激光焊接实验报告
一、实验目的
1、理解激光焊接的基本原理及特点，熟悉运用激光进行金属焊接的具体过程。
与YAG 两种激光器的焊接过程，理解其焊接方式的条件及形成机理。
2、观察CO
2
3、掌握激光焊接机床及机械手的基本操作步骤和方法，能够进行简单的焊接操作。
4、掌握金相测量方法，观察和记录焊接实验现象，测量熔深、熔宽，并对焊接结果进行合理分析。
5、了解激光焊接的应用。
二、实验原理
2.1 激光焊接原理
激光焊接采用连续或脉冲激光束实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104 ~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105 ~107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。图1 是CO2 激光器焊接结构图。
图1 CO2激光器焊接结构图
在焊接金属的过程中，随着激光功率密度提高，材料表面会发生一系列变化，其包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔并出现光致等离子体。不同功率密度激光焊接金属材料时的主要过程如图2所示。当激光功率密度小于104W/cm2数量级时，金属吸收激光能量只引起材料表层温度的升高，并没有发生熔化。当功率密度在大于104W/cm2小于106W/cm2数量级范围内时，金属料表层发生熔化。功率密度达到106W/cm2数量级时，材料表面在激光束的作用下发生气化，在气化反冲压力的作用下，液态熔池向下凹陷形成深熔小孔。同时，伴随有金属蒸汽电离形成光致等离子体的现象。当功率密度大于107W/cm2时，光致等离子体将逆着激光束的入射方向传输，形成等离子体云团，出现等离子体对激光的屏蔽现象。
图2 不同功率密度激光辐照金属材料的主要物理过程
2.2激光焊接模式
根据是否产生小孔效应可以把激光焊接分为两种模式，即热导焊模式和深熔焊模式。
2.2.1、激光热传导焊接
激光加热加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池，如图3（a）所示。当焊接熔池在金属蒸汽反冲压力作用下向下凹陷形成深熔小孔后，材料对激光的吸收将发生突变。材料的吸收率将不再仅与激光波长、金属特性和材料表面状态有关，而主要取决小孔效应和等离子体与激光的相互作用等因素，此时焊接模式由热导焊接转变为深熔焊接。
2.2.2、激光深熔焊接
激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸汽的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束
能量，孔腔内平衡温度达2500°C 左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。也就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属填充着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成，如图3（b）所示。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。
a 激光热导焊示意图
b 激光深熔焊示意图
图3 激光焊接原理图
2.3激光束自聚焦过程
激光束作用金属材料表面时，在低功率密度情况下，金属材料对激光的吸收仅发生在表面很薄区域内，使表面温度升高。当激光功率达到材料蒸发所需的临
界功率密度时，金属表面开始发生蒸发。随着激光功率密度的升高，蒸发产生的
压力增大，熔池的下陷深度增加，同时，熔池表面的曲率半径将减小，如图4所
示。由于熔池表面下陷，形成凹坑，导致激光束辐照在熔池上的入射角发生改变，凹陷的熔池使入射激光经反射后汇聚于熔池底部，更高的功率密度促使熔池底部
金属蒸发加剧，产生的反冲压力升高，促使熔池进一步下陷。当材料的蒸发压力
达到某一临界值时，蒸汽产生的反冲压力使下陷的熔池陡然形成小孔，焊接深度
跳跃式增长，材料对激光的吸收率将急剧增加，形成激光深熔焊接。
图4 激光束自聚焦示意图
2.4激光焊接的工艺参数
激光焊的主要工艺参数包括脉冲能量、脉冲宽度（脉宽）、脉冲形状、功率密度以及离焦量或焦点位置等。
2.4.1 功率密度
对于不同的激光焊接，存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈
值，等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小
孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导
致熔深波动很大。在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2，在激
光深熔焊接的功率密度在108~1010W/cm2。
2.4.2 激光脉冲波形
当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化，在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变
化很大。
2.4.3 激光脉冲宽度
脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。
2.4.4 离焦量
激光焊接通常需要一定的离焦量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。如图5所示。
图5 激光束的离焦量定义
2.4.5 材料吸收值
材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数，经过对材料抛光表面的吸收率测量发现，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化；其次，材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。
2.4.5.1 波长对吸收率的影响
金属的吸收率A与激光波长λ和金属的直流电阻率ρ存在如下关系：
A=
6中得：固体金属表面对激光的反射性较强，这是因为金属
对激光的吸收主要是通过大量自由电子的带间跃迁实现的，自由电子受光波中强烈的电磁波的影响强迫振动而产生次波，次波又造成强烈的反射波和比较弱的透射波。因此，金属的电导率越高，其反射率也越高。
图6 室温下不同金属对不同波长激光的吸收率
2.4.5.2 温度对吸收率的影响
随着温度升高，在激光作用下金属的吸收率与温度的关系可由下面的公式描A(T ) = A +r (T -T )，从理论上，材料对激光的吸收率随温度的升高而增述：00
大，金属材料在室温下的吸收率都比较小，当金属温度达到熔点产生熔融和气化后，吸收率上升到40~50%；当接近沸点时吸收率可高达90%，激光功率越大、作用时间越长，金属的吸收率越高。
2.4.5.3 表面粗糙度对吸收率的影响
材料的表面状况如：粗糙度、氧化层和缺陷等对激光的反射率影响很大。因此增大材料表面粗糙度可以提高材料对激光的吸收率。当粗化表面微观不平度达到波长量级左右时，材料对激光的吸收率变化较大。但随着温度的升高，这种现象将减少，甚至为零。
2.4.6 焊接速度
焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得最大熔深。
2.4.7 保护气体
保护气体的作用：
ⅰ、激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，当某些材料焊接可不计较表面氧化时则也可不考虑保护，但对大多数应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保
护，使工件在焊接过程中免受氧化。
ⅱ、保护聚焦透镜免受金属蒸汽污染和液体熔滴的溅射。特别在高功率激光焊接时，由于其喷出物变得非常有力，此时保护透镜则更为必要。
ⅲ、驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽。金属蒸汽吸收激光束电离成等离子云，金属蒸汽周围的保护气体也会因受热而电离。如果等离子体存在过多，激光束在某种程度上被等离子体消耗。等离子体作为第二种能量存在于工作表面，使得熔深变浅、焊接熔池表面变宽。通过增加电子与离子和中性原子三体碰撞来增加电子的复合速率，以降低等离子体中的电子密度。中性原子越轻，碰撞频率越高，复合速率越高；另一方面，只有电离能高的保护气体，才不致因气体本身的电离而增加电子密度。
从表可知，等离子体云尺寸与采用的保护气体不同而变化，氦气最小，氮气次之，使用氩气时最大。等离子体尺寸越大，熔深则越浅。造成这种差别的原因首先由于气体分子的电离程度不同，另外也由于保护气体不同密度引起金属蒸汽扩散差别。
三、实验设备和实验材料
3.1 实验设备及其参数
3.1.1 CO2激光器焊接系统
Rofin? Slab DC035——CO
激光器。配备六轴联动激光三维加工系统
2
3.1.2 Nd：YAG 激光器焊接系统
3.2 实验材料
激光器焊接：45#低碳钢（6mm 厚），6061 铝合金。
CO
2
Nd:YAG 激光器焊接：316L不锈钢，6061 铝合金。
金相：5%硝酸、10% NaOH 溶液。
四、实验方法
4.1 焊接实验
焊接方式采取平板焊接方式，焊接过程中依次增大激光器功率，对比不同的金属材料（低碳钢，铝合金）在不同功率下对焊接过程实现想象及结果。实验过
程中仔细观察实验现象，如激光焊接时的颜色、声音和产生的火花现象。实验过程中严格记录实验数据、实验现象，由于两种激光对人眼均有伤害，实验过程中必须严格遵守相应安全守则。
4.2 实验过程及实验结果
4.2.1 CO2激光器焊接实验
用3500W 的CO
2
激光器对45#低碳钢，6061 铝合金进行焊接，焊接过程都采用He气保护，气体流量15L/min，用焦距300mm 透镜聚焦将光斑汇聚到280um，正离焦焊接，焊接速度为2m/min。
A、 45#低碳钢钢焊接
将功率从500W 开始逐步增加至3500W，共选取11个功率点进行焊接。将实验现象及数据记入表2，激光功率/功率密度与熔深、熔宽的关系见图7、8。
B、铝合金6061 焊接功率从1200W 开始逐步增加至3500W，共选取13 个功率点进行焊接。将实验现象及数据记入表3，激光功率/功率密度与熔深、熔宽的关系见图9、10。
4.2.2 YAG激光器316L不锈钢焊接实验
用2500W的YAG激光器对45#低碳钢进行焊接，根据试样规格对机械手进行调试，设定焊接实验程序。保护气体采用4bar的Ar气，焊接速度为2m/min。采用F=120mm透镜，光斑为0.6mm.焊接过程中先通保护气体再开光，由于YAG 激光对人眼有很大伤害，焊接过程中必须佩戴防护眼镜。
A、316L不锈钢焊接
焊接功率从600W逐渐变化到1600W，共11个功率点。将实验现象及数据记入表4，激光功率/功率密度与熔深、熔宽的关系见图11、12。
B、铝合金6061焊接
焊接功率从600W逐渐变化到1200W。将实验现象记入表5。
4.3 金相分析实验
选取适当位置切割试样，并进行研磨、腐蚀，之后在光学显微镜下观察焊缝熔宽、熔深及焊缝中的缺陷，选择合适的测量标准记录数据。
实验过程：
选取适当位置在切割机上进行切割，在本次实验中对每一块试样进行两次切割，并选取3~4 个截面进行细致研磨，将磨好后的试样进行腐蚀，其中45#低碳钢选择5%硝酸、酒精混合溶液，铝合金采用NaOH 溶液，腐蚀时间大概1~5min。试样处理好后，在光学显微镜下对焊缝的熔宽、熔深及焊缝中的宏观缺陷进行测量，将各组实验数据记录并整理记入表2、3、4。
五、实验结果及分析
由测量中采用35 格为1mm，根据实验数据，利用公式
1
35
n
n
n
k
X
n
=
=
∑
计算不同功
率情况下熔深、熔宽的平均值，其中X为平均熔深或熔宽，n k为第n 个测量点
下的格子数，为n 测量点的数目。
功率转化为功率密度的公式为：
2p
s r π=
，其中S 为功率密度， P 为激光功
率，r 为光斑半径。利用excel 绘出各焊接条件下熔深、熔宽与激光功率（功率密度）之间的关系曲线（以激光器的功率（功率密度）为横坐标，试样的熔深和熔宽的长度为纵坐标），通过观察曲线中熔深和熔宽的变化，确定阈值范围，进而进行实验分析。
5.1 CO 2 激光器焊接实验
5.1.1 45#低碳钢钢焊接实验现象，结果及分析：
2图7 熔深、熔宽与功率的关系曲线 图8 熔深、熔宽与激光功率的关系曲线
从表2 中及图7、8 中可以看出在保护气体为He ，焊接速度保持在2m/min 的情况下，随着激光功率密度的提高，45#钢的材料表面会发生一系列变化，包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔并出现光致等离子体，同时声音也逐渐增大，飞溅增强，光亮加深，光亮刺眼更强且刺眼体积部分变大。当激光功率密度小于600W(功率密度为9.7×105W/cm 2)，曲线变化比较平缓，金属吸收激
光能量只引起材料表层温度的升高及表层发生熔化。功率密度到达700W(功率密度为1.137×106W/cm2)时，曲线变化加快，材料表面在激光束的辐照下发生气化，在气化反冲压力的作用下，液态熔池向下凹陷形成深熔小孔，熔深、熔宽较之600W 的焊接点有显着提高，即发生了跳变，在此之后，随着激光功率的增加，熔深与熔宽之比也有较大幅度的提高。根据激光焊接模式原理，我们得知在功率密度为1.137×106 W/cm2之前，属于热传导过程，即焊接类型为热导焊，而在该临界点（阈值）后，熔池深宽比增大，这时焊接类型为深熔焊。
5.1.2 铝合金6061 焊接实验现象及结果
图9 熔深，熔宽与功率的关系曲线
图10 熔深，熔宽与功率密度的关系曲线
在对铝合金6061 的焊接中，由表3，图9、10 知，激光功率在1000W~2200W 的七个焊接点时，熔深熔宽较小，表面仅有细微变化，在激光功率为2200~2400W、功率密度为3.575×106W/cm2~3.900×106 W/cm2时，熔深、熔宽有了大幅度提升（突变），可见阈值范围在3.900×106 W/cm2附近，即阈值之前为热导焊、阈值之后为深熔焊。在激光功率为2200W~3500W、功率密度为3.575×106 W/cm2~5.687×106 W/cm2时，熔深熔宽的深度及宽度增长，即在一定条件范围内，随着功率的增加，焊接深度增加。
5.2 YAG 激光器316L 不锈钢焊接实验
5.2.1 45#低碳钢钢焊接
图11 熔深，熔宽与功率的关系曲线
图12 熔深，熔宽与功率密度的关系曲线
