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20067221128569430_对焊的焊接工艺及常用金属材料的

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对焊方法及工艺
对接电阻焊(以下简称对焊)是利用电阻热将两工件沿整个端面同时焊接起 来的一类电阻焊方法。 对焊的生产率高、易于实现自动化,因而获得广泛应用。其应用范围可归纳 如下: (1)工件的接长 例如带钢、型材、线材、钢筋、钢轨、锅炉钢管、石油 和天然气输送等管道的对焊。 (2)环形工件的对焊 例如汽车轮辋和自行车、摩托车轮圈的对焊、各种 链环的对焊等。 (3) 部件的组焊 将简单轧制、 锻造、 冲压或机加工件对焊成复杂的零件, 以降低成本。例如汽车方向轴外壳和后桥壳体的对焊,各种连杆、拉杆的对焊, 以及特殊零件的对焊等。 (4)异种金属的对焊 可以节约贵重金属,提高产品性能。例如刀具的工 作部分(高速钢)与尾部(中碳钢)的对焊,内燃机排气阀的头部(耐热钢)与 尾部(结构钢)的对焊,铝铜导电接头的对焊等。 对焊分为电阻对焊和闪光对焊两种。 电阻对焊 电阻对焊是将两工件端面始终压紧,利用电阻热加热至塑性状态,然后迅速 施加顶锻压力(或不加顶锻压力只保持焊接时压力)完成焊接的方法。 一、电阻对焊的电阻和加热 对焊时的电阻分布如图 14-2 所示。总电阻可用下式表示: R=2Rω+RC+2Reω 式中 Rω--一个工件导电部分的内部电阻(Ω); Rc--两工件间的接触电阻(Ω); Rω--工件与电极间的接触电阻(Ω); 工件与电极之间的接触电阻由于阻值小,且离接合面较远,通常忽略不计。 工件的内部电阻与被焊金属的电阻率 ρ 和工件伸出电极的长度 l0 成正比, 与工件的断面积 s 成反比。 和点焊时一样,电阻对焊时的接触电阻取决于接触面的表面状态、温度及压 力。当接触电阻有明显的氧化物或其他赃物时,接触电阻就大。温度或压力的增 高,都会因实际接触面积的增大而使接触电阻减小。焊接刚开始时,接触点上的 电流密度很大;端面温度迅速升高后,接触电阻急剧减小。加热到一定温度(钢 600 度,铝合金 350 度)时,接触电阻完全消失。 和点焊一样,对焊时的热源也是由焊接区电阻产生的电阻热。电阻对焊时, 接触电阻存在的时间极短,产生的热量小于总热量的 10-15%。但因这部分热量 是接触面附*很窄的区域内产生的。所以会使这一区域的温度迅速升高,内部电 阻迅速增大,即使接触电阻完全消失,该区域的产热强度仍比其他地方高。 所采用的焊接条件越硬 (即电流越大和通电时间越短) 工件的压紧力越小, , 接触电阻对加热的影响越明显。 电阻对焊的焊接循环、 二、电阻对焊的焊接循环、工艺参数和工件准备 1、焊接循环

