压力焊与钎焊 复习重点总结
2012武汉理工大学
绪论
压力焊:焊接过程中,必须对焊件施加压力,加热或不加热,以完成焊接的方法。
焊接过程的本质:就是通过适当的物理化学过程,使两个分离表面的金属原子接近到晶格距离,形成金属键,从而使两金属连为一体,达到焊接的目的。与材料的种类,所处温度,焊接环境和介质有关。 在少数压力焊过程中,焊接区金属熔化并同时被施加压力:加热——熔化——冶金反应——凝固——固态相变——形成接头。多数压力焊过程中,焊接区金属仍处于固相状态,依赖于在压力作用下产生的塑性变形,再结晶和扩散等作用形成接头。
压力焊的分类电阻焊(点焊,缝焊,对焊,对接缝焊) ,摩擦焊,旋弧焊,扩散焊(在焊接过程中母材一般不发生熔化和宏观塑性变形),超声波焊(仅用于薄件),爆炸焊,磁力脉冲焊,冷压焊,气压焊,冰压焊。 第一篇 电阻焊
电阻焊:焊件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。
电阻焊过程的物理本质:利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变形能量,使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离,形成金属键,在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点,焊缝或对接接头。因此,适当的热—机械作用是获得电阻焊优质接头的基本条件。
分类:低频焊(3~10Hz), 工频焊(50Hz 或60Hz ),高频焊(2.5~450kHz);点焊,缝焊,对焊,对接缝焊。 优点:具有接头质量高,辅助工序少,无须填加焊接材料及文明生产等优点,尤其易于机械化,自动化生产的高效率,经济效益显著。缺点:电阻焊接头质量的无损检验较为困难,电阻焊设备复杂,维修困难和一次性投资较高。
发展方向:1向节能方向发展。 2采用计算机技术控制电阻焊过程。 3机械手在电阻焊方面的应用。 4. 采用联合工艺。
第一章 电阻焊的加热
电阻热的热源是电阻热。电流通过导体,导体析热,温度升高,电能转换成热能,称为电流热效应。电阻焊时,当焊接电流通过两电极间的金属区域——焊接区时,由于焊接区具有电阻,会析热,并在焊件内部形成热源——内部热源。
电阻热的特点:电阻焊热源产生于焊件内部,与熔化焊时的外部热源相比,对焊接区的加热更为迅速,集中;内部热源使整个焊接区发热,为获得合理的温度分布,散热作用在电阻焊的加热中具有重要意义;电阻焊的加热过程与金属材料的热物理性质关系密切。综上所述,电阻焊的热源是电阻热,产生电阻热的内在因素是焊接区具有一定的电阻,产生电阻热的外部条件是电阻焊时焊接区要通以强大的焊接电流,由于该热源产生于焊件内部,具有内部热源的特点。
点焊的电阻: 1接触电阻R0+2Rew:接触电阻是一种附加电阻,通常指的是在点焊电极压力下所测定的接触面处的电阻值。原因:当焊接电流通过接触面时,接触点附近及不良导体膜部位的电流线发生弯曲变长,并向接触点密集而使实际导电截面减小。 影响因素:(1)表面状态:粗糙度及焊前存放时间;(2)电极压力:电极压力增大,弹性塑性变形增加,使接触电阻减小。当压力由增大变为重新减小时,由于塑性变形使接触点数目和接触面积不可能再恢复原状,此时的接触电阻将低于原压力作用下的数值而呈“滞后”;
(3)加热温度:温度升高,变形阻力下降,塑性变形增大,接触电阻降低。
2焊件内部电阻2Rw :焊件内部电阻是焊件区金属材料本身所具有的电阻。原因:边缘效应。
边缘效应:电流通过板件时,其电流线在板件中间部分将向边缘扩展,使电流场呈鼓形的现象。3总电阻
第二章 点焊
点焊 焊件装配成搭接接头,并压紧在两电极之间,利用电阻热熔化母材金属,形成焊点的电阻焊方法。 特点:1熔核均匀,对称。 2大电流,短时间,压力状态下焊接。 3热—机械联合作用。 质量:强度取决于熔核尺寸,熔核本身,热影响区的金属显微组织及缺陷情况。
点焊过程:在热与机械作用下形成焊点的过程。焊接循环:电阻焊中,完成一个焊点所包括的全部程序。 简单电阻点焊焊接循环分析接头形成过程:
1预压阶段:Fw>0,I=0.作用是在电极压力的作用下清除一部分接触表面的不平和氧化膜,形成物理接触点,为以后焊接电流的顺利通过及表面原子的键合作好准备。
2通电加热阶段:Fw>0.I>0.作用是在热与机械作用下形成塑性环,熔核,并随着通电加热的进行而长大,直到获得需要的熔核尺寸。
3冷却结晶阶段:Fw>0,I=0.作用是使液态熔核在压力作用下冷却结晶。
熔核凝固组织有三种:柱状组织(镍,钼,碳钢,合金钢,钛合金等),等轴组织(罕见),“柱状+等轴”组织(铝合金)。
点焊规范参数点焊的焊接规范参数的选择主要取决于金属材料的性质、板厚、及所用设备的特点,工频交流点焊在点焊中应用最广1焊接电流(AB 段,BC 段,C 点以后看课本38页)2焊接时间:电阻焊时的每一个焊接循环中,自焊接电流接通到停止的持续时间,称焊接通电时间。3电极压力:电极压力过大或过小都会使焊点承载能力降低和分散性变大,尤其对拉伸载荷影响更甚。当电极压力过小时,由于焊接区金属的塑性变形范围及变形程度不足,造成因电流密度过大而引起加热速度大于塑性环扩展速度,从而产生严重喷溅。电极压力大将使焊接区接触面积增大,总电阻和电流密度均减小,焊接区散热增加,因此熔核尺寸下降,严重时会出现未焊透缺陷。4电极头端面尺寸:电极头端面尺寸增大时,由于接触面积增大,电流密度减小,散热效果增强,均使焊接区加热程度减弱,因而熔核尺寸减小,使焊点承载能力降低。 规范参数选择 1焊接电流和焊接时间的适当配合。采用大焊接电流,小焊接时间参数时称硬规范;而采用小焊接电流,适当长焊接时间参数时称软规范。软规范特点:加热平稳,焊接质量对规范参数波动的敏感性低,焊点强度稳定;温度场分布平缓,塑性区宽,在压力作用下易变形,可减少熔核内喷溅,缩孔和裂纹倾向;对有淬硬倾向的材料,软规范可减小接头冷裂纹倾向;所用设备装机容量小,控制精度不高,因而较便宜。但是,软规范易造成焊点压痕深,接头变形大,表面质量差;电极磨损快,生产效率低,能量损耗较大。硬规范:与软规范相左。硬规范适用于铝合金,奥氏体不锈钢,低碳钢及不等厚度板材的焊接,而软规范较适用于低合金钢,可淬硬钢,耐热合金及钛合金等。2焊接电流和电极压力的适当配合。(自己看吧)