在实验过程中可以观察到：随着激光功率的增加，光线逐渐变亮，伴随烟尘，蓝光的产生，并且声音逐渐增大。但焊接的整个过程中均无飞溅的产生。从表4，图11中我们可以看出，功率在增加过程中，焊接的熔深、熔宽均随之增加。如图11、12 所示，当激光加工功率在1300W~1400W（功率密度为0.460×106W/cm2~0.495×106W/cm2）之间时，焊缝的深度，宽度以及深宽比有大幅度提高，而在此之前的都比较小，因此我们推算功率的阈值约1300W~1400W 中间值1350W 左右，功率密度阈值约为0.478×106W/cm2左右。即在临界点之前可认为焊接类型为热导焊，之后为深熔焊。
5.2.2 铝合金6061 焊接
固体Nd：YAG 激光器焊接6061 铝合金无实验数据，实验过程现象如表5 所示
有他们之间的曲线关系。但理论上，整个过程均没有出现深熔焊，即均为热导焊，且随着激光功率的增加，熔深和熔宽应该会有小幅度的提升或变化。
六、实验结论
通过对四次实验数据的分析和对比，我们得到以下结论：
1、在任何一种焊接方式下，随着激光功率(功率密度)的增加（其他各条件保持不变），焊缝的熔深与熔宽都随之增大，即焊缝的尺寸与功率成正相关。其中在达到某一特定功率密度时，焊缝的尺寸会大幅度增加，深宽比也显着增大，我们认为此时的功率密度即为热导焊向深熔焊转变的阈值。
2、由于材料本身的性质，如粗糙度、对波长吸收率等特性，不同类型的金属焊接的结果也有所不同。如在本次实验中，铝合金对激光的吸收率较之45#低碳钢较低，一方面由于铝合金对激光的反射较强导致吸收率下降，另一方面则由于铝合金比45#低碳钢更容易产生等离子体屏蔽的现象。
3、因受到光束质量的影响，CO2激光器的聚焦光斑尺寸比YAG激光器要小，因此相同功率时前者的功率密度较大，所以CO2激光器焊接质量要优于YAG。
光束质量测量方法
一、实验目的
1、了解测量光束质量的方法
2、掌握基于空心探针测量原理的PROMETEC 公司的LASERSCOPE UFF100
大功率光束光斑质量检测仪的使用方法。
二、实验原理
采用基于空心探针测量原理的PROMETEC 公司的LASERSCOPE UFF100 大功率
激光器的光束质量。
光束光斑质量检测仪测量大功率CO
2
如图13所示是空心探针探测法测量原理，这一方法过去是作为大功率激光光束光斑质量检测而提出的。由一个定速电机带动空心探针转动，探针一端有一个微孔，探针转动时微孔对光束(光斑)的某一横截面进行扫描，这样就可以获得激光功率(横截面分布)随时间变化的信息。探针是该仪器的关键部件，包括微孔、内光腔、反射镜等部分，微孔的大小由被测激光光束(光斑)的功率密度确定，直径约为20~50μm。在选择探针材料时要考虑到抗高功率的激光损伤，另外，为了实时在线测量，探针的直径应尽量小，使测量时的光能量损耗小于1%。入射光束通过微孔，通过探针的两个倾斜的反射镜反射到热释电探测器上，获得激光的强
度。
图13 大功率激光器光束质量测量原理
三、仪器介绍
测量仪包括传感器、机械装置、信号的提取与放大、控制电路、数据处理及显示等部分组成，其信号采集与处理系统原理图如图14所示。
图14 信号采集与处理系统
机械装置包括快速平动和高速转动两部分。快速平动装置是为了实现自动测量而设计的，其目的是使探针微孔在测量过程中能自动对准光束(光斑)的中心截面，平动装置由步进电机驱动精密丝杆，以保证位移精度。采用高速转动电机(1500r/min 以上)是为了提高探针的抗激光损伤阈值，并且测量到激光功率频率上限值由其最高转速确定。测量仪的工作是在高速单片机芯片80C320的控制下完成的。
热释电探测器的输出反映了入射激光功率的大小，将该信号转换成电压信号后，经放大、滤波处理，送A/D 转换器，转换成数字量后暂时保存在缓存中，测量结束后再通过RS232串行口传输到计算机，进行进一步的处理及显示。
仪器在测量过程中要求热释电探测器有很快的响应速度，在设计出的信号提取电路满足要求的同时，其前置运放的失调和噪声亦随之增大，因此设计了一个实时补偿电路。
四、测量优点
1、直接对大功率激光器进行测量，提高了测量的准确性；
，或大功率的YAG 激光进行测量；
2、通过更换探测器可分别对大功率的CO
2
3、可实现在线测量或在位测量；
4、通过改变高速转动电机的速度，可以改变采样频率。
该测量仪器经过一段时间的试用，其工作稳定、测试结果准确可靠，可望填补在各种大功率激光器的应用场合不能测量激光功率的空白。
?CO2切割实验设计与结果
采用AutoCAD 设计图15 所示的图形如图所示：
图15 CO2切割图样
?致谢
感谢实验过程中张冬云，陈虹，杨胶溪，鲍勇等老师的耐心指导，感谢龙明亮、朱航鸥、韩欣欣、梁晓莉、孙若愚等同学一起协同合作，共同完成实验内容。
T/P92钢焊接工艺方案设计 1 、T/P92钢焊接性简述 T/P92钢的标准化学成分和机械性能列入表1和表2。欧洲开发的新型马氏体耐热钢—E911钢属于T/P92钢。日本开发的新型马氏体耐热钢—NF616钢属于T/P92钢，已列入ASTM/ASME A 213 T91和ASTM/ASME A335 P92标准。 表1 T/P92钢的化学成分 表2 T/P92钢的机械性能 1.1 T/P92在T/P91钢的基础上加入了1.7%的钨（W），同时钼（Mo）含量降低至0.5%，用钒、铌元素合金化并控制硼和氮元素含量的高合金铁素体耐热钢，通过加入W元素，显著提高了钢材的高温蠕变断裂强度。在焊接方面，除了有相应的焊接材料，并由于W是铁素体形成元素，焊缝的冲击韧性有所下降外，其余对预热、层间温度、焊接线能量，待马氏体完全转变后随即进行焊后热处理以及热处理温度、恒温时间的要求都是比较相近的。 1.2 T/P92钢中有关C、S、P等元素含量低、纯净度较高，且具有高的韧性，焊接冷裂纹倾向大为降低，但由于其钢种的特殊性，仍存在一定的冷裂纹倾向，所以焊接时必须采取一些必要的预防措施。 1.3 T/P92钢中添加W元素，促进了δ铁素体的形成，使冲击韧性比
T/P91有所降低，所以焊缝的冲击韧性与其母材、HAZ和熔合线的韧性相比，也存在明显降低的问题。
1.4与T/P91钢相似，存在焊接接头热影响区“第四类”软化区的行为。焊接接头经过长期运行后，焊接断裂在远离焊缝区的软化带，此软化带强度明显降低。 2、 T/P92钢的应用 2.1 T/P92钢具有与T/P91优良的常温及高温力学性能。通过加入W 元素，显著提高了钢材的高温蠕变断裂强度，T/P92钢的工作温度比T/P91钢高，可达630℃。 2.2 T/P92钢中碳的含量保持在一个较低的水平是为了保证最佳的加工性能，高温蠕变断裂强度非常高，抗腐蚀性能好，提高了耐热钢的工作温度，减少了钢材的厚度，降低了钢材的消耗量，降低了管道热应力。在国内首台USC机组玉环电厂机组对主蒸汽管道的设计中，曾有两套方案，若采用P91钢材，其规格为φDn349×103mm；若采用P92钢材，由规格可减为φDn349×72mm。 2.3用于替代电厂锅炉的过热器和再热器的不锈钢（不锈钢焊接有严重的晶间腐蚀及与铁素体、珠光体钢等异种钢的焊接问题），用于极苛刻蒸汽条件下的集箱和蒸汽管道（主蒸汽和再热蒸汽管道），其热传导和膨胀系数也远优于奥氏体不锈钢。 2.4由于T/P92钢的含碳量低于T/P91钢材，是低碳马氏体钢，须在马氏体组织区焊接，其预热温度和层间温度可以大大降低，据国外资料研究，通过斜Y型焊接裂纹试验法测定的止裂预热温度为100-250℃左右。 3 、T/P92钢焊接接头质量的各种影响因素的分析 3.1影响T/P92焊接接头质量的主要因素及影响结果见表1