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电阻对焊时,两工件始终压紧,当端面温升高到焊接温度 Tω 时,两工件端 面的距离小到只有几个埃,端面间原子发生相互作用,在接合上产生共同晶粒, 从而形成接头。电阻对焊时的焊接循环有两种:等压的和加大锻压力的。前者加 压机构简单,便于实现。后者有利于提高焊接质量,主要用于合金钢,有色金属 及其合金的电阻对焊,为了获得足够的塑性变形和进一步改*油分柿浚褂ι 置电流顶锻程序。 2、工艺参数 电阻对焊的主要工艺参数有:伸出长度、焊接电流(或焊接电流密度)、焊 接通电时间、焊接压力和顶锻压力。 (1)伸出长度 l0 即工件伸出夹钳电极端面的长度。选择伸出长度时,要 考虑两个因素:顶锻时工件的稳定性和向夹钳的散热。如果 l0 过长,则顶锻时工 件会失稳旁弯。l0 过短,则由于向钳口的散热增强,使工件冷却过于强烈,会增 加塑性变形的困难。对于直径为 d 的工件,一般低碳钢:l0=(0.5-1)d,铝和黄 铜:l0=(1-2)d,铜:l0=(1.5-2.5)d。 (2)焊接电流 Iω 和焊接时间 tω 在电阻对焊时,焊接电流常以电流密度 jω 来表示。jω 和 tω 是决定工件加热的两个主要参数。二者可以在一定范围内相应 地调配。可以采用大电流密度、短时间(强条件),也可以采用小电流密度、长 时间(弱条件)。但条件过强时,容易产生未焊透缺陷;过软时,会使接口端面 严重氧化、接头区晶粒粗大、影响接头强度。 (3)焊接压力 Fω 与顶锻压力 Fu,Fω 对接头处的产热和塑性变形都有影响。 减小 Fω 有利于产热,但不利于塑性变形。因此,易用较小的 Fω 进行加热,而以 大得多的 Fu 进行顶锻。但是 Fω 也不能过低,否则会引起飞溅、增加端面氧化, 并在接口附*造成疏松。 3、工件准备 电阻对焊时,两工件的端面形状和尺寸应该相同,以保证工件的加热和塑性 变形一致。工件的端面,以及与夹钳接触的表面必须进行严格清理。端面的氧化 物和赃物将会直接影响到接头的质量。 与夹钳接触的工件表面的氧化物和赃物将 会增大接触处电阻,使工件表面烧伤、钳口磨损加剧,并增大功率损耗。 清理工件可以用砂轮、钢丝刷等机械手段,也可以用酸洗。 电阻焊接头中易产生氧化物夹杂。对于焊接质量要求高的稀有金属、某些合 金钢和有色金属时,常采用氩、氦等保护氛来解决。 电阻对焊虽有接头光滑、毛刺小、焊接过程简单等优点,但其接头的力学性 能较低,对工件端面的准备工作要求高,因此仅用于小断面(小于 250mm2)金属 型材的对接。 闪光对焊 闪光对焊可分为连续闪光对焊和预热闪光对焊。连续闪光对焊由两个主要阶 段组成: 闪光阶段和顶锻阶段。 预热闪光对焊只是在闪光阶段前增加了预热阶段。 一、闪光对焊的两个阶段 1、闪光阶段 闪光的主要作用是加热工件。在此阶段中,先接通电源,并使两工件端面轻 微接触,形成许多接触点。电流通过时,接触点熔化,成为连接两端面的液体金 属过梁。 由于液体过梁中的电流密度极高, 使过梁中的液体金属蒸发、 过梁爆破。 随着动夹钳的缓慢* 过梁也不断产生与爆破。 在蒸气压力和电磁力的作用下, 液态金属微粒不断从接口间喷射出来。形成火花急流--闪光。
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在闪光过程中, 工件逐渐缩短, 端头温度也逐渐升高。 随着端头温度的升高, 过梁爆破的速度将加快, 动夹钳的*俣纫脖匦胫鸾ゼ哟蟆 在闪光过程结束前, 必须使工件整个端面形成一层液体金属层, 并在一定深度上使金属达到塑性变形 温度。 由于过梁爆破时所产生的金属蒸气和金属微粒的强烈氧化, 接口间隙中气体 介质的含氧量减少,其氧化能力可降低,从而提高接头的质量。但闪光必须稳定 而且强烈。所谓稳定是指在闪光过程中不发生断路和短路现象。断路会减弱焊接 处的自保护作用,接头易被氧化。短路会使工件过烧,导致工件报废。所谓强烈 是指在单位时间内有相当多的过梁爆破。 闪光越强烈, 焊接处的自保护作用越好, 这在闪光后期尤为重要。 2、顶锻阶段 在闪光阶段结束时,立即对工件施加足够的顶端压力,接口间隙迅速减小过 梁停止爆破,即进入顶锻阶段。顶锻的作用是密封工件端面的间隙和液体金属过 梁爆破后留下的火口,同时挤出端面的液态金属及氧化夹杂物,使洁净的塑性金 属紧密接触,并使接头区产生一定的塑性变形,以促进再结晶的进行、形成共同 晶粒、获得牢固的接头。闪光对焊时在加热过程中虽有熔化金属,但实质上是塑 性状态焊接。 预热闪光对焊是在闪光阶段之前先以断续的电流脉冲加热工件, 然后在进入 闪光和顶锻阶段。预热目的如下: (1)减小需用功率 可以在小容量的焊机上焊接断面面积较大的工件,因 为当焊机容量不足时,若不先将工件预热到一定温度,就不可能激发连续的闪光 过程。此时,预热是不得已而采取的手段。 (2)降低焊后的冷却速度 这将有利于防止淬火钢接头在冷却时产生淬火 组织和裂纹。 (3)缩短闪光时间 可以减少闪光余量,节约贵重金属。 预热不足之处是: (1)延长了焊接周期,降低了生产率; (2)使过程的自动化更加复杂; (3)预热控*侠选Tと瘸潭热舨灰恢拢突峤档徒油分柿康奈榷ㄐ浴 二、闪光对焊的电阻和加热 闪光对焊时的接触电阻 Rc 即为两工件端面间液体金属过梁的总电阻,其大 小取决于同时存在的过梁数及其横断面积。后两项又与工件的横断面积、电流密 度和两工件的接*速度有关。随着这三者的增大,同时存在的过梁数及其横截面 积增大,Rc 将减小。 闪光对焊的 Rc 比电阻对焊大得多,并且存在于整个闪光阶段,虽然其电阻 值逐渐减小,但始终大于工件的内部电阻,直到顶锻开始瞬间 Rc 才完全消失。 图 14-5 是闪光对焊时 Rc、2Rω 和 R 变化的一般规律。Rc 逐渐减小是由于在闪 光过程中,随着端面温度的升高,工件接*速度逐渐增大,过梁的数目和尺寸都 随之增大的缘故。 由于 Rc 大并且存在整个闪光阶段,所以闪光对焊时接头的加热主要靠 Rc。 闪光对焊的焊接循环、 三、闪光对焊的焊接循环、工艺参数和工件准备 1、焊接循环