分流 电阻焊时从焊接区以外流过的电流。
影响因素:1焊点距的影响:连续点焊时,点距愈小,板材愈厚,分流愈大2焊接顺序的影响:已焊点分布在两侧,由于向二侧分流比仅在一侧时分流要大3焊件表面状态的影响:表面清理不良时,油污和氧化膜等使接触电阻增大,因而导致焊接区总电阻增大,分路电阻却相对减小,结果使分流增大。4电极 与工件的非焊接区相接触引起分流,后果很严重5焊件装配不良或装配过紧6单面点焊工艺特点的影响 分流的不良影响1使焊点强度降低2单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅
消除分流措施:1选择合理的焊点距2严格清理被焊工件表面3注意结构设计的合理性4对开敞性差的焊件,应采用专用电极和电极握杆,在电极或工件易于相碰的部件临时敷以绝缘布或套管。5连续点焊时,可适当提高焊接电流6单面多点焊时,采用高幅焊接电流波形。
偏移:通常条件下,不同厚度和不同材料点焊时,熔核不以贴合面为对称,而向或导热、导电性差的焊件偏移,使得其在薄件或导电、导热性好的焊透率小于规定值。
不同厚度点焊时,厚件电阻大析热多,其析热中心由于远离电极而散热缓慢。薄件情况正好相反,这就造成焊接温度场向厚板偏移。
移产生的原因:熔核偏移的根本原因是焊接区在加热过程中两焊件析热和散热均不相等所致。
克服熔核偏移措施:1采用硬规范2采用不同电极(1)采用不同直径的电极(薄件用小直径,厚件用大直径,但厚度比比较大的不锈钢,耐热钢相反)(2)采用不同材料的电极(3)使用特殊电极3在薄件上附加工艺垫片4焊前在薄件或厚件上预先加工出凸点或凸缘。
单面点焊:在点焊中,焊接电流系从焊件的一面导入,并在同一面导向焊接变压器构成一个回路,以进行焊接。
形式 1单面单点焊2单面双点焊(1)单面双点悬空焊(2)附加导电垫板的单面双点焊(3)安装辅助电极的单面双点焊3单面多点焊,高效率,节能,三相电网负载均匀及焊件变形小。
微型件:指几何尺寸较小的仪表零件,真空电子器件和半导体器件等制造中经常遇到的箔材,丝材或其制品。加热过程中,析热少而散热强烈是其主要特点。
连接形式:熔化连接和固相连接
微型件点焊采用三种基本形式:双面点焊,单面点焊和平行间隙焊
焊接性:用来相对衡量金属材料在一定焊接工艺条件下,实现优质接头的难易程度的尺度。
判断焊接性主要标志:1材料的导电性和导热性(电阻率小而导热率大的金属材料其焊接性差)2材料的高温塑性及塑性温度范围3材料对热循环的敏感性4熔点高,线胀系数大,硬度高等的金属材料焊接性一般也较差
低碳钢(Ceq
可淬硬钢(Ceq>0.3%)焊接性差,因为含碳量增加及合金元素的加入,提高了碳当量,使奥氏体稳定性增加,而点焊加热时,高温停留时间短,冷速大,奥氏体内成分不均匀,当低温转变时,将在熔核及其周围热影响区中出现硬脆的马氏体组织,使接头塑性急剧降低呈脆性破坏。
技术要点1焊前状态为退火态,且厚度小于3mm 的可淬硬钢,允许采用单脉冲软规范进行点焊2焊前状态为退火态的母材,推荐采用缓冲双脉冲规范进行点焊3焊前状态为调质态的母材,可采用焊后随机回火热处理双脉冲规范进行点焊4为防止缩松,裂纹等缺陷,最好采用带锻压力的压力曲线5可淬硬钢属于铁磁材料,当焊件尺寸大时与低碳钢一样应考虑分段调整规范参数
奥氏体不锈钢焊接性良好,电阻率高,热导率低,以及不存在淬硬倾向和不带磁性,无需要特殊工艺措施,采用普通工频交流点焊机,简单焊接循环即可获得满意的焊接质量
技术要点1用酸洗,砂布打磨或毡轮抛光,对铅锌或铝锌模用酸洗方法2采用硬规范,强烈的内部和外部水冷却3选用较高电极压力,避免产生喷溅和缩孔,裂纹等缺陷
耐热合金焊接技术要点1表面清理,最好是酸洗处理2采用软规范,大电极压力,有助减小喷溅,保证必须的塑性变形,避免疏松,缩孔裂纹等3加强冷却和尽量避免重复加热焊接区
铝合金技术要点1表面清理,化学清洗,规定焊前存放时间,保证有较小的稳定的接触电阻值2电极3采用硬规范4铝合金点焊循环特点,焊接电流应具有缓升缓降的特性5波形选择,薄板用工频交流焊机,厚板用直流冲击波,三相低频和次级整流焊机点焊
钛合金焊接技术要点1表面清理,仔细的化学清洗2电极,选用热硬性良好的合金的机制球面形电极3采用硬规范并配以较低电极压力4对a 钛及钛合金可采用退火处理,对a+b钛金可采用电极间回火热处理脉冲点焊工艺5钛材点焊变形较大且不易矫正,因此要注意焊序的合理性。
镀锌钢板的合适点焊规范范围窄,接头强度波动大,焊接性较差。技术要点1一般选用CrZrCu 合金电极,镶钨复合电极2在结构允许条件下改用凸焊是一行之有效和措施。
凸焊:在一焊件的贴合面上预先加工出一个或多个突起点,使其与另一焊件表面相接触并通电加热,然后压塌,使这些接触点形成焊点的电阻焊方法
基本类型:单点凸焊和多点凸焊,环焊,T 形焊,滚凸焊,线材交叉焊
三个阶段:预压阶段,通电加热阶段,冷却结晶阶段
结合特点:根据凸焊方法的不同,凸焊接头可为熔化连接或固相连接,其中,单点凸焊,多点凸焊和线材
交叉焊多为熔化连接;环焊,T 形焊和滚凸焊等多为固相连接。
第三章 缝焊
缝焊:焊件装配成搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间,滚轮加压焊件并转动,连续或断续送电,形成一条连续焊缝的电阻焊方法。
不同厚度和材料工件缝焊时,熔核偏移方向和纠正熔核偏移的方法类似于点焊,可采用不同的滚轮直径和宽度,不同的滚轮材料以及滚轮与板件间加垫。
缝焊接头形成过程:缝焊时,每一焊点同样要经过预压、通电加热和冷却结晶三个阶段。(1)在滚压电极直接压紧下,正被通电加热的金属系处于“通电加热阶段”(2)在即将进入滚轮电极下面的临近金属,受到一定的预热和滚轮电极部分压力作用系处于“预压阶段”(3)刚从滚轮电极下面出来的临近金属,一方面开始冷却,同时尚受到滚轮电极部分压力作用,系处于“冷却结晶阶段”。由于该过程是动态的,预热和结晶冷却结晶阶段压力作用不够充分,因此,缝焊接头质量一般比点焊时差,易出现裂纹、缩孔等缺陷。 分类 1连续缝焊:滚轮电极连续旋转,焊件等速移动,焊接电流连续通过,每半个周波形成一个焊点。 2断续缝焊:滚轮电极连续旋转,焊件等速移动,焊接电流断续通过,每“通—断”一次,形成一个焊点。 3步进缝焊:滚轮电极断续旋转,焊件相应断续移动,焊接电流在电极与焊件皆为静止时通过,焊点形成后滚轮电极重新旋转,传动焊件前移一定距离,每“通—移”一次形成一个焊点