第一节焊接施工方案及工艺措施 (一) 焊接专业施工总体安排 1、工程主要特点 1.1 焊接作业主要特点 本机组为1000MW超超临界机组，焊接工程量大（受监焊口数量）；中高合金焊口比例大；T/P91、T/P92焊口量相当大；结构焊接合金件较多，密封焊接量大，要求严格。T/P92钢材在本机组的大量使用，这种钢材属马氏体热强钢，其焊接性较差，对焊接工艺要求极高。 1.2 热处理作业主要特点 机组中需要经焊后热处理的焊口多，壁厚大，所涉及的部件的焊口遍布机组炉、机的各个部位，所以在焊接热处理的施工上一定要调度合理、施工过程有序、规范，做到机械、材料的利用率上升、耗损率下降，确保焊接工程的顺利施工。 2、焊接施工原则 (1) 焊接时尽量减少热输出量和尽量减少填充金属； (2) 地面组合焊接应合理分配各个组对单元，并进行合理组对焊接； (3) 密集管排及中大径管道采用双人对称焊接； (4) 位于构件刚性最大的部位最后焊接； (5) 由中间向两侧对称焊接； (6) 结构焊接先焊短焊缝，后焊长焊缝； (7) 当存在焊接应力时，先焊拉应力区，后焊剪应力和压应力区； (8) 膜式壁焊接采用分段退焊法。 3、总体工程安排 焊接专业独立管理，主要配合锅炉、汽机等专业焊接施工需求。针对焊接专业特点，拟采取以下安排。 (1) 建立健全焊接质量管理机构，制定质检人员岗位责任制。焊接、热处理施工按照公司质量体系文件规定的程序、有关规程规范、合同文件及监理的要求进行施工、检查验收。
(2) 焊接施工前，工程技术人员对焊接施工基础资料的前期准备，对现场焊接人员资质的认证和焊前考核，以及对现场将投入使用的焊接机械及热处理设备等的检查、校验及标定。 (3) 焊接施工前，建立二级焊条库，库内设置的烘干箱、恒温箱数量满足工程使用、并配备除湿器、电暖器、空调等设施。地面铺设防潮材料，保持库内温湿度在标准范围内。 (4) 本工程受热面管子全部采用GTAW或GTAW+SMAW方法焊接，视管子规格和位置难易程度并结合焊接工艺评定决定使用哪一种焊接方法。 (5) 本工程中大口径管道采用GTAW+SMAW方法焊接，焊接时应特别注意根部打底质量，确保熔透，层间清理应干净。中径管焊接时，为确保表面工艺质量，宜选用φ3.2焊条盖面。需预热和热处理的应及时进行预热和焊后热处理。 (6) 主蒸汽、再热热段管道材质为SA-335P92，焊接要求比较高，施焊焊工必须严格按照作业指导书和焊接工艺卡规定焊接。焊丝和焊条按工艺评定上的材料选用。焊接过程中应控制焊接线能量，防止线能量过大。 (7) 中低压管道及二次门后焊口采用氩弧焊打底（主要是汽机房内的管道），汽轮机、发电机的冷却、润滑系统管道及燃油管道必须进行氩弧焊打底。 (8) 凝汽器与低压缸连接由6名以上焊工对称施焊，采用分段退焊法。施焊过程中，在下汽缸四侧台板处，应装设监视变形的千分表，并设专人监视。 (9) 仪表、压力测点、温度测点、取样等管道的直径都在25mm以下，焊接方法为GTAW。壁厚≤2mm的管道焊接可采用一道成型，壁厚＞2mm的管道焊接应焊至2～3层，以保证焊缝有规定的余高。 (10) 铝母线焊接场所允许的环境温度应在0℃以上，如环境温度过低时，应采取有效方法提高环境温度。焊接铝锰合金时，选用铝锰焊丝（丝321）或铝硅焊丝（丝311）。 (11) 锅炉密封采用手工电弧焊方法进行施工，焊接前应将坡口边缘的油、漆、锈、垢等清理干净。锅炉密封焊接应采用分段跳焊，采用合理顺序、消除焊接应力变形焊接引起的变形，超出规定尺寸时，应采用火焰或锤击等方法校正。 (12) 本工程热处理的用电加热方式，温度曲线用打点式自动温度记录仪记录。热处理参数（如加热温度、升降温速率、恒温温度、恒温时间等）按《火力发电厂焊接热处理技术规程》（DL/T819-2010）中的有关规定执行。
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数摘要：焊接技术主要应用在金属母材热加工上，常用的有电弧焊，电阻焊，钎焊， 电子束焊，激光焊等多种，本文详细介绍了激光焊接的工作原理与工艺参数，还讨论了激光焊接技术在现代工业中的应用，并与其他焊接方法进行对比。研究表明激光焊接技术将逐步得到广泛应用。 关键词：焊接技术；激光焊接；工作原理；工艺参数。 1. 引言 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，
CO2激光焊接成形实验报告 1.实验目的 (1)了解激光焊接热导焊和深熔焊两种焊接模式的原理，特别要掌握激光深熔焊的原理。 (2)了解激光焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律，利用实验方法获得焦点位置、激光功率 和焊接速度等对激光焊接焊缝成形的影响规律。 (3)测定焦点位置对激光焊接熔化效率的影响曲线。 2.实验内容 (1)学习并掌握激光深熔焊接的原理，主要包括小孔的形成、等离子体的产生和对焊接过程 的影响，以及激光深熔焊接的焊缝成形特征。 (2)利用2kW光纤激光器焊接低碳钢样品，焊后制备焊接横断面的金相试样，用光学显微 镜观察并记录不同焊接工艺条件下焊缝成形的特点，测试焊缝熔深和焊缝宽度随焦点位置、激光功率和焊接速度的变化规律。 (3)测量焊缝断面面积，得到焦点位置对激光焊接熔化效率的影响。 3.实验原理 激光焊接是一种利用高能量密度的激光束进行材料连接成形的方法。激光束经聚焦后可达到极高的功率密度，比常规热源的功率密度至少要高出两个数量级，因此激光可以熔化甚至汽化任何材料，可进行局部区域的微细焊接；焊接过程输入的线能量小，因此热影响区和热变形均很小；焊接速度高，可大大提高生产效率；光束易于传输，容易实现焊接自动化。 激光焊接系统一般由激光器、光路传输和聚焦系统、工作台组成。常用的大功率激光器主要有两类，一种是以CO2气体作为工作物质的激光器，称CO2激光器，可以输出10.6μm 波长的连续或脉冲激光；另一种是以掺钕钇铝石榴石晶体为工作物质的固体激光器，简称Nd:YAG或YAG激光器，可以输出1.06μm波长的连续或脉冲激光。 激光焊接可以两种模式进行，一种是基于小孔效应的激光深熔焊，另外是基于热传导方式的激光热导焊。激光深熔焊的原理如下：当功率密度高于5×105W/cm2的激光束照射在金属材料表面时，材料产生蒸发并形成小孔。深熔焊过程产生的金属蒸汽和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体，这个充满金属蒸汽和等离子体的小孔就像一个黑体，入射激光进入小孔后经小孔壁的多次反射吸收后可达到90%以上的激光能量被小孔吸收，小孔周围的金属就是被小孔臂传递的能量所熔化。随着光束的移动，小孔前壁的液态金属材料被连续蒸发，小孔就以一种动态平衡的状态向前移动，包围小孔的熔融金属沿小孔周围向后流动，随后冷却并凝固形成焊缝。激光热导焊则是在功率密度低于5×105W/cm2下，基于热传导的焊接方法。由于通常情况下金属对激光的反射率较高，因此这种焊接方法获得的焊缝熔深很小。 在激光焊接中，激光功率、焊接速度和焦点位置是影响焊缝成形的主要参数，另外保护气体种类和流量也对焊缝成形产生重要影响。焦点位置是指光束焦点距工件表面的相对距离，定义焦点在工件表面以下为正（称入焦），反之为负（称离焦）。 焊缝成形参数主要包括熔深和焊缝宽度，激光焊接时，在同样的激光功率和焊接速度下，不同的焦点位置会影响聚焦光斑大小，从而影响作用在工件表面的激光功率密度，其结果会形成不同深度的小孔甚至不能形成小孔效应，产生不同熔深的焊缝。激光功率和焊接速度直接影响了输入的线能量，会导致焊缝成形的变化。
整体解决方案系列 电气焊安全技术措施（标准、完整、实用、可修改）