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闪光对焊的焊接循环 14-7 所示,图中复位时间是指动夹钳由松开工件至回 到原位的时间。预热方法有两种:电阻预热和闪光预热,图中(b)采用的是电 阻预热。 2、工艺参数 闪光对焊的主要参数有:伸出长度、闪光电流、闪光流量、闪光速度、顶锻 流量、顶锻速度、顶锻压力、顶锻电流、夹钳夹持力等。图 14-8 是连续闪光对 焊各流量和伸出长度的示意图。 下面介绍各工艺参数对焊接质量的影响及选用原 则: (1)伸长长度 l0 和电阻对焊一样,l0 影响沿工件轴向的温度分布和接头 的塑性变形。 此外, 随着 l0 的增大, 使焊接回路的阻抗增大, 需用功率也要增大。 一般情况下,棒材和厚臂管材 l0=(0.7-1.0)d,d 为圆棒料的直径或方棒料的 边长。 对于薄板(δ=1-4mm)为了顶锻时不失稳,一般取 l0=(4-5)δ。 不同金属对焊时,为了使两工件上的温度分布一致,通常是导电性和导热性 差的金属 l0 应较小。表 1 是不同金属闪光对焊时的 l0 参考值。 (2)闪光电流 If 和顶锻电流 Iu If 取决于工件的断面积和闪光所需要的 电流密度 jf。jf 的大小又与被焊金属的物理性能、闪光速度、工件断面的面积 和形状,以及端面的加热状态有关。在闪光过程中,随着 vf 的逐渐提高和接触 电阻 Rc 的逐渐减小,jf 将增大。顶锻时,Rc 迅速消失,电流将急剧增大到顶锻 电流 Iu。 表 1 不同金属闪光对焊时的伸出长度 金属种类 左 低碳钢 中碳钢 钢 钢 右 奥氏体钢 高速钢 黄铜 铜 伸出长度(mm) 左 1.2d 0.75d 1.5d 2.5d 右 0.5d 0.5d 1.5d 1.0d

注:d 为工件直径(mm) 当焊接大截面钢件时,为增加工件的加热深度,应采用较小的闪光速度,所 2 2 用的*均 jf 一般不超过 5A/mm 。表 2 为断面积 200-1000mm 工件闪光对焊时 jf 和 ju 的参考值。 表2 闪光对焊时 jf 和 ju 的参考值 金属种类 低碳钢 高合金钢 铝合金 铜合金 钛合金 jf(A/mm2) *均值 5-15 10-20 15-25 20-30 4-10 最大值 20-30 25-35 40-60 50-80 15-25 jf(A/mm2) 40-60 35-50 70-150 100-200 20-40

电流的大小取决于焊接变压器的空载电压 U20。因此,在实际生产中一般是 给定次级空载电压。选定 U20 时,除应考虑焊机回路的阻抗,阻抗大时,U20 应相

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应提高。焊接大断面工件时,有时采用分级调节次级电压的方法,开始时,用较 高的 U20 来激发闪光,然后降低到适应值。 (3)闪光流量 δf 选择闪光流量,应满足在闪光结束时整个工件端面有 一熔化金属层,同时在一定深度上达到塑性变形温度。如果 δf 过小,则不能 满足上述要求,会影响焊接质量。δf 过大,又会浪费金属材料、降低生产率。 在选择 δf 时还应考虑是否有预热, 因预热闪光对焊的 δf 可比连续闪光对焊小 30-50%。 (4)闪光速度 vf 足够大的闪光速度才能保证闪光的强烈和稳定。但 vf 过大会使加热区过窄,增加塑性变形的困难,同时,由于需要的焊接电流增加, 会增大过梁爆破后的火口深度,因此将会降低接头质量。选择 vf 时还应考虑下 列因素: 1)被焊材料的成分和性能。含有易氧化元素多的或导电导热性好的材料, vf 应较大。例如焊奥氏体不锈钢和铝合金时要比焊低碳钢时大; 2)是否有预热。有预热时容易激发闪光,因而可提高 vf。 3)顶锻前应有强烈闪光。vf 应较大,以保证在端面上获得均匀的金属层。 (5)顶锻流量 δu δu 影响液体金属的排除和塑性变形的大小。δu 过 小时,液态金属残留在接口中,易形成疏松、缩孔、裂纹等缺陷;δu 过大时, 也会因晶纹弯曲严重,降低接头的冲击韧度。δu 根据工件断面积选取,随着断 面积的增大而增大。 顶锻时,为防止接口氧化,在端面接口闭合前不立刻切断电流,因此顶锻流 量应包括两部分----有电流顶锻留量和无电流顶锻留量,前者为后者的 0.5-1 倍。 (6)顶锻速度 vu 为避免接口区因金属冷却而造成液态金属排除及塑性 金属变形的困难,以及防止端面金属氧化,顶锻速度越快越好。最小的顶锻速度 取决于金属的性能。焊接奥氏体钢的最小顶锻速度均为焊接珠光体钢的两倍。导 热性好的金属(如铝合金)焊接时需要很高的顶锻速度(150-200mm/s)。对于 同一种金属,接口区温度梯度大的,由于接头的冷却速度快,也需要提高顶锻速 度。 (7)顶锻压力 Fu Fu 通常以单位面积的压力,即顶锻压强来表示。顶锻压 强的大小应保证能挤出接口内的液态金属,并在接头处产生一定的塑性变形。顶 锻压强过小,则变形不足,接头强度下降;顶锻压强过大,则变形量过大,晶纹 弯曲严重,又会降低接头冲击韧度。 顶锻压强的大小取决于金属性能、温度分布特点、顶锻留量和速度、工件断 面形状等因素。高温强度大的金属要求大的顶锻压强。增大温度梯度就要提高顶 锻压强。 由于高的闪光速度会导致温度梯度增大, 因此焊接导热性好的金属 (铜、 铝合金)时,需要大的顶锻压强(150-400Mpa)。 (8)预热闪光对焊参数 除上述工艺参数外,还应考虑预热温度和预热时 间。 预热温度根据工件断面和材料性能选择, 焊接低碳钢时, 一般不超过 700-900 度。随着工件断面积增大,预热温度应相应提高。 预热时间与焊机功率、工件断面大小及金属的性能有关,可在较大范围内变 化。预热时间取决于所需预热温度。 预热过程中,预热造成的缩短量很小,不作为工艺参数来规定。