缝焊过程特点1加热特点(1)断续缝焊时的电流场(2)缝焊时的温度场2缝焊接头形成过程特点,预压,通电加热和冷却结晶。
规范参数: 1焊接电流,考虑缝焊时的分流,焊接电流I 应该比点焊时增加15~40%,具体数值视材料的导电性,厚度和重叠量而定。 2电流脉冲时间t 和脉冲间隔时间t0。缝焊时,可通过电流脉冲时间t 来控制熔核尺寸,调整脉冲间隔时间t0来控制熔核的重叠量,因此,二者应有适当的配合。 3电极压力Fw (电极压力过高会使压痕过深,同时会加速滚轮变形和损耗;而电极压力不足则易产生缩孔,引起飞溅,并会因接触电阻过大使滚轮烧损,缩短其使用寿命). 考虑缝焊时压力作用不充分,电极压力Fw 应比点焊时增加20~50%,具体数值视材料的高温塑性而定。 4焊接速度v 。低碳钢缝焊时,随着焊接速度v 的增大接头强度降低,当所用焊接电流较小时,下降的趋势更严重。 5滚轮电极端面尺寸H 或R 。为提高滚轮电极散热效果,减小电极粘损倾向,在焊件结构尺寸允许条件下,滚轮电极直径应尽可能大。
第四章 对焊
对焊:把两工件端部相对放置,利用焊接电流加热,然后加压完成焊接的电阻焊方法
电阻对焊:将焊件装配成对接接头,使其端面紧密接触,利用电阻热加热至塑性状态,然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法
电阻对焊焊接循环由预压,加热,顶锻,保持,休止等程序组成。 1,预压阶段。与点焊基本相同。 2,加热阶段,热—机械作用。(1)通电加热开始时,首先是一些接触点被迅速加热,温度升高,压溃而使接触表面紧密贴合进入物理接触。(2)随着通电加热的进行,对口温度急剧升高,在某一时刻将有:沿对口端面温度分布均匀;沿焊件长度形成一合适的温度场。(3)随着通电加热的进行,在压力作用下焊件发生塑性变形,动夹具位移量增大,由于温度场的分布特点,该塑性变形主要集中在对口及其邻近区域。(4)若在空气中加热,金属将被强烈氧化,对口中易生成氧化夹杂,若在真空以及惰性气体和还原性气体中加热,能够避免或减小金属的氧化。 3,顶锻阶段。其一顶锻力等于焊接压力,大于焊接压力(好,主要用于合金钢,有色金属及其合金的电阻对焊)
电阻对焊接头形成实质:在同种金属或结晶化学与热物理性质相近的异种金属电阻对焊时,对口及其邻近区域温度分布和塑性变形特点使其产生再结晶。由于对口加热温度通常高达0.8~0.9Tm,再结晶不仅速度快而且已进入聚合再结晶,即新产生的再结晶晶粒互相吞并长大使晶界转移完善,形成由两焊件金属所组成的共同晶粒,接触界面消失,实现了牢固的焊接。
优质接头的基本条件: 1沿焊件长度获得合适的温度分布,沿对口端面要加热均匀,对焊件端面进行严
格的焊前准备是保证加热均匀的根本条件。 2对口及其邻近区域必须产生足够的塑性变形。 3焊缝中不应有氧化夹杂。
参数选择:调伸长度,焊接电流密度,焊接时间,焊接压力和顶锻压力。 1调伸长度。(焊件从静夹具或活动夹具伸出的长度。调伸长度的作用是为了保证必要的留量和调节加热时的温度场。)过大使温度场平缓,因为其电阻增大,析热增加,散热减小,加热区变宽,导致排除氧化夹杂困难,耗能增加和易产生错位,旁弯等形位缺陷;过小使向夹钳电极散热增加,温度场变陡,塑性变形困难,需增大焊接压力和顶锻压力。 2焊接电流密度和焊接时间。当采用大电流密度,短焊接时间时,可提高焊接生产率,但要使用较大功率的焊机,当采用过长的焊接时间时,由于焊缝晶粒粗大和氧化程度增加,使接头质量降低。 3焊接压力和顶锻压力。
闪光对焊(固相连接)(用于重要工件的焊接,可焊同种金属,也可焊异种金属,工件直径0.01mm~200mm):焊件装配成对接接头,接通电源,并使其端面逐渐移近达到局部接触,利用电阻热加热这些接触点,使端面金属熔化,直至端部在一定深度范围内达到预定温度时,迅速施加顶锻力完成焊接的方法,包括连续闪光焊(主要用于断面100cm )和预热闪光焊(主要用于断面500~1000cm)。。
焊接循环。闪光,顶锻,保持休止。
一闪光阶段。闪光是闪光对焊时,从焊件对口间飞散出闪亮的金属微滴现象。
闪光对焊实质:接通电源并使两焊件端面轻微接触,对口间将形成许多具有很大电阻的小触点,在很大电流密度的加热下,瞬间熔化而形成连接对口两端面的液体过梁。在液体金属表面张力,径向电磁压缩效应力,电磁引力,电磁斥力共同作用下,过梁内部同它的表面之间形成巨大的压力差和温度差。
闪光作用:加热焊件,烧掉焊件端面上的脏物和不平,爆破生气的蒸气及气体减少空气对口间隙的侵入,降低了对口间隙中气体介质的氧化能力,形成液体金属层
优质接头条件: 1对口处金属尽量不被氧化。 2在对口及其附近区域获得一合适的温度分布
二.顶锻阶段。顶锻是闪光对焊后期,对焊件施加顶锻力,使烧化端面紧密接触,并使其实现优质结合所必须的操作。
顶锻作用: 1封闭对口间隙。 2排除端面液体金属层。 3排除过热金属及氧化夹杂。 4使对口和邻近区域获得适当的塑性变形。
获得优质接头的条件:对口及其邻近区域获得足够而又适当的塑性变形。
三.预热阶段。预热是在焊机上,通过预热而将焊件端面温度提高到一合适值后,再进行闪光和顶锻过程。 电阻预热:多次将二焊件端面紧密接触,分开,接触时施加较小的挤压力并通以预热电流
闪光预热:接通电源后,多次将二焊件端面轻微接触,分开,在每次接触过程中都要激起短暂的闪光。 预热作用: 1减少需用功率。 2加热区域较宽,使顶锻时易于产生塑性变形,并能降低焊后的冷却速度3缩短闪光加热时间,减小闪光量
闪光对焊接头形成特点:1闪光结束时在端面上已形成液体金属层,顶锻时,端面金属首先在液相下连合成一体。 2对口处加热温度高,范围窄,因此顶锻时塑性变形集中,变形度相对增加,可产生足够高的局部位错差值,促进接头形成中的再结晶发生