编号：FS-QG-87928电气焊安全技术措施 Electrical welding safety technical measures 说明：为明确各负责人职责，充分调用工作积极性，使人员队伍与目标管理科学化、制度化、规范化，特此制定 1、电气焊人员必须经过专业培训考试合格，并且持证上岗。 2、电气焊作业人员必须具备一定消防安全知识，能熟练使用消防灭火器材。 3、作业时跟班领导一定要进行现场统一指挥，在现场将措施落实到位，并指定专人在场检查和监督，发现问题及时汇报。 4、焊、割等设备的运输执行有关运输安全规程。氧气瓶、乙炔瓶在装卸、运输时不得同油脂、易燃、易爆物品同车上下，必须轻装轻放、捆绑牢固，防止碰撞、滚动。氧气瓶上应装设防震胶圈，搬运前检查安全阀是否拧紧。 5、工作场所必须选择在安全地点，顶板离层、片帮必须处理彻底，
在支护完好的地方，必要时用不燃性材料设临时支护。 6、电焊、气割等工作地点的前后两端各10m的井巷范围内，应是不燃性材料支护，并应有供水管路，有专人负责喷洒水。工作地点至少备有2个个干粉灭火器和足够数量灭火沙袋。 7、作业之前利用清水对作业地点20米范围内煤尘、浮煤、巷帮、煤壁和底板进行冲洗清理，电焊、气割等工作完毕后，工作地点应再次用水喷洒，并应有专人在工作地点检查1h，发现异状，立即处理。 8、在井口房、井筒和倾斜巷道内进行电焊、气割和焊接等工作时，必须在工作地点的下方用不燃性材料设施接受火星。 9、电焊、气割等工作地点，作业过程中要求安监员和瓦检员在现场监督检查，随身携带光学瓦斯检测仪和便携瓦检仪，要保持常开，并且瓦检员每隔一小时使用光学瓦检仪检测一次瓦斯浓度，作业地点风流中瓦斯浓度大于0.5%时不得作业，只有在检测证明作业地点附近20m范围内巷道顶部及其他边角部位无瓦斯积存时，方可进行作业。
1项目要求 根据业主提供的质量计划书和图纸, 具体要求为: ?角焊缝焊角尺寸达到图纸要求, 焊缝成型美观, 无缺陷。 由于本次作业焊接接头没有NDT无损检验及机械性能要求, 我单位要求构件成型后的焊缝质量为: ?角焊缝焊角尺寸满足图纸要求; ?焊缝目检达到ISO 5817 B级( 焊缝外观质量最高要求) , 具体见附表A。2焊接工艺 本次焊接工艺依据美国焊接标准AWS D1.1, 钢结构焊接规范第三章免除焊接工艺评定相关条款制定了焊接工艺参数, 焊接材料等其它工艺参数。 2.1依据文件 ?AWS D1.1 American Welding Standard D1.1 美国焊接标准, 钢结构焊接规范 ?ISO 5817 熔焊接头焊接缺陷质量等级 ?煤矿综放成套设备质量计划 2.2母材及焊材 本项目待焊母材为Q235B和Q345B, 相当与AWS D1.1材料组别的第I组和第II组材料, 规格尺寸、接头形式及焊接方法如下表。焊材选用符合AWS A5.18气体保护电弧焊用碳钢焊丝和焊棒的技术条件, 保护气体符合AWS A5.32焊接用保护气体技术条件。 表1 材料表
3控制焊接变形 根据图纸要求: 件10垫板及件4槽板分别与件7连接板有垂直度和平行度的精度要求, 为提高工件焊后尺寸精度, 减少尺寸矫正工作量, 需要尽量控制减小焊接变形。 3.1刚性固定 根据车间以往类似电缆槽体的生产经验, 焊后变形较为严重, 主要是倾向一侧弯曲变形严重。主要原因是在施焊过程中没有对工件施加刚性固定, 工件在无约束情况下比较容易变形, 因此要求对电缆槽体7号件连接板宽度方向( 如图1所示) 施加螺栓或钢钳固定。 3.2 焊接顺序 焊接顺序是控制变形的必要方法, 在刚性约束前提下, 焊接顺序为( 图1中a,b,c,d) : 件11筋板与件10垫板、件12筋板与件13插板角焊缝, 再连接件10与件7( 顺序最好为由中间向两边) , 然后为三组筋板、插板与连接板间的角焊缝( 先完成件12与件7一侧的角焊缝) , 三组件的完成顺序为先完成中间一组, 然后靠边两组。总之, 原则是先完成几组纵向焊缝, 再由中间向两侧完成横向焊缝的作业。 为保证焊缝成型质量及角焊缝尺寸, 要求本次角焊缝采用AWS D1.1中1F位置即船型焊位置 作业, ( 如果现场变换工作位置困难, 在保证焊缝成型质量和焊角尺寸的情况下, 焊接操作者自行掌握焊接位置, 但要求最长尺寸的角焊缝1660mm采用1F位置) 。
VCM装置-工艺管道焊接施工方案 1编制说明 本方案针对于新疆圣雄50万吨/年PVC项目（二）-VCM装置工艺管道的焊接。 2编制依据 施工图纸 《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-2010 《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-2010 《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501-2002 《石油化工铬镍奥氏体钢、铁镍合金和镍合金管道焊接规程》SH/T3525-1999 《压力管道安全技术监察规程—工业管道》TGS D0001-2009 3工程概况及焊接特点分析 VCM装置工艺管道主要介质包括乙炔、12度冷冻水回水、7度冷冻水上水、除氧剂、任基苯酚、化学污水、冷冻盐水、冷却循环回水、冷却循环上水、脱盐水、盐酸、超低压蒸汽、低压蒸汽、混合气、氮气、稀碱液、工厂空气、氯乙烯、真空气、放空气等多种介质，其中高温、高压、有毒介质管道对焊接的要求较高，应严格按照焊接工艺施工。 20#、20G、Q235B、L245、16Mn是低碳钢，焊接性能较好，但是容易出结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹，其发生部位大多在（焊缝、HAZ区、多层焊层间）、且还会出现内凹、咬边、气孔等缺陷，焊接过程中应严格按照焊接工艺施焊（工艺参数、接头形式、预热、焊接顺序）。 0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2是奥氏体不锈钢，碳当量低，焊接性能良好，但是容易出现晶间裂纹和应力腐蚀裂纹（沿晶开裂和穿晶开裂）、气孔、咬边等缺陷。所以在焊接过程中，除应严格按照焊接工艺施焊外，在焊接过程中还应注意对根部和焊缝的保护。在焊后应对焊缝进行钝化处理。 4焊接材料的选择 母材材质焊条焊丝 烘干温度 （℃） 恒温时间 （分） Q235B、20G、L245、20#J426 J427 HO8Mn2SiA350—40060 16Mn J507HO8Mn2SiA350—40060 0Cr18Ni9A102H0Cr21Ni10150—20060 00Cr17Ni14Mo2A022 H00Cr19Ni12 Mo2 150—20060 若以上烘烤温度与焊条生产厂家的烘烤温度不符，要以焊条生产厂家规定的烘烤温度进行烘烤。 5焊接方法的选择 为保证焊接质量和管内清洁，对接焊缝一律采用氩弧焊打底的焊接方法。 管径≤80mm，壁厚≤6mm的对接焊口采用全氩弧焊接；其它对接焊口采用氩弧焊打底、手工电弧焊填充并盖面的氩电联焊的焊接方法, 角焊缝采用手工电弧焊。 6电焊机选择 采用目前国内较先进的、性能稳定、质量可靠、节能型的ZX7-400ST型逆变直流焊机或者硅整流焊机。 7焊材烘烤、发放及使用管理