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(9)夹钳的夹持力 Fc 必须保证工件在顶锻时不打滑 Fc 与顶锻压力 Fu 和 工件与夹钳间的摩擦系数 f 有关, 他们的关系是: Fc≥Fu/2f。 通常 F0= 1.5-4.0) ( Fu, 断面紧凑的低碳钢取下限, 冷轧不锈钢板取上限。 当夹具上带有顶撑装置时, 加紧力可以大大降低,此时 Fc=0.5Fu 就足够了。 3、工件准备 闪光对焊的工件准备包括:端面几何形状、毛坯端头的加工和表面清理。 闪光对焊时,两工件对接面的几何形状和尺寸应基本一致。否则将不能保证 两工件的加热和塑性变形一致,从而将会影响接头质量。在生产中,圆形工件直 径的差别不应超过 15%,方形工件和管形工件不应超过 10%。 在闪光对焊大断面工件时,最好将一个工件的端部倒角,使电流密度增大, 以便于激光闪发。这样就可以不用预热或闪光初期提高次级电压。 对焊毛坯端头的加工可以在剪床、冲床、车床上进行,也可以用等离子或气 焰切割,然后清除端面。 闪光对焊时,因端部金属在闪光时被烧掉,故对端面清理要求不甚严格。但 对夹钳和工件接触面的清理要求,应和电阻对焊一样。 四、常用金属的闪光对焊 所有钢和有色金属几乎都可以闪光对焊,但要获得优质接头,还需根据金属 的有关特性,采取必要的工艺措施。现分析如下: (1)导电导热性 对于导电导热性好的金属,应采用较大的比功率和闪光 速度,较短的焊接时间。 (2)高温强度 对于高温强度高的金属,应采用增大温塑性区的宽度,采 用较大的顶锻力。 (3)结晶温度区间 结晶温度区间越大,半熔化区越宽,应采用较大的顶 锻压力和顶锻留量,以便把半溶化区中的熔化金属全部排挤进去,以免留在接头 中引起缩孔、疏松和裂纹等缺陷。 (4)热敏感性 常见的有两种情况,第一种是淬火钢,焊后接头易产生 淬火组织,使硬度增高、塑性降低,严重时会产生淬火裂纹。淬火钢通常采用加 热区宽的预热闪光对焊,焊后采用缓慢冷却和回火等措施。第二种是经冷作强化 的金属 (如奥氏体不锈钢) 焊接时接头和热影响区发生软化, , 使接头强度降低。 焊接此类金属通常采用较大的闪光速度和顶锻压力, 以尽量缩小软化区和减轻软 化程度。 (5)氧化性 接头中的氧化物夹杂对接头质量有严重危害,因此,防止氧 化和排除氧化是提高接头质量的关键。 金属的成分不同, 其氧化性的生成也不同。 若生成氧化物的熔点低于被焊金属,这时氧化物有较好的流动性,顶锻时容易被 排挤出来。若生成氧化物的熔点高于被焊金属,如 SiO2、Al2O3、Cr2O3 等,就必须 在被焊金属还处在溶化状态时, 才有可能将他们排出。 因此, 在焊接含有较多硅、 铝、铬、一类元素的合金钢时,应该采取严格的工艺措施,彻底排除氧化物。 下面介绍几种常用金属材料闪光对焊的特点: 1、碳素钢的闪光对焊 这类材料具有电阻系数高,加热时碳元素的氧化为接口提供保护性气氛 CO 和 CO2,不含有生成高熔点氧化物的元素等优点。因而都属于焊接性较好的材料。 随着钢中的含碳量的增加,电阻系数增大、结晶区间、高温强度及淬硬倾向 都随之增大。因而需要相应增加顶锻压强和顶锻留量。为了减轻淬火的影响。可 采用预热闪光对焊,并进行焊后热处理。
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碳素钢闪光对焊时,由于碳向加热端面扩散并被强烈氧化,以及顶锻时,半 溶化区内含碳量高的溶化金属被挤出,所以在接头处形成含碳量低的贫碳层(呈 白色,也称亮带)。贫碳层的宽度随着钢含量的提高、预热时间的加长而增宽; 随着含碳量的增大和气体介质氧化倾向的减弱而变窄。 采用长时间的热处理可以 消除贫碳层。 用得最多的是碳素钢闪光对焊。 只要焊接条件选择适当, 一般不会出现困难。 甚至对溶焊来说比较难焊的铸铁也是一样。 铸铁通常采用预热闪光对焊,用连续闪光对焊容易形成白口。由于含碳量很 高,闪光时产生大量的 CO 和 CO2 保护气氛,自保护作用较强,即使在工艺参数波 动很大时,在接口中也只有少量氧化夹杂物。 2、合金钢的闪光对焊 合金元素含量对钢性能的影响和应采取的工艺措施如下: 1)钢中的铝、铬、硅、钼等元素易生成高熔点氧化物,应增大闪光和顶锻 速度,以减少其氧化。 2)合金元素含量增加,高温强度提高,应增加顶锻压强。 3)对于珠光体钢,合金元素增加,淬火倾向性就增大,应采取防止淬火脆 化的措施。 下表是碳素钢和合金钢闪光对焊工艺参数的参考值。 各类钢闪光对焊主要参数的参考值
*均闪光速度(mm/s) 最大闪光 类 别 顶锻压强(Mpa) 顶锻速度 焊后热处 速度 (mm/s) 预热闪 连续闪光 理 预热闪光 连续闪光 (mm/s) 光 4-5 4-5 4-5 5-10 5-8 15-30 ≥30 15-30 30-150 50-160 40-60 40-60 40-60 60-80 100-140 不需要 60-80 缓冷、 回火 100-110 缓冷、 回火 110-120 回火、 正火 110-180 一般不需 150-220 要

