺寸和体积差异悬殊的工件间焊接，也用于非金属材料的焊接。④可借助反射镜使光束达到一般焊接方法无法施焊的部位。 ⑤可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接，如焊接置于玻璃密封容器内的合金等剧毒材料。⑥激光束不受电磁干扰，不存在X射线防护问题，也不需要真空保护。 缺点：①激光焊难以焊接反射率较高的材料。②对焊件加工、组装、定位要求相对较高。③设备一次性投资较大。
安全管理编号：LX-FS-A18220 特种设备用钢材及焊接基础知识 In the daily work environment, plan the important work to be done in the future, and require the personnel to jointly abide by the corresponding procedures and code of conduct, so that the overall behavior or activity reaches the specified standard 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑
特种设备用钢材及焊接基础知识 使用说明：本安全管理资料适用于日常工作环境中对安全相关工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 (一)承压类特种设备用钢 钢材是制造承压类特种设备的主要材料。钢材的质量及性能的好坏对于承压类特种设备安全运行，有着重要的影响和作用。 1．按钢中所含化学成分分 按钢中所含化学成分可以将钢分成碳素钢和合金钢两大类：
2．按金相组织分 钢材经正火处理后所得金相组织不同，可分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、铁索体钢。 钢在加热或冷却中没有相变，始终保持铁素体组织，此种钢称为铁素体钢。高铬钢即属于铁素体钢，具有较高的抗氧化能力。碳在α-Fe中的固溶体称为铁素体，用符号F表示。 (二)金属的机械性能 所谓金属的机械性能是指在一定的温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，如强度、硬度、塑性、韧性等，也称力学性能。