激光焊接实验报告 一、实验目的 1、理解激光焊接的基本原理及特点，熟悉运用激光进行金属焊接的具体过程。 2、观察CO2与YAG 两种激光器的焊接过程，理解其焊接方式的条件及形成机理。 3、掌握激光焊接机床及机械手的基本操作步骤和方法，能够进行简单的焊接操作。 4、掌握金相测量方法，观察和记录焊接实验现象，测量熔深、熔宽，并对焊接结果进行合理分析。 5、了解激光焊接的应用。 二、实验原理 2.1 激光焊接原理 激光焊接采用连续或脉冲激光束实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105 ~107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。图1 是CO2 激光器焊接结构图。
图1 CO2激光器焊接结构图 在焊接金属的过程中，随着激光功率密度提高，材料表面会发生一系列变化，其包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔并出现光致等离子体。不同功率密度激光焊接金属材料时的主要过程如图2所示。当激光功率密度小于104W/cm2数量级时，金属吸收激光能量只引起材料表层温度的升高，并没有发生熔化。当功率密度在大于104W/cm2小于106W/cm2数量级围时，金属料表层发生熔化。功率密度达到106W/cm2数量级时，材料表面在激光束的作用下发生气化，在气化反冲压力的作用下，液态熔池向下凹陷形成深熔小孔。同时，伴随有金属蒸汽电离形成光致等离子体的现象。当功率密度大于107W/cm2时，光致等离子体将逆着激光束的入射方向传输，形成等离子体云团，出现等离子体对激光的屏蔽现象。 图2 不同功率密度激光辐照金属材料的主要物理过程 2.2激光焊接模式 根据是否产生小孔效应可以把激光焊接分为两种模式，即热导焊模式和深熔焊模式。
管道焊接技术方案 441焊接程序管道焊接技术方案 4.4.1焊接程序
4.5.2焊接方法的选用 工艺管线采用手工钨极氩弧焊打底、手工电弧焊盖面的方法。 4.5.4焊接工艺评定 我公司已有焊接工艺评定，并依据焊接工艺评定报告，编制焊接工艺指导书。根据业主、监理要求，在现场焊接施工前，对需要重新组织工艺评定的焊材，由焊接责任工程师组织工艺评定试验，经批准后才可进行施焊。 4.5.5焊接人员要求 担任本工程焊接任务的焊工必须是经过焊接基本知识和实际操作技能的培 训，并取得相应的焊工考试合格项目。 4.5.6焊接施工环境要求 环境温度低于0C时，必须采取措施提高环境温度； 手工电弧焊时，风速不得超过8m/s； 手工钨极氩弧焊时，风速不得超过2m/s； 相对湿度不得大于90%雨、雪天必须停止施焊。 4.5.7焊接材料的保管
①焊接材料具有产品质量证明书。并且其检验项目和技术指标必须符合要求。 ②焊接材料必须进行验收。验收合格后，作好标识，入库储存。 ③焊接材料存放于干燥、通风良好、温度大于5C,且相对湿度小于60% 的库房内； ④焊条、焊丝有专人负责保管、烘干和发放，并做好烘干、发放和回收记录，焊条重复烘干不得超过两次； ⑤焊接所用氩气的纯度不低于99.9%。必须加强外送氩气的检测管理。 4.5.8 下料与坡口加工 为保证施工质量，现场制作坡口均采用机械加工的方法，项目部有专用的管 道切断机(ISD-450)，和管子坡口机(ISY-351-2、ISY-630-2 )，可以满足本工程不同厚壁管道坡口加工的需要。 坡口加工和检验时，要确保其尺寸和质量符合图纸和规范的要求，坡口应平整，无裂纹、分层和夹渣等缺陷。坡口检查合格，焊前还应用砂轮机和丙酮进行清理，去除油污、毛剌、水分、氧化物等，对于不锈钢和镍基合金母材，坡口打磨时要使用专门的砂轮片，为防止飞溅，坡口两侧各100mm范围内涂刷生石灰水，焊后连同药皮一起清理干净。 ①当壁厚w 17mm寸，开“V”坡口 A管道对接接头坡口型式如下图所示； B壁厚不同的管道组对时，当壁厚差大于2mm寸管道坡口形式如下图:
激光焊接的未来与前景 激光焊接前景 摘要：焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持。 关键词：焊接技术关键制造工艺激光焊接产业化 焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。中国2005年钢产量达到3．49亿吨，成为世界最大的钢材生产与消费国，而焊接结构的用钢量也突破1．3亿吨，相当于美国一年的钢产量，成为世界上空前最大的焊接钢结构制造国。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。例如三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统，包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等，其中马氏体不锈钢转轮直径10．7m 高5．4m 重440t，为世界最大的铸－焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成，每个转轮的焊接需要用12t焊丝，耗时4个多月。神舟6号飞船的成功发射与回收，标志着中国航天事业的巨大进步，其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构，而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径5．5m 长62m 厚337mm 重2060t，为当今世界最大、最重的锻－焊结构加氢反应器，采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术，每条环焊缝需连续焊接5天。西气东输的管线长4000km，是中国第一条高强钢（X70）大直径长输管线，所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板－焊形式的焊接管。2005年我国造船的总吨位达到1212万吨，占世界造船总量的17％，居于日、韩之后，稳居世界第三位，正向年产2500万吨的世界水平迈进。国内制造的30万吨超级油轮、新型5668标箱集装箱船、15万吨散装货船，以及为世界瞩目的，被称为“中华第一盾”的170舰，都是中国造船界的骄傲，船体是典型的板－焊结构。另外，上海中泸浦大桥是世界最长的全焊钢拱桥；国家大剧院的椭球型穹顶是世界最重的钢结构穹顶；奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重4万多吨，也是世界之最。这些大型结构都是中国焊接制造的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。由此可见，焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出，在百万千瓦级核电机组、超超临界火力发电机组成套设备、高水头超大容量水电机组、大型抽水蓄能机组、30～60万瓦级循环硫化床（CFB）锅炉的成套技术装备、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中，焊接制造都是关键制造工艺之一。 但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。