低碳钢 1.5-2.5 0.8-1.5 低碳钢及低合金钢 1.5-2.5 0.8-1.5 高碳钢 ≤1.5-2.5 ≤0.8-1.5 珠光体高合金钢 3.5-4.5 2.5-3.5 奥氏体钢 3.5-4.5 2.5-3.5

低合金钢的焊接特点与中碳钢相似,具有淬硬倾向,应采用相应的热处理方 法。这类钢的高温强度大,易生成氧化物夹杂,需要采用较高的顶锻压强,较高 的闪光和顶锻速度。 高碳合金钢除具有高碳钢的特点外,还含有一定数量的合金元素。由于含碳 量高,结晶温度区间宽,接口处的半熔区就较宽,如果顶锻压力不足,塑性变形 量不够,残留在半溶化区内的液态金属将形成疏松组织。还因含有合金元素,会 形成高熔点氧化物夹杂。因此,需要较高的闪光和顶锻速度,较大的顶锻压强和 顶锻留量。 奥氏体钢的主要合金元素是 Cr 和 Ni,这种钢具有高温强度高,导电和导热 性差、熔点低(与低碳钢相比),又有大量易形成高熔点氧化物的合金元素(如 Cr)。因此,要求有大的顶锻压强,高的闪光和顶锻速度。高的闪光速度可以减 小加热区,可有效地防止热影响区晶粒急剧长大和抗腐蚀性的降低。 3、铝及其合金的闪光对焊 这类材料具有导电导热性好,熔点低,易氧化且氧化物熔点高、塑性温度区 窄等特点,给焊接带来困难。

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铝合金对焊的焊接性较差,工艺参数选择不当时,极易产生氧化夹杂物、疏 松等缺陷,使接头强度和塑性急剧降低。闪光对焊时,必须采用很高的闪光和顶 锻速度、大的顶锻留量和强迫形成的顶锻模式。所需比功率也要比钢件大得多。 4、铜及其合金的闪光对焊 铜的导热性比铝好,熔点较高,因而比铝要难焊的多。纯铜闪光对焊时,很 难在端面形成液态金属层和保持稳定的闪光过程,也很难获得良好的塑性温度 区。为此,焊接时需要很高的最后闪光速度、顶锻速度和顶锻压强。 铜合金(如黄铜、青铜)的对焊比纯铜容易。黄铜对焊时由于锌的蒸发而使 接头性能下降,为了减少锌的蒸发,也应采用很高的最后闪光速度、顶锻速度和 顶锻压强。 铝、铜及其合金闪光对焊的工艺参数可参考下表: 有色金属及其合金闪光对焊的焊接条件
材料尺寸(mm) 铝合金 铜 工艺参 数 棒 材 d=1 0 空载电 压(V) 最大电 流(KA) 伸出长 度(mm) 闪光留 量(mm) 闪光时 间(s) *均闪 光速度 (mm/s) 最大闪 光速度 (mm/s) 顶锻留 量(mm) 顶锻速 度 (mm/s) 顶锻压 强 (Mpa) 有电流 顶锻量 (mm) 比功率 (KVA/m 2 m) 黄铜(H62) 黄铜(H59) 黄铜 (QSn6.5-1.5 )带材厚 铝棒材,直径 LD5 板材厚度 LF6 板材厚度

管 材 9.5 *1. 5

棒材直径 板材 44.5*10

6.5

10

6.5

10

1-4

4-8

20

25

30

38

4

6

4-7

6.1 33 20 12 1.5 8.0 8 200 380 6 2.6

5.0 20 20 290 2.6 6

10.0 60 224 1.35

2.1 7 12. 5 15 6 2.5 2.4 9 200 -30 0 0.9

4.41 24.3 22 8 3.5 2.3 13 200-300 230 1.35

2.4 13. 5 18 7 2.0 3.5 10 200 -30 0 0.9 5

7.5 41 25 10 2.2 4.5 12 200-300 250 2.7

25 15 3 5 12 125 0.5

40 25 10 2.5 6 125 60-150 0.25

58 38 17 1.7 11.3 13 150 64 6.0 -

63 43 20 1.9 10.5 13 150 170 6.0 -

6 50 22 2.8 7.9 14 150 190 7.0 -

63 65 28 5.0 5.6 15 150 120 7.0 -

6 12 8 1.2 5.8 15. 0 7.0 150 180 -20 0 3.0 0.4

7.5 14 10 1.5 6.5 15.0 8.5 150 200-220 3.0 0.4

10 13 14 5.0 2.8 6.0 12.0 200 130 6-8 -

铝和铜用闪光对焊焊成的过渡接头广泛用于电机行业。由于它们的熔点相差 很大,铝的熔化比铜快 4-5 倍,所以要相应增大铝的伸出长度。铝和铜闪光对焊 的工艺参数可参考下表。铝和铜对焊时,可能形成金属间化合物 CuAL2,增加接 头脆性。因此,必须在顶锻时尽可能将 CuAL2 从接口中排挤出去。 铜于铝闪光对焊的焊接条件 焊接断面(mm2) 棒材直径 20 25 带材 40*50 50*10
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电流最大值(KA) 伸出长度(mm)铜 铝 烧化留量(mm) 闪光时间(s) 闪光*均速度 (mm/s) 顶锻留量(mm/s) 顶锻单位压力 (Mpa)