闪光对焊参数1调伸长度。2闪光留量。3闪光速度。4闪光电流密度。5顶锻留量。6顶锻速度。7顶锻压力。8夹紧力。9预热温度。10预热时间。
新技术:1程控降低电压闪光对焊。 2脉冲闪光对焊。 3矩形波电源闪光对焊
判断对焊焊接性主要标志1材料的导电性和导热性。 2材料的高温强度。 3材料对热循环的敏感性。 4结晶温度区间。 5生成氧化物的性质
常用金属材料对焊特点:1低碳钢对焊。低碳钢对焊焊接性良好,因为其氧化物熔点低,结晶温度区间窄,不易淬火,高温强度低和塑性温度区间宽,电阻率较高等原因2可淬硬钢对焊。可淬硬钢对焊焊接性较差,共同特点是接头中易产生淬火组织,裂纹等缺陷3奥氏体钢对焊。奥氏体钢对焊焊接性一般,主要问题是因含有大量易氧化合金元素及形成难熔氧化物而使接头塑性下降4铝及其合金对焊。铝及其合金由于导电导热性好,易氧化和氧化物熔点高等特点,对焊焊接性较差。5钛及其合金对焊。淬火和吸收气体使接头
塑性降低6铜及铜合金对焊。比铝合金差,要比铝合金具有更强烈的闪光,更大的顶锻速度和顶锻压力。 对接缝焊:电阻缝焊时焊件采用对接形式,包括低频对接缝焊和高频对接缝焊。
一.低频 低频对接缝焊的特点是焊接电流连续通过焊接区,与连续缝焊原理相似每半个周波形成一个焊
点,焊接速度不能太快
二.高频 高频对接缝焊是利用高频电流的趋表效应和邻近效应,使金属薄层加热,同时加压力而进行连接
的方法。
分类:高频接触焊,高频感应焊,高频对接缝焊加热特点
钎焊
为使钎焊过程得以顺利进行,要根据膜的基本性质,采用还原性酸(如HCl 、HF 、稀硫酸、有机酸)、氧化性酸(如HNO3)或碱(如NaOH 、KOH )等来去除。
杨氏方程:cos θ=(σsg -σsl )/σlg 设固-气、液-气和固-液三相界面的比表面自由能分别为σsg、σlg和σslθ称为润湿角,衡量润湿程度的大小。0度铺展,0-90度能润湿,90-180度不润湿。180度完全不润湿。钎料填缝:当把钎料放在钎缝间隙附近, 钎料熔化后有自动填
h =2(σsg -σsl )
充间隙的能力。当σsg大于σsl时(此时θ<90°), ρga 有h >0, 即液态钎料可以填缝, 并且随着接触角θ减小, 爬升高度h 值增大。此外, 由于h ∝1/a,即间隙越小, 毛细作用越强, 钎料填缝能力也就越强; 而当σsg小于σsl时(此时θ>90°), 有h <0, 即液态钎料不能填缝。U =dy
dt =a σl cos θ
4ηy 由上式可以看出, 当毛细间隙a 较小, 在爬升初期, 上升速度与毛细间隙
成正比。间隙越大, 初期上升速度越大。
钎缝不致密性缺陷:指钎缝中的夹气、夹渣、夹气夹渣、气孔和未钎透等。
钎缝中不致密性缺陷产生的原因:在通常的平行间隙的情况下,液态钎料和钎剂并不是均匀一致,整齐划一地流入间隙的,而是以不同的速度和不规则的路线流入间隙的,这是产生不致密性缺陷的根本原因。 影响钎料润湿性的因素:1金属表面氧化物, 所以在钎焊过程中必须采取适当的措施来去除母材和钎料表面的氧化膜, 以改善钎料对母材的润湿。2钎剂的影响, 用钎剂去除了母材和钎料表面的氧化膜后, 液态钎料就可以和母材金属直接接触, 从而改善润湿。3温度, 在温度变化范围不大时, 表面张力随温度的升高而呈性下降。4母材表面粗糙度, 表面粗糙化后较易为液体所润湿,因而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。5母材表面能的不均匀性.6表面活性物质的影响, 某成分能降低界面张力,则该成分一定会被吸附到界面上来,从而使该成分的表相浓度大于体相浓度,即为“正吸附” 。
钎焊工艺性能的测定:1润湿仪法2接触角测量法, 以θ角的大小作为指标来评定钎料润湿性的优劣, 较小的θ值表示钎料润湿性能良好。工程上一般希望θ<20°。3铺展系数与润湿指数4填缝长度的测定5复合板流动系数的测定6润湿时间的测定(焊球法)7一端浸渍法。
钎料的基本要求:有合适的熔点, 良好的润湿性, 与母材之间较好的作用, 稳定均匀的化学成分, 特殊的性能, 经济性.
钎料的分类:以熔点分类,低于450℃称为易熔钎料或软钎料;高于称为难熔硬钎料。按主要元素分类,Sn 基、Pb 基、Ag 基、Ni 基钎料等。
钎料的选择:经济角度,使用要求:强度不同选择软或硬钎料,低温接头要低Sn 多防冷脆元素。高温接头要求高温强度好且防止氧化的钎料,电气零件,腐蚀问题真空器件。与母材匹配:AgCu 钎焊Cu 、Ni 、不锈钢,金属间化合物,晶间渗入(BNi —1钎焊不锈钢和高温合金)及过渡溶解(薄壁结构). 钎料加热:不宜过高(晶粒长大、强化材料),线膨胀系数的匹配(焊接残余应力)。在钎焊过程中,去除母材表面存
在的氧化膜是保证液态钎料良好润湿母材并顺利完成钎焊连接的基本前提. 表面膜:氧化膜, 碱式碳酸盐, 氢氧化物. 氧化膜的去除通常可以分两个阶段来考虑,首先是钎前去膜,其次是钎焊时去膜。钎前去膜是指在钎焊进行之前要采用一定的方式去除母材表面的氧化膜及油污,最常用的方法是化学清洗. 氧化膜的去除机制:物理方式, 化学方式(使氧化膜溶解, 使氧化膜与基体金属的结合被削弱而剥落)
常用软钎剂分类: 1无机软钎剂:无机盐类软钎剂,无机酸类软钎剂。 2有机软钎剂:树脂基软钎剂(以松香为主体)非树脂基软钎剂。 3其他:免清洗钎剂,水溶性钎剂,醇溶性钎剂。
钎焊方法的分类: 1,按钎料的熔点:软钎焊(低于450℃),硬钎焊(高于450℃)。 2,按钎焊温度:高温钎焊, 中温钎焊, 低温钎焊。 3.按照热源的种类和加热方法:火焰钎焊, 炉中钎焊, 感应钎焊, 电阻钎焊等。
4. 按照去除母材表面氧化膜的方式:钎剂钎焊, 无钎剂钎焊, 真空钎焊等。 5.按照接头形式特点:毛细钎焊, 非毛细钎焊. 液态钎料依靠毛细作用填缝的情况称为毛细钎焊, 反之称为非毛细钎焊:接触反应钎焊和扩散钎焊。 6.按照被连接的母材或钎料的不同:铝钎焊, 不锈钢钎焊, 钛合金钎焊, 高温合金钎焊等. 火焰钎焊:完成钎焊熔化和流动所需要的热量是靠燃气火焰来实现的。这种方法主要靠一个或多个火焰加热工件, 依靠火焰、工件或两者同时的运动, 实现对工件的适当加热, 实现钎焊连接.