焊接技术施工方案 随着我国经济的持续发展，焊接技术在我国的制造业中应用的越来越频繁，已经逐渐成为我国制造产业中一种不可或缺的技术，并占据着举足轻重的地位，我国早在04年就已经成为了世界上的焊接制造大国，焊接在国民经济建设中正发挥着不可替代的作用，特别是在近十几年来，已经得到了飞速的传播和发展，在我们的日常生活中，接触到的各种产品都需要焊接工艺制造出来，可见其应用的范围是非常广泛的。文章着重介绍下边几种常见的焊接技术施工方案，并浅谈下每种焊接技术的应用。 關键词：焊接技术；施工方案；分析 1 前言 焊接是一种可以将两种材料永久的连接起来的技术，是一种给定功能结构的制造性技术，从几十吨重的巨轮到几克重的微电子芯片，在生产中都会不同程度的涉及到焊接技术，焊接技术已融合进制造业的方方面面中，这会直接影响产品的质量，关乎产品的可靠性能，更是关系到产品使用寿命的长短，同时还会关联生产的成本与市场反应结果。因为焊接结构的产品重量较轻，价格也相对低廉，不仅可以保证质量的可靠稳定，其生产周期也相对较短，效率很高，这些优点促使焊接技术的应用在市场上逐渐增多，早在2004年，我国利用焊接技术所加工的钢材就已经达到了新的突破，一举成为世界上最大的焊接大国，焊接在我国的社会建设中正在发挥着无与伦比的重要性，所以，要想更好的发展我国的制造业就一定要重视焊接技术的发展，努力探究更多更好的焊接技术。 2 薄板焊接变形控制措施 2.1 选择合理的焊缝尺寸 焊缝尺寸增加，变形随之增大，但是过小的焊缝尺寸将降低结构的承载能力，并使焊接接头的冷却速度加快，热影响区硬度增高，容易产生裂纹等缺陷，因此应在满足结构承载能力和保证焊接质量的前提下，随着板的厚度来选取工艺上可能选用的最小的焊缝尺寸。 2.2 尽量减少焊缝数量 适当选择板的厚度，减少肋板数量，从而可减少焊缝和焊接后变形的校正量，如薄板结构件，可用压型结构代替肋板结构，以减少焊缝数量，防止或减少焊后变形。 2.3 合理安排焊缝位置 焊缝对称于焊件截面的中性轴或使焊缝接近中性轴均可减少弯曲变形。
文献综述 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，它已成功地应用于微小型零件焊接中。 随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广，开辟了激光焊接的新领域。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 所有的研究大大地扩大了其应用的领域范围，主要应用于：制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、其他领域如对BT20钛合金、HEl30合金、Li-ion电池等激光焊接。 激光焊接主要是通过高能激光脉冲来实现的。激光电源首先把脉冲氙灯点着。激光电源对氙灯脉冲放电，形成一定频率，一定脉宽的光波，该光波经过聚光腔辐射到Nd3+ YAG激光晶体上，激发Nd3+YAG激光晶体发光，再经过激光谐振腔谐振之后，发出波长为1.06um脉冲激光，该脉冲激光经过扩束、反射、聚焦后打在所要焊接的物体上;在计算机系统控制下，移动数控工作台，从而完成焊接。焊接时需要的脉冲激光频率、脉宽、工作台速度、移动方向等通过计算机来控制。通过对机关电源的频率、脉宽的不同设定可调节控制脉冲激光的能量。 这里的脉冲激光焊机主要由激光电源、PC数控系统、光学系统、冷却系统、CCD监视系统及吹起装置等组成。 激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，因此焊接质量比传统焊接方法高。但是，如何保证激光焊接的质量，也就是激光焊接过程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器，通过电子计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。在激光焊接中，光束焦点位置是最关键的控制工艺参数之一，在一定激光功率和焊接速度下，只有焦点处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和好的焊缝形状。在实际激光焊接中，为了避免和减少影响焦点位置稳定性的因素，需要专门的夹紧和设备技术，这种设备的精确程度与激光焊接的质量高低是相辅相成的。 与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是：
激光焊接技术 激光焊接技术属于熔融焊接，以激光束为能源，冲击在焊件接头上。 目录 1基本信息 2激光焊接的优势 3工艺参数 ?激光功率 ?光束焦斑 ?功率控制 4优缺点 5应用 6混合焊接优势 1基本信息 激发电子或分子使其在转换成能量的过程中产生集中且相位相同的光束，Laser来自Light Amplification by Stimulated Emission Radiation的第一个字母所组成。 由光学震荡器及放在震荡器空穴两端镜间的介质所组成。介质受到激发至高能量状态时，开始产生同相位光波且在两端镜间来回反射，形成光电的串结效应，将光波放大，并获得足够能量而开始发射出激光。激光亦可解释成将电能、化学能、热能、光能或核能等原始能源转换成某些特定光频（紫外光、可见光或红外光的电磁辐射束的一种设备。转换形态在某些固态、液态或气态介质中很容易进行。当这些介质以原子或分子形态被激发，便产生相位几乎相同且近乎单一波长的光束-----激光。由于具同相位及单一波长，差异角均非常小，在被高度集中以提供焊接、切割及热处理等功能前可传送的距离相当长。 世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生，因受限于晶体的热容量，只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达10^6瓦，但仍属于低能量输出。使用钕（ND）为激发元素的钇铝石榴石晶棒（Nd:YAG）可产生1---8KW的连续单一波长光束。YAG激光，波长为1.06uM，可以通过柔性光纤连接到激光加工头，设备布局灵活，适用焊接厚度0.5-6mm。使用CO2为激发物的CO2激光（波长10.6uM），输出能量可达25KW，可做出2mm板厚单道全渗透焊接，工业界已广泛用于金属的加工上。 早期的激光焊接研究实验大多数是利用红宝石脉冲激光器，当时虽然能够获得较高的脉冲能量，但是这些激光器的平均输出功率相当低，这主要是由激光器很低的工作效率和发光物质的受激性所决定的。激光焊接主要使用CO2激光器和YAG激光器，YAG激光器由于具有较高的平均功率，在它出现之后就成为激光点焊和激光缝焊的优选设备。激光焊接与电子束焊接
（年整理）焊接检测实验报告 班 级 学 号 姓 名 日 期 成 绩 材料科学与工程学院焊接检测与探伤实验室 实验概述： 【实验目的及要求】 一、超声波探伤 1.学习超声波探伤方法并熟悉超声波探伤仪的使用。 2.掌握超声波探伤用DAC曲线的测定方法。 二、目视检测 掌握焊接检验尺在焊缝目视检测中的测量方法三、磁粉探伤 1.理解磁粉探伤的基本原理 2.学习磁轭探伤的操作方法四、射线探伤底片上缺陷的识别 掌握各种焊接缺陷在底片上显示的特点五、渗透探伤 掌握渗透探伤的基本程序和缺陷显示识别【实验原理】 一、超声波探伤实验 本实验采用A型脉冲发射式探伤仪。其原理是，将探头发射出的超声波经耦合剂传到被检工件内，在试件中传播到缺陷时产生反射。由于压电晶片有可逆效应，因此缺陷发射回来的超声波能被探头接受，变为电脉冲，显示在探伤仪的荧光屏上，称为伤脉冲。超声波探伤仪的电路方框图及其工作原理如图1所示。