63 3 34 17 1.5 11.3 13

63 4 38 20 1.9 10.5 13

58 3 30 18 1.6 11.3 6

63 4 36 20 1.9 10.5 8

顶锻速度(mm/s) 100-120 100-120 100-120 100-120 190 270 225 268

5、钛及其合金的闪光对焊 钛及其合金的闪光对焊的主要问题是由于淬火和吸收气体(氢、氧、氦等) 而使接头塑性降低。钛合金的淬火倾向与加入的合金元素有关。若加入稳定 β 相元素则淬火倾向增大,塑性将进一步降低。若采用强烈闪光的连续闪光对焊, 不加保护气体就可获得满意的接头。 当采用闪光、 顶锻速度较小的预热闪光焊时, 应在 Ar 或 He 保护气氛中焊接。预热温度为 1000-1200 度,工艺参数和焊接钢时 基本一致,只是闪光留量稍有增加。此时可获得较高塑性的接头。 典型工件的对焊 一、小断面工件的对焊 直径 d≤5mm 的线材多采用电阻对焊,其工艺参数可参考下表: 线材电阻对焊的焊接条件 金属种类 直径(mm) 碳钢 0.8 2.0 3.0 2.0 2.0 1.85 伸出长度 (mm) 3 6 6 7 5 6 焊接电流 (A) 300 750 1200 1500 900 400 焊接时间 (s) 0.3 1.0 1.3 0.2 0.3 0.7 顶锻压力 (N) 20 80 140 100 50 80

铜 铝 镍铬合金

注:顶锻留量等于线材直径,有电流顶锻量等于直径的 0.2-0.3 倍。 直径很小的线材、不同材料的线材,以及线材与冲压件(如电阻器和二极管 的端盖)可采用电容储能式对焊,其特点在于焊接条件非常硬,加热范围极窄, 大大减轻了被焊金属热物理性能对接头形成的影响。 二、杆件的对焊 多用于建筑业的钢筋对焊,通常直径 d<10mm 者用电阻对焊;d>10mm 用连续 闪光对焊;d>30mm 用预热闪光对焊。用手动对焊机时,由于焊机功率较小(通 常不超过 50KVA)d=15-20mm 时,一般就要用预热闪光对焊。 杆件对焊时可使用半圆形或 V 形夹钳电极,后者可用于各种直径,因而获得 广泛应用。杆件属实心断面,刚性较大,可采用较长的伸出长度。低碳钢棒材电 阻对焊和闪光对焊的工艺参数可参考下面两表:
—9—

低碳钢棒材电阻对焊的焊接条件 断面积 2 (mm ) 25 50 100 250 伸出长度 焊接缩短量(mm) 电流密度 2 (mm) 有电 无电 (A/mm ) 6+6 8+8 10+10 12+12 0.5 0.5 0.5 10 0.9 0.9 1.0 1.8 200 160 140 90 焊接时间 (S) 0.6 0.8 1.0 1.5 焊接压强 (Mpa)

10-20

1)焊接淬火钢时增加 20-30% 2)对于淬火钢增加 100% 低碳钢棒材闪光对焊的时间和流量 预热闪光对焊 焊接直 留量(mm) 径 (mm) 总流量 预热与闪 顶锻 光 5 10 15 20 30 40 50 70 90 9 11 16 20 22 26 32 6.5 7.5 12 14.5 15.5 19 24 2.5 3.5 4 5.5 6.5 7 8 时间(s) 预热 3 5 8 20 30 70 120 连续闪光对焊 时间 闪光与顶 总流 闪光 顶锻 (s) 锻 量 4 6 7 8 10 15 20 6 8 13 17 25 40 4.5 6 10.5 14 21.5 35.5 1.5 2 2.5 3 3.5 4.5 2 3 6 10 20 40 留量(mm)

三、管子对焊 管子对焊广泛用于锅炉制造、管道工程及石油设备制造。根据管子的断面和 材料选择连续或预热闪光对焊。夹钳电极可以用半圆形或 V 形。通常当管径与壁 厚的比值大于 10 时可选用半圆形, 以防管子被压扁。 比值小于 10 时可选用 V 形。 为避免管子在夹钳电极中滑移,夹钳电极应有适当的工作长度。管径为 20-50mm 时,工件长度为管径的 2-2.5 倍;管径为 200-300mm 时为 1-1.5 倍。低碳钢和合 金钢管连续闪光对焊的工艺参数可参考下表: 号钢、 刚管连续闪光对焊的焊接条件 20 号钢、12Cr1MoV 及 12Cr18Ni12Ti 刚管连续闪光对焊的焊接条件 钢种 次级空 伸出长 *均闪光 有电流 尺寸 闪光留 顶锻留 载电压 度 2L 速度 顶锻量 量(mm) 量(mm) (mm) (V) (mm) (mm/s) (mm) 25×3 32×3 32×4 6.5-7.0 60-70 32×5 60×3 324 324 6-6.5 60-70 6.5-7.0 60-70 11-12 11-12 15 15 15 17 15 1.37-1.5 1.22-1.33 1.25 1.0 1.15-1.0 1.0 1.0 3.5 2.5-4.0 4.5-5.0 5.0-5.5 4.0-4.5 5.0 5.0 3.0 3.0 3.5 4.0 3.0 4.0 4.0
—10—