火焰钎焊的特点1)不需要保护气体, 通常需要使用钎剂。投资低, 并且操作技术容易掌握。3)是一种方便、灵活的工艺方法, 可实现自动化操作。4)钎料选择范围广。
火焰钎焊的优点:可以加工任何数量的接头, 设备轻便, 资本投入少,可用于其他目的,火焰钎焊在组装工艺中最实用,只要能获得合适的钎焊材料就能被火焰钎焊,接头位置不固定或不能使用位置固定。 感应钎焊:依靠感应线圈或感应器使接头内部产生感应电能实现加热, 实现钎焊连接。
感应钎焊的优点:(1)选择感应电流作为热源, 可以减少构件的性能变化(2)精确的加热控制, 精确稳定的工艺循环,合金损耗最小。(3)加热速度快(4)感应器和控制箱可以采用柔性连接。(5)可减少和简化夹持装置. 炉中钎焊:将装配好钎料的焊件放入电炉中加热至钎焊温度完成钎焊。
烙铁钎焊:焊接通常以电烙铁做为加热的工具,铁电烙是以电能转化为热能工作的。
电阻钎焊:分为直接加热式与间接加热式钎焊。直接加热式:电极压紧两个零件的钎焊处电流通过钎焊面形成回路,靠通电中钎焊面产生的电阻热加热到钎焊温度实现钎焊。间接加热式:电流只通过一个零件或根本不通过焊件,前者钎料熔化和另一零件的加热是依靠通电加热的零件向它热传导来实现;后者是电流通过并加热一个较大的石墨板或耐热金属板,焊件放置在此板上,全依靠热传导来实现,对焊件仍需压紧。 扩散钎焊:加保温扩散时间,使焊缝与母材充分均匀化,从而获得与母材性能相同的接头。
浸沾钎焊:分为盐浴浸渍钎焊和熔化钎料中浸渍钎焊。盐浴浸渍钎焊,焊件加热和保护靠盐浴来实现。熔化钎料中浸渍钎焊,将经过表面清洗,并装配好的钎焊进行钎剂处理,再放入熔化钎料中,钎料把钎焊处加热到钎焊温度实现钎焊。
其他钎焊:红外线钎焊,氙弧灯光束钎焊,激光钎焊,气相钎焊,脉冲加热钎焊。
压力焊与钎焊 复习重点总结
2012武汉理工大学
绪论
压力焊:焊接过程中,必须对焊件施加压力,加热或不加热,以完成焊接的方法。
焊接过程的本质:就是通过适当的物理化学过程,使两个分离表面的金属原子接近到晶格距离,形成金属键,从而使两金属连为一体,达到焊接的目的。与材料的种类,所处温度,焊接环境和介质有关。 在少数压力焊过程中,焊接区金属熔化并同时被施加压力:加热——熔化——冶金反应——凝固——固态相变——形成接头。多数压力焊过程中,焊接区金属仍处于固相状态,依赖于在压力作用下产生的塑性变形,再结晶和扩散等作用形成接头。
压力焊的分类电阻焊(点焊,缝焊,对焊,对接缝焊) ,摩擦焊,旋弧焊,扩散焊(在焊接过程中母材一般不发生熔化和宏观塑性变形),超声波焊(仅用于薄件),爆炸焊,磁力脉冲焊,冷压焊,气压焊,冰压焊。 第一篇 电阻焊
电阻焊:焊件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。
电阻焊过程的物理本质:利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变形能量,使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离,形成金属键,在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点,焊缝或对接接头。因此,适当的热—机械作用是获得电阻焊优质接头的基本条件。
分类:低频焊(3~10Hz), 工频焊(50Hz 或60Hz ),高频焊(2.5~450kHz);点焊,缝焊,对焊,对接缝焊。 优点:具有接头质量高,辅助工序少,无须填加焊接材料及文明生产等优点,尤其易于机械化,自动化生产的高效率,经济效益显著。缺点:电阻焊接头质量的无损检验较为困难,电阻焊设备复杂,维修困难和一次性投资较高。
发展方向:1向节能方向发展。 2采用计算机技术控制电阻焊过程。 3机械手在电阻焊方面的应用。 4. 采用联合工艺。
第一章 电阻焊的加热
电阻热的热源是电阻热。电流通过导体,导体析热,温度升高,电能转换成热能,称为电流热效应。电阻焊时,当焊接电流通过两电极间的金属区域——焊接区时,由于焊接区具有电阻,会析热,并在焊件内部形成热源——内部热源。
电阻热的特点:电阻焊热源产生于焊件内部,与熔化焊时的外部热源相比,对焊接区的加热更为迅速,集中;内部热源使整个焊接区发热,为获得合理的温度分布,散热作用在电阻焊的加热中具有重要意义;电阻焊的加热过程与金属材料的热物理性质关系密切。综上所述,电阻焊的热源是电阻热,产生电阻热的内在因素是焊接区具有一定的电阻,产生电阻热的外部条件是电阻焊时焊接区要通以强大的焊接电流,由于该热源产生于焊件内部,具有内部热源的特点。
点焊的电阻: 1接触电阻R0+2Rew:接触电阻是一种附加电阻,通常指的是在点焊电极压力下所测定的接触面处的电阻值。原因:当焊接电流通过接触面时,接触点附近及不良导体膜部位的电流线发生弯曲变长,并向接触点密集而使实际导电截面减小。 影响因素:(1)表面状态:粗糙度及焊前存放时间;(2)电极压力:电极压力增大,弹性塑性变形增加,使接触电阻减小。当压力由增大变为重新减小时,由于塑性变形使接触点数目和接触面积不可能再恢复原状,此时的接触电阻将低于原压力作用下的数值而呈“滞后”;
(3)加热温度:温度升高,变形阻力下降,塑性变形增大,接触电阻降低。
2焊件内部电阻2Rw :焊件内部电阻是焊件区金属材料本身所具有的电阻。原因:边缘效应。
边缘效应:电流通过板件时,其电流线在板件中间部分将向边缘扩展,使电流场呈鼓形的现象。3总电阻
第二章 点焊
点焊 焊件装配成搭接接头,并压紧在两电极之间,利用电阻热熔化母材金属,形成焊点的电阻焊方法。 特点:1熔核均匀,对称。 2大电流,短时间,压力状态下焊接。 3热—机械联合作用。 质量:强度取决于熔核尺寸,熔核本身,热影响区的金属显微组织及缺陷情况。
点焊过程:在热与机械作用下形成焊点的过程。焊接循环:电阻焊中,完成一个焊点所包括的全部程序。 简单电阻点焊焊接循环分析接头形成过程:
1预压阶段:Fw>0,I=0.作用是在电极压力的作用下清除一部分接触表面的不平和氧化膜,形成物理接触点,为以后焊接电流的顺利通过及表面原子的键合作好准备。
2通电加热阶段:Fw>0.I>0.作用是在热与机械作用下形成塑性环,熔核,并随着通电加热的进行而长大,直到获得需要的熔核尺寸。
3冷却结晶阶段:Fw>0,I=0.作用是使液态熔核在压力作用下冷却结晶。
熔核凝固组织有三种:柱状组织(镍,钼,碳钢,合金钢,钛合金等),等轴组织(罕见),“柱状+等轴”组织(铝合金)。