二、磁粉探伤 磁力探伤是对铁磁材料露在表面或处于近表面的缺陷进行无损探伤的方法。检验时将工件磁化，磁力线通过工件，对于断面尺寸相同，内部组织均匀的工件，磁力线在工件只的分布是均匀的；而对于内部有缺陷的工件，则磁力线因缺陷处的磁阻比工件材料的磁阻大得多而弯曲，于是在缺陷近表面处形成漏磁场如图2所示。这时撒在试件上的磁粉微粒向磁通密度最大处移动，磁粉被吸引在金属内部有缺陷而产生漏磁的地方，故磁粉聚集处即指示缺陷所在。 三、渗透探伤 渗透检测法是利用渗透液的渗透作用检测非多孔性材料表面开口缺陷的无损检测方法。将被探工件浸涂具有高度渗透能力的渗透剂，由于液体的润湿作用和毛细现象，渗透液便渗入工件表面缺陷中。然后将工件缺陷以外的多余渗透液清洗干净，再涂一层吸附力很强的显像剂，缺陷中的渗透液在毛细作用下重新被吸到工件的表面，从而显示出缺陷的形状和位置的鲜明图案，从而达到了无损检测的目的。 【实验设备、仪器、工具等】 接受放大电路扫描电路同步电路发射电路探头缺陷工图2-1超声波探伤仪的电路方框图及其工作原理图接受放大电路扫描电路同步电路发射电路探头缺陷工件图1超声波探伤仪的电路方框图及其工作原理图图1零件表面的漏漏磁图2零件表面的漏磁场漏磁场 1.CTS－22型超声波探伤仪 2.磁轭探伤仪 3.渗透探伤剂 4.RB-2试块 5.CSK－IB试块 6.不同型号超声波探伤探头若干个 7.HJ20型焊接检验尺 8.焊缝射线探伤底片若干片 9.带热裂纹的焊接试样实验内容： 【实验过程】 （实验步骤、记录、数据、） 一、超声波探伤 1．超声波探伤仪的使用调节超声波探伤仪面板各个旋钮的观察其对超声波探伤的影响。 2．直探头超声波探伤的缺陷定位方法将直探头耦合在CSK-Ⅰ试块上，调节
一、 工程概况 中国石油长庆石化原油储罐扩建工程储运系统新建3具50000m 3单浮盘原油储罐，油罐内径60m ，罐壁高19.48m ，共8层壁板，第1~6圈材质为16MnR ，第7~8圈材质为Q235-B ，厚度分别为：32，28，24，20，16，12，12，10；（选用规格为2.45×10.5m 的钢板，每圈18张钢板）。包边角钢采用100×10，材质为Q235-A 。罐底：排版型式采用弓型边缘板，罐底板的接头全部采用带垫板的对接组合型式。罐底锥面坡度不小于8.3 ，边缘板材质为SPV490Q ，厚度为18mm ；中副板材质为Q235-A ，厚度为12mm 。 1，焊接管理(1) 焊接工艺评定 储罐施工前，需按照JB4708--2000《钢制压力容器焊接工艺评定》和GBJ128-90的规定进行焊接工艺评定，对接焊缝的试件，除作拉力和横弯试验外，还需作冲击韧性试验。焊接试板及试板性能试验示例如下： (2) 焊工的培训管理 参加储罐主体焊接的焊工必须具有同种位置的焊工合格证。在施工中若焊工的焊接一次合格率低于85％时，或不遵守工艺纪律时，应重新按GBJ128－90的要求进行培训和考试，考试合格后方能重新参与主体焊接。若再有上述现象发生，则取消该焊工的施焊资格。 (3) 焊接材料管理 焊接材料应有质量合格证明。 焊接材料应设专人负责保管，并按规定进行烘干和使用。 焊接材料应按部位领用，焊材管理人员应作好记录。 焊接材料应保管在避风露，通风好，不潮湿的仓库内，湿度不大于60％。 (4) 焊接环境管理
在下列任何一种情况下如不采取有效措施不能进行焊接: 雪天或雨天。 手工焊时，风速超过8m/s；气电气焊时，风速超过2.2m/s。 大气相对湿度超过90％。 焊接环境气温：普通碳素钢低于－20℃时；低合金钢低于0℃时。 5.2 焊接施工 (1) 罐底焊接 由于自动焊焊接电流较大，自动焊直接焊接容易产生焊穿等影响质量的缺陷，因此罐底采用手工焊打底、自动焊填充。 自动焊机采用SW-24型埋弧自动焊机，中幅板焊丝选用Y-C，填充碎焊丝为YK-C，焊剂采用YF-15，收缩缝焊丝选用Y-E,焊剂选用NF-11H。为了控制焊接变形，罐底焊接采用自由收缩法，选用合理的焊接顺序和焊接工艺。 罐底垫板焊接时在走廊板和边缘板处预留收缩缝。 弓形边缘板由多名焊工对称分布采用手工电弧焊同时施焊，焊接前应设置龙门板加固。焊接时先焊外侧600mm范围，焊接时每层错开50-70mm，余下的焊缝在大角缝焊接后、收缩缝焊接前进行焊接。 中幅板焊接采用隔缝施焊法，先焊中幅长板，后焊边缘小板，先焊短焊缝，后焊长焊缝，初层焊道采用手工电弧焊分段退步焊接。手工打底时，采用分段退焊法，隔400mm 焊400mm，厚度5mm。埋弧自动焊前，要清除坡口内所有焊接缺陷及其它杂物，然后填充专用碎焊丝（YK-C），其厚度与坡口相平，最后采用埋弧自动焊机一次焊接成型。焊接时应注意焊丝的对准位置，随时调整，不能焊偏，否则易产生夹渣等缺陷。 收缩缝在罐底与罐壁连接的大角缝焊接完后施焊，采用数名焊工均匀分布同时施焊，初层焊接必须采用分段退焊。 大角缝应先焊内侧初层，再焊外侧焊缝，最后将内侧焊缝焊完。弓形边缘板及大角缝全部焊缝预热至100～150℃。 (2) 浮顶焊接 ★焊接工艺确定 浮顶的焊接工艺应该是最大限度地减小焊后的波浪变形。由于浮顶板薄，焊缝密度大、交叉多，采用自由收缩法工艺，无法控制浮顶焊后波浪变形，焊后变形量非常大，局部凹凸可达300mm。本次施工采用“拘束收缩法”工艺，该工艺主要是将自由收缩
实验12 激光熔覆 一、实验目的 1、熟悉激光熔覆的概念、特性和基本方法； 2、了解激光熔覆所涉及的激光器、加工机床、送粉器和喷嘴； 3、用侧向送粉法在45钢表面进行镍基合金的激光熔覆，优化工艺参数获得良 好的熔覆层； 4、测量熔覆层的尺寸，观察显微组织。 二、实验原理 激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。 与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。 熔覆材料：目前应用广泛的激光熔覆材料主要有：镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。其中，又以镍基材料应用最多，与钴基材料相比，其价格便宜。工艺设备原理 熔覆工艺：激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。 预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---
预热---激光熔化---后热处理。 同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。 按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。 三、实验设备 YLS-2000（IPG）光纤激光器、45钢板材（40╳60╳15），Ni基合金粉末。 四、实验步骤 1.预先准备好的45钢试样表面用酒精和丙酮清洗干净，用电吹风机吹干备用； 2.在激光加工工作头上安装反射聚焦工作头，接通电源，调节送粉嘴的位置； 在送粉器中加入适量的NiCrSiB合金粉末； 3.将试样平放在工作太平面上； 4.启动数控机床，移动激光工作头至试样上面，调节Z轴高度使喷嘴离试样距 离约为1.5mm； 5.启动激光器； 6.改变激光功率1000-2000W，改变扫描速度2-7mm/s，改变送粉速度6-13g/s， 进行送粉激光熔覆实验，得到不同结果的激光熔覆层；观察实验过程中的实验现象； 7.关闭激光器，关闭水冷机组，关闭数控机床；清理送粉器中的残留粉末；关 闭送粉器电源； 8.待试样冷却后用游标卡尺测量各种熔覆层的高度和宽度，观察记录熔覆层的 外观形貌； 9.观察描画相近工艺参数处理的试样快熔覆层的显微组织。 五、实验数据处理及分析 1.功率对熔覆层外观形貌的影响