20

12Cr1MoV 12Cr18Ni12Ti

大直径厚臂钢管一半用预热闪光对焊,其工艺参数可参考下表: 大断面低碳钢管预热闪光对焊的焊接条件 管子截 次级空 伸出长 预热时间(S) 闪光留 *均闪光 顶锻留 有电流 面 载电压 度 2L 量 速度 量 顶锻量 脉冲时 总时间 (mm2) (v) (mm) (mm) (mm/s) (mm) (mm) 间 4000 10000 16000 20000 32000 6.5 7.4 8.5 9.3 10.4 240 340 380 420 440 60 240 420 540 720 5.0 5.5 6.0 6.0 8.0 15 20 22 23 26 1.8 1.2 0.8 0.6 0.5 9 12 14 15 16 6 8 10 12 12

由于管子是展开形断面,散热较快,端面液态金属易于冷却,顶锻时难于挤 出。 面积分散, 又使闪光过程中自保护作用减弱。 因此, 当工艺参数选择不当时, 非金属夹杂物会残留在接口中形成灰斑缺陷。保持稳定闪光,提高闪光和顶锻速 度,并采用气体保护,能减少或消除灰斑。 管子焊后, 需去除内外毛刺, 以保证管子外表光洁, 内部有一定的通道孔径。 去除毛刺需使用专用工具。 四、薄板对焊 薄板对焊在冶金工业轧制钢板的连续生产线上广泛应用。 板材宽度从 300 到 1500mm 以上,厚度从小于 1mm 到十几 mm。材料有碳钢、合金钢及有色金属及其 合金等。板材对焊后,接头由于将经受轧制,并生产很大的塑性变形,因而不仅 要有一定的强度、而且应有很高的塑性。厚度小于 5mm 的钢板,一般采用连续闪 光对焊,用*面电极单面导电,板材较厚时,采用预热闪光对焊,双面导电,以 保证沿整个端面加热均匀。 薄板焊接时,因断面的长与宽之比较大,面积分散、接头冷却快,闪光过程 中自保护作用较弱,同时,液态过梁细小,端面上液态金属层薄。易于氧化和凝 固。因此必须提高闪光和顶锻速度。焊后须趁热用毛刺切除装置切除毛刺。低碳 钢和不锈钢板闪光对焊的工艺参数参考下面两表: 低碳钢钢板的闪光和顶锻留量 留量(mm) 厚度 (mm) 宽度 (mm) 100 400 1200 2000 100 400 1200 2000 100 400 总流量 9.5 11.05 15 17.5 12 15 16 20 14 17 闪光 留量 7 9 11 15 9 11 13 14 10 12 顶锻留量 总流量 2 2.5 4 4.5 3 4 5 6 4 5 有电 1 1.5 2 2 2 2.5 2 3 2 2 无电 1 1 2 2.5 1 2 3 3 2 2

2

3

4-5

—11—

1200 2000

20 21

14 15

6 6

3 3

3 3

不锈钢板闪光对焊的流量 厚度(mm) 1.0 1.5 2 2.5 3 4 5 6 10 最终钳口距离 闪光留量 (mm) (mm) 3 5 6 7 9.5 11 15 16 18 5.5 8 10.5 13 15 15 18 18 20 顶锻留量 (mm) 1.5 2 2.5 3.0 3.5 4 5 6 7 伸出总长 (mm) 10 15 19 23 27 30 38 40 55 -

五、环形件对焊 环形件(如车轮辋、链环、轴承环、喷气发动机安装边等)焊接时,除了考 虑对焊工艺的一般规律外,还应注意分流和环形件变形弹力的影响。由于存在分 流,需用功率要增大 15-50%。分流虽环形件直径的减小,断面的增大,以及材 料电阻率的减小而增大。 环形件对焊时,顶锻压力的选择必须考虑变形反弹力的影响,但由于分流有 对环背加热的作用,因而顶锻压力增加量不大。 自行车、摩托车钢圈、汽车轮辋均采用连续闪光对焊,夹钳电极的前口必须 与工件断面相吻合。顶锻时,为了防止反弹力影响接头质量,甚至拉开接头,需 要延长无电流顶锻时间。 锚链,传动链等链环多用于低碳钢和低合金钢制造,直径 d<20mm 时可用电 阻对焊,d>20mm 时可用预热闪光对焊,预热的目的是为了使接口处加热均匀, 顶锻时容易产生一定的塑性变形 。 链环对焊的工艺参数可参考下面两表: 锚链闪光对焊的焊接条件
初级电流(A) 次级 锚链直 电压 径 (mm) (V) 闪光 短路 预热 间断 次数 焊接通 顶锻速 闪光速度 电时间 度 (mm/s) (S) (mm/s) 留量(mm)