点焊规范参数点焊的焊接规范参数的选择主要取决于金属材料的性质、板厚、及所用设备的特点,工频交流点焊在点焊中应用最广1焊接电流(AB 段,BC 段,C 点以后看课本38页)2焊接时间:电阻焊时的每一个焊接循环中,自焊接电流接通到停止的持续时间,称焊接通电时间。3电极压力:电极压力过大或过小都会使焊点承载能力降低和分散性变大,尤其对拉伸载荷影响更甚。当电极压力过小时,由于焊接区金属的塑性变形范围及变形程度不足,造成因电流密度过大而引起加热速度大于塑性环扩展速度,从而产生严重喷溅。电极压力大将使焊接区接触面积增大,总电阻和电流密度均减小,焊接区散热增加,因此熔核尺寸下降,严重时会出现未焊透缺陷。4电极头端面尺寸:电极头端面尺寸增大时,由于接触面积增大,电流密度减小,散热效果增强,均使焊接区加热程度减弱,因而熔核尺寸减小,使焊点承载能力降低。 规范参数选择 1焊接电流和焊接时间的适当配合。采用大焊接电流,小焊接时间参数时称硬规范;而采用小焊接电流,适当长焊接时间参数时称软规范。软规范特点:加热平稳,焊接质量对规范参数波动的敏感性低,焊点强度稳定;温度场分布平缓,塑性区宽,在压力作用下易变形,可减少熔核内喷溅,缩孔和裂纹倾向;对有淬硬倾向的材料,软规范可减小接头冷裂纹倾向;所用设备装机容量小,控制精度不高,因而较便宜。但是,软规范易造成焊点压痕深,接头变形大,表面质量差;电极磨损快,生产效率低,能量损耗较大。硬规范:与软规范相左。硬规范适用于铝合金,奥氏体不锈钢,低碳钢及不等厚度板材的焊接,而软规范较适用于低合金钢,可淬硬钢,耐热合金及钛合金等。2焊接电流和电极压力的适当配合。(自己看吧)
分流 电阻焊时从焊接区以外流过的电流。
影响因素:1焊点距的影响:连续点焊时,点距愈小,板材愈厚,分流愈大2焊接顺序的影响:已焊点分布在两侧,由于向二侧分流比仅在一侧时分流要大3焊件表面状态的影响:表面清理不良时,油污和氧化膜等使接触电阻增大,因而导致焊接区总电阻增大,分路电阻却相对减小,结果使分流增大。4电极 与工件的非焊接区相接触引起分流,后果很严重5焊件装配不良或装配过紧6单面点焊工艺特点的影响 分流的不良影响1使焊点强度降低2单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅
消除分流措施:1选择合理的焊点距2严格清理被焊工件表面3注意结构设计的合理性4对开敞性差的焊件,应采用专用电极和电极握杆,在电极或工件易于相碰的部件临时敷以绝缘布或套管。5连续点焊时,可适当提高焊接电流6单面多点焊时,采用高幅焊接电流波形。
偏移:通常条件下,不同厚度和不同材料点焊时,熔核不以贴合面为对称,而向或导热、导电性差的焊件偏移,使得其在薄件或导电、导热性好的焊透率小于规定值。
不同厚度点焊时,厚件电阻大析热多,其析热中心由于远离电极而散热缓慢。薄件情况正好相反,这就造成焊接温度场向厚板偏移。
移产生的原因:熔核偏移的根本原因是焊接区在加热过程中两焊件析热和散热均不相等所致。
克服熔核偏移措施:1采用硬规范2采用不同电极(1)采用不同直径的电极(薄件用小直径,厚件用大直径,但厚度比比较大的不锈钢,耐热钢相反)(2)采用不同材料的电极(3)使用特殊电极3在薄件上附加工艺垫片4焊前在薄件或厚件上预先加工出凸点或凸缘。
单面点焊:在点焊中,焊接电流系从焊件的一面导入,并在同一面导向焊接变压器构成一个回路,以进行焊接。
形式 1单面单点焊2单面双点焊(1)单面双点悬空焊(2)附加导电垫板的单面双点焊(3)安装辅助电极的单面双点焊3单面多点焊,高效率,节能,三相电网负载均匀及焊件变形小。
微型件:指几何尺寸较小的仪表零件,真空电子器件和半导体器件等制造中经常遇到的箔材,丝材或其制品。加热过程中,析热少而散热强烈是其主要特点。
连接形式:熔化连接和固相连接
微型件点焊采用三种基本形式:双面点焊,单面点焊和平行间隙焊
焊接性:用来相对衡量金属材料在一定焊接工艺条件下,实现优质接头的难易程度的尺度。
判断焊接性主要标志:1材料的导电性和导热性(电阻率小而导热率大的金属材料其焊接性差)2材料的高温塑性及塑性温度范围3材料对热循环的敏感性4熔点高,线胀系数大,硬度高等的金属材料焊接性一般也较差
低碳钢(Ceq
可淬硬钢(Ceq>0.3%)焊接性差,因为含碳量增加及合金元素的加入,提高了碳当量,使奥氏体稳定性增加,而点焊加热时,高温停留时间短,冷速大,奥氏体内成分不均匀,当低温转变时,将在熔核及其周围热影响区中出现硬脆的马氏体组织,使接头塑性急剧降低呈脆性破坏。
技术要点1焊前状态为退火态,且厚度小于3mm 的可淬硬钢,允许采用单脉冲软规范进行点焊2焊前状态为退火态的母材,推荐采用缓冲双脉冲规范进行点焊3焊前状态为调质态的母材,可采用焊后随机回火热处理双脉冲规范进行点焊4为防止缩松,裂纹等缺陷,最好采用带锻压力的压力曲线5可淬硬钢属于铁磁材料,当焊件尺寸大时与低碳钢一样应考虑分段调整规范参数
奥氏体不锈钢焊接性良好,电阻率高,热导率低,以及不存在淬硬倾向和不带磁性,无需要特殊工艺措施,采用普通工频交流点焊机,简单焊接循环即可获得满意的焊接质量
技术要点1用酸洗,砂布打磨或毡轮抛光,对铅锌或铝锌模用酸洗方法2采用硬规范,强烈的内部和外部水冷却3选用较高电极压力,避免产生喷溅和缩孔,裂纹等缺陷
耐热合金焊接技术要点1表面清理,最好是酸洗处理2采用软规范,大电极压力,有助减小喷溅,保证必须的塑性变形,避免疏松,缩孔裂纹等3加强冷却和尽量避免重复加热焊接区
铝合金技术要点1表面清理,化学清洗,规定焊前存放时间,保证有较小的稳定的接触电阻值2电极3采用硬规范4铝合金点焊循环特点,焊接电流应具有缓升缓降的特性5波形选择,薄板用工频交流焊机,厚板用直流冲击波,三相低频和次级整流焊机点焊
钛合金焊接技术要点1表面清理,仔细的化学清洗2电极,选用热硬性良好的合金的机制球面形电极3采用硬规范并配以较低电极压力4对a 钛及钛合金可采用退火处理,对a+b钛金可采用电极间回火热处理脉冲点焊工艺5钛材点焊变形较大且不易矫正,因此要注意焊序的合理性。
镀锌钢板的合适点焊规范范围窄,接头强度波动大,焊接性较差。技术要点1一般选用CrZrCu 合金电极,镶钨复合电极2在结构允许条件下改用凸焊是一行之有效和措施。
凸焊:在一焊件的贴合面上预先加工出一个或多个突起点,使其与另一焊件表面相接触并通电加热,然后压塌,使这些接触点形成焊点的电阻焊方法