自 然 间 隙

等 速

加 有电项 无电项 速

合计

—12—

28 31 34 37 40

9.27 10.3 10.3 8.85 10.0

420 450 460 480 500

550 580 620 680 720

2-4 3-5 3-5 4-6 5-7

19±1 22±1.5 24±2 28±2 30±2

45-50 45-50 45-50 30 30

0.9-1.1 0.9-1.1 0.8-1.0 0.8-1.0 0.7-0.9

1.5 2 2 2.5 2

4 4 4 5 5

2 2 2 2 2

1.0-1. 5 1.0-1. 5 1.5 1.5 1.5-2

1.5 1.5 1.5 1.5-2 2

10-11 10-11 11-12 12-13 12-13

小直径链环电阻对焊的焊接条件 焊机额定 次级电压 直径(mm) 功率 (V) (KVA) 19.8 16.7 15.0 13.5 12.0 250 250 175 175 175 4.4-4.55 3.4-3.55 3.8-4.0 3.8-4.0 2.8 焊接时间(S) 通电 4.5 5.0 3.0 2.5 1.5 断电 1.0 1.0 1.0 1.0 0.8 每分钟焊 接链环数 6.4 6.4 6.6 8.8 8.6

六、刀具对焊 刀具对焊时目前刀具制造业中用于制造毛坯的工艺方法之一, 主要是高速钢 (W8Cr4V,W-9Cr4V2)和中碳钢的对焊,刀具对焊有如下特点: 1) 高速钢与中碳钢的导热性与电阻率差别大。 在常温下, 中碳钢 λ=0.42W/ (cm℃),ρ0=18-22uΩcm;高速钢 λ=0.23W/(cm℃),ρ0=48Ωcm.为了使 接合面两侧的温度分布基本一致,高速钢的伸出长度应比中碳钢小 30-50%。一 般情况下高速钢的伸出长度为(0.5-1.0)d。为了防止散热过快,伸出长度不小 10mm。 2)高速钢淬火倾向大,焊后硬度将大大提高,并可能产生淬火裂纹。为了 防止裂纹,可采用预热闪光对焊。预热时,将接口附* 5-10mm 范围内的金属加 热到 1100-1200℃。焊后在 600-700℃的电炉中保温 30min 进行退火。 3)高速钢加热到高温时,会产生晶粒长大或在半熔化晶界上形成莱氏体共晶 物,使接头变脆。莱氏体共晶物不能通过热处理消除。因此需要用充分的顶锻来 消除这种组织,刀具对焊的工艺参数可参考下表: 刀具对焊的焊接条件 伸出长度 (mm) 碳钢 预 热 闪光 留量(mm) 顶锻 有电 无电 总流 量 碳 工具 钢 钢留 留 量 量

直径 次级电 面积 (mm2) (mm) 压(V) 工 具 钢

—13—

8-10 11-15 16-20 21-22 23-24 25-30 31-32 33-35 36-40 41-46 47-50 51-55 55-30

50-80 80-180 200-315 250-380 415-450 490-700 750-805 855-960 1000-1260 1320-1660 1730-1965 2000-2375 -

3.8-4 3.8-4 4-4.3 4-4.3 4-4.3 4.3-4.5 4.5-4.8 4.8-5.1 5.1-5.5 5.5-6.0 6.0-6.5 6.5-6.8 7.0-8.0

10 12 15 15 18 18 20 20 20 20 22 25 25

15 20 20 20 27 27 30 30 30 30 33 40 40

1 1.5 1.5 1.5 2 2 2 2 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5

2 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3 4

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 1.5

1.5 1.5 1.5 1.5 2 2 2 2 2 2.5 2.5 3.5 4

5 6 6 6 7 7 7 7 8 9 9 10 12

3 3.5 3.5 3.5 4 4 4 4 5 5.5 5.5 6 7

2 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3 3 3.5 3.5 3.5 5

闪光对焊的新技术 1)程控降低电压闪光对焊 这种焊接方法的特点是,闪光开始阶段采用较 高的次级空载电压,以利于激起闪光,当端面温度升高后,再采用低电压闪光, 并保持闪光速度不变,以提高热效率。接*顶锻时,再提高次级电压,使闪光强 烈,以增加自保护作用。 程控降低电压闪光对焊与预热闪光对焊相比较,具有焊接时间短、需用功率 低、加热均匀等优点。 2)脉冲闪光对焊 这种焊法的特点是,在动夹钳送进的行程中,通过液压 振动装置,再叠加一个往复振动行程,振幅为 0.25-1.2mm,频率为 3-35Hz 均匀 可调。由于振动使焊件端面交替的短路和拉开,从而产生脉冲闪光。 脉冲闪光对焊与普通闪光对焊相比较,由于没有过梁的自发爆破,喷溅的微 粒小、火口浅,因而热效率可提高一倍多,顶锻留量可缩小到 2/3-1/2。 以上两种方法主要是为了满足大断面工件闪光对焊的需要。 3)矩形波闪光对焊 这种焊法与工频交流正弦波闪光对焊相比较,能显著 提高闪光的稳定性。因为正弦波电源当电压接*零位时,将使闪光瞬间中断,而 矩形波可在全周期内均匀产生闪光。与电压相位无关。 矩形波电源单位时间内的闪光次数比工频交流提高 30%, 喷溅的金属微粒细, 火口浅、热效率高。矩形波频率可在 30-180Hz 范围内调节。这种方法多用于薄 板和铝合金轮圈的连续闪光对焊。

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