基本类型:单点凸焊和多点凸焊,环焊,T 形焊,滚凸焊,线材交叉焊
三个阶段:预压阶段,通电加热阶段,冷却结晶阶段
结合特点:根据凸焊方法的不同,凸焊接头可为熔化连接或固相连接,其中,单点凸焊,多点凸焊和线材
交叉焊多为熔化连接;环焊,T 形焊和滚凸焊等多为固相连接。
第三章 缝焊
缝焊:焊件装配成搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间,滚轮加压焊件并转动,连续或断续送电,形成一条连续焊缝的电阻焊方法。
不同厚度和材料工件缝焊时,熔核偏移方向和纠正熔核偏移的方法类似于点焊,可采用不同的滚轮直径和宽度,不同的滚轮材料以及滚轮与板件间加垫。
缝焊接头形成过程:缝焊时,每一焊点同样要经过预压、通电加热和冷却结晶三个阶段。(1)在滚压电极直接压紧下,正被通电加热的金属系处于“通电加热阶段”(2)在即将进入滚轮电极下面的临近金属,受到一定的预热和滚轮电极部分压力作用系处于“预压阶段”(3)刚从滚轮电极下面出来的临近金属,一方面开始冷却,同时尚受到滚轮电极部分压力作用,系处于“冷却结晶阶段”。由于该过程是动态的,预热和结晶冷却结晶阶段压力作用不够充分,因此,缝焊接头质量一般比点焊时差,易出现裂纹、缩孔等缺陷。 分类 1连续缝焊:滚轮电极连续旋转,焊件等速移动,焊接电流连续通过,每半个周波形成一个焊点。 2断续缝焊:滚轮电极连续旋转,焊件等速移动,焊接电流断续通过,每“通—断”一次,形成一个焊点。 3步进缝焊:滚轮电极断续旋转,焊件相应断续移动,焊接电流在电极与焊件皆为静止时通过,焊点形成后滚轮电极重新旋转,传动焊件前移一定距离,每“通—移”一次形成一个焊点
缝焊过程特点1加热特点(1)断续缝焊时的电流场(2)缝焊时的温度场2缝焊接头形成过程特点,预压,通电加热和冷却结晶。
规范参数: 1焊接电流,考虑缝焊时的分流,焊接电流I 应该比点焊时增加15~40%,具体数值视材料的导电性,厚度和重叠量而定。 2电流脉冲时间t 和脉冲间隔时间t0。缝焊时,可通过电流脉冲时间t 来控制熔核尺寸,调整脉冲间隔时间t0来控制熔核的重叠量,因此,二者应有适当的配合。 3电极压力Fw (电极压力过高会使压痕过深,同时会加速滚轮变形和损耗;而电极压力不足则易产生缩孔,引起飞溅,并会因接触电阻过大使滚轮烧损,缩短其使用寿命). 考虑缝焊时压力作用不充分,电极压力Fw 应比点焊时增加20~50%,具体数值视材料的高温塑性而定。 4焊接速度v 。低碳钢缝焊时,随着焊接速度v 的增大接头强度降低,当所用焊接电流较小时,下降的趋势更严重。 5滚轮电极端面尺寸H 或R 。为提高滚轮电极散热效果,减小电极粘损倾向,在焊件结构尺寸允许条件下,滚轮电极直径应尽可能大。
第四章 对焊
对焊:把两工件端部相对放置,利用焊接电流加热,然后加压完成焊接的电阻焊方法
电阻对焊:将焊件装配成对接接头,使其端面紧密接触,利用电阻热加热至塑性状态,然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法
电阻对焊焊接循环由预压,加热,顶锻,保持,休止等程序组成。 1,预压阶段。与点焊基本相同。 2,加热阶段,热—机械作用。(1)通电加热开始时,首先是一些接触点被迅速加热,温度升高,压溃而使接触表面紧密贴合进入物理接触。(2)随着通电加热的进行,对口温度急剧升高,在某一时刻将有:沿对口端面温度分布均匀;沿焊件长度形成一合适的温度场。(3)随着通电加热的进行,在压力作用下焊件发生塑性变形,动夹具位移量增大,由于温度场的分布特点,该塑性变形主要集中在对口及其邻近区域。(4)若在空气中加热,金属将被强烈氧化,对口中易生成氧化夹杂,若在真空以及惰性气体和还原性气体中加热,能够避免或减小金属的氧化。 3,顶锻阶段。其一顶锻力等于焊接压力,大于焊接压力(好,主要用于合金钢,有色金属及其合金的电阻对焊)
电阻对焊接头形成实质:在同种金属或结晶化学与热物理性质相近的异种金属电阻对焊时,对口及其邻近区域温度分布和塑性变形特点使其产生再结晶。由于对口加热温度通常高达0.8~0.9Tm,再结晶不仅速度快而且已进入聚合再结晶,即新产生的再结晶晶粒互相吞并长大使晶界转移完善,形成由两焊件金属所组成的共同晶粒,接触界面消失,实现了牢固的焊接。
优质接头的基本条件: 1沿焊件长度获得合适的温度分布,沿对口端面要加热均匀,对焊件端面进行严
格的焊前准备是保证加热均匀的根本条件。 2对口及其邻近区域必须产生足够的塑性变形。 3焊缝中不应有氧化夹杂。
参数选择:调伸长度,焊接电流密度,焊接时间,焊接压力和顶锻压力。 1调伸长度。(焊件从静夹具或活动夹具伸出的长度。调伸长度的作用是为了保证必要的留量和调节加热时的温度场。)过大使温度场平缓,因为其电阻增大,析热增加,散热减小,加热区变宽,导致排除氧化夹杂困难,耗能增加和易产生错位,旁弯等形位缺陷;过小使向夹钳电极散热增加,温度场变陡,塑性变形困难,需增大焊接压力和顶锻压力。 2焊接电流密度和焊接时间。当采用大电流密度,短焊接时间时,可提高焊接生产率,但要使用较大功率的焊机,当采用过长的焊接时间时,由于焊缝晶粒粗大和氧化程度增加,使接头质量降低。 3焊接压力和顶锻压力。
闪光对焊(固相连接)(用于重要工件的焊接,可焊同种金属,也可焊异种金属,工件直径0.01mm~200mm):焊件装配成对接接头,接通电源,并使其端面逐渐移近达到局部接触,利用电阻热加热这些接触点,使端面金属熔化,直至端部在一定深度范围内达到预定温度时,迅速施加顶锻力完成焊接的方法,包括连续闪光焊(主要用于断面100cm )和预热闪光焊(主要用于断面500~1000cm)。。
焊接循环。闪光,顶锻,保持休止。
一闪光阶段。闪光是闪光对焊时,从焊件对口间飞散出闪亮的金属微滴现象。
闪光对焊实质:接通电源并使两焊件端面轻微接触,对口间将形成许多具有很大电阻的小触点,在很大电流密度的加热下,瞬间熔化而形成连接对口两端面的液体过梁。在液体金属表面张力,径向电磁压缩效应力,电磁引力,电磁斥力共同作用下,过梁内部同它的表面之间形成巨大的压力差和温度差。
闪光作用:加热焊件,烧掉焊件端面上的脏物和不平,爆破生气的蒸气及气体减少空气对口间隙的侵入,降低了对口间隙中气体介质的氧化能力,形成液体金属层
优质接头条件: 1对口处金属尽量不被氧化。 2在对口及其附近区域获得一合适的温度分布
二.顶锻阶段。顶锻是闪光对焊后期,对焊件施加顶锻力,使烧化端面紧密接触,并使其实现优质结合所必须的操作。
顶锻作用: 1封闭对口间隙。 2排除端面液体金属层。 3排除过热金属及氧化夹杂。 4使对口和邻近区域获得适当的塑性变形。
获得优质接头的条件:对口及其邻近区域获得足够而又适当的塑性变形。
三.预热阶段。预热是在焊机上,通过预热而将焊件端面温度提高到一合适值后,再进行闪光和顶锻过程。 电阻预热:多次将二焊件端面紧密接触,分开,接触时施加较小的挤压力并通以预热电流
闪光预热:接通电源后,多次将二焊件端面轻微接触,分开,在每次接触过程中都要激起短暂的闪光。 预热作用: 1减少需用功率。 2加热区域较宽,使顶锻时易于产生塑性变形,并能降低焊后的冷却速度3缩短闪光加热时间,减小闪光量
闪光对焊接头形成特点:1闪光结束时在端面上已形成液体金属层,顶锻时,端面金属首先在液相下连合成一体。 2对口处加热温度高,范围窄,因此顶锻时塑性变形集中,变形度相对增加,可产生足够高的局部位错差值,促进接头形成中的再结晶发生
闪光对焊参数1调伸长度。2闪光留量。3闪光速度。4闪光电流密度。5顶锻留量。6顶锻速度。7顶锻压力。8夹紧力。9预热温度。10预热时间。
新技术:1程控降低电压闪光对焊。 2脉冲闪光对焊。 3矩形波电源闪光对焊
判断对焊焊接性主要标志1材料的导电性和导热性。 2材料的高温强度。 3材料对热循环的敏感性。 4结晶温度区间。 5生成氧化物的性质
常用金属材料对焊特点:1低碳钢对焊。低碳钢对焊焊接性良好,因为其氧化物熔点低,结晶温度区间窄,不易淬火,高温强度低和塑性温度区间宽,电阻率较高等原因2可淬硬钢对焊。可淬硬钢对焊焊接性较差,共同特点是接头中易产生淬火组织,裂纹等缺陷3奥氏体钢对焊。奥氏体钢对焊焊接性一般,主要问题是因含有大量易氧化合金元素及形成难熔氧化物而使接头塑性下降4铝及其合金对焊。铝及其合金由于导电导热性好,易氧化和氧化物熔点高等特点,对焊焊接性较差。5钛及其合金对焊。淬火和吸收气体使接头
塑性降低6铜及铜合金对焊。比铝合金差,要比铝合金具有更强烈的闪光,更大的顶锻速度和顶锻压力。 对接缝焊:电阻缝焊时焊件采用对接形式,包括低频对接缝焊和高频对接缝焊。
一.低频 低频对接缝焊的特点是焊接电流连续通过焊接区,与连续缝焊原理相似每半个周波形成一个焊
点,焊接速度不能太快
二.高频 高频对接缝焊是利用高频电流的趋表效应和邻近效应,使金属薄层加热,同时加压力而进行连接
的方法。
分类:高频接触焊,高频感应焊,高频对接缝焊加热特点
钎焊
为使钎焊过程得以顺利进行,要根据膜的基本性质,采用还原性酸(如HCl 、HF 、稀硫酸、有机酸)、氧化性酸(如HNO3)或碱(如NaOH 、KOH )等来去除。
杨氏方程:cos θ=(σsg -σsl )/σlg 设固-气、液-气和固-液三相界面的比表面自由能分别为σsg、σlg和σslθ称为润湿角,衡量润湿程度的大小。0度铺展,0-90度能润湿,90-180度不润湿。180度完全不润湿。钎料填缝:当把钎料放在钎缝间隙附近, 钎料熔化后有自动填
h =2(σsg -σsl )
充间隙的能力。当σsg大于σsl时(此时θ<90°), ρga 有h >0, 即液态钎料可以填缝, 并且随着接触角θ减小, 爬升高度h 值增大。此外, 由于h ∝1/a,即间隙越小, 毛细作用越强, 钎料填缝能力也就越强; 而当σsg小于σsl时(此时θ>90°), 有h <0, 即液态钎料不能填缝。U =dy
dt =a σl cos θ
4ηy 由上式可以看出, 当毛细间隙a 较小, 在爬升初期, 上升速度与毛细间隙
成正比。间隙越大, 初期上升速度越大。
钎缝不致密性缺陷:指钎缝中的夹气、夹渣、夹气夹渣、气孔和未钎透等。
钎缝中不致密性缺陷产生的原因:在通常的平行间隙的情况下,液态钎料和钎剂并不是均匀一致,整齐划一地流入间隙的,而是以不同的速度和不规则的路线流入间隙的,这是产生不致密性缺陷的根本原因。 影响钎料润湿性的因素:1金属表面氧化物, 所以在钎焊过程中必须采取适当的措施来去除母材和钎料表面的氧化膜, 以改善钎料对母材的润湿。2钎剂的影响, 用钎剂去除了母材和钎料表面的氧化膜后, 液态钎料就可以和母材金属直接接触, 从而改善润湿。3温度, 在温度变化范围不大时, 表面张力随温度的升高而呈性下降。4母材表面粗糙度, 表面粗糙化后较易为液体所润湿,因而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。5母材表面能的不均匀性.6表面活性物质的影响, 某成分能降低界面张力,则该成分一定会被吸附到界面上来,从而使该成分的表相浓度大于体相浓度,即为“正吸附” 。
钎焊工艺性能的测定:1润湿仪法2接触角测量法, 以θ角的大小作为指标来评定钎料润湿性的优劣, 较小的θ值表示钎料润湿性能良好。工程上一般希望θ<20°。3铺展系数与润湿指数4填缝长度的测定5复合板流动系数的测定6润湿时间的测定(焊球法)7一端浸渍法。
钎料的基本要求:有合适的熔点, 良好的润湿性, 与母材之间较好的作用, 稳定均匀的化学成分, 特殊的性能, 经济性.
钎料的分类:以熔点分类,低于450℃称为易熔钎料或软钎料;高于称为难熔硬钎料。按主要元素分类,Sn 基、Pb 基、Ag 基、Ni 基钎料等。
钎料的选择:经济角度,使用要求:强度不同选择软或硬钎料,低温接头要低Sn 多防冷脆元素。高温接头要求高温强度好且防止氧化的钎料,电气零件,腐蚀问题真空器件。与母材匹配:AgCu 钎焊Cu 、Ni 、不锈钢,金属间化合物,晶间渗入(BNi —1钎焊不锈钢和高温合金)及过渡溶解(薄壁结构). 钎料加热:不宜过高(晶粒长大、强化材料),线膨胀系数的匹配(焊接残余应力)。在钎焊过程中,去除母材表面存
在的氧化膜是保证液态钎料良好润湿母材并顺利完成钎焊连接的基本前提. 表面膜:氧化膜, 碱式碳酸盐, 氢氧化物. 氧化膜的去除通常可以分两个阶段来考虑,首先是钎前去膜,其次是钎焊时去膜。钎前去膜是指在钎焊进行之前要采用一定的方式去除母材表面的氧化膜及油污,最常用的方法是化学清洗. 氧化膜的去除机制:物理方式, 化学方式(使氧化膜溶解, 使氧化膜与基体金属的结合被削弱而剥落)
常用软钎剂分类: 1无机软钎剂:无机盐类软钎剂,无机酸类软钎剂。 2有机软钎剂:树脂基软钎剂(以松香为主体)非树脂基软钎剂。 3其他:免清洗钎剂,水溶性钎剂,醇溶性钎剂。
钎焊方法的分类: 1,按钎料的熔点:软钎焊(低于450℃),硬钎焊(高于450℃)。 2,按钎焊温度:高温钎焊, 中温钎焊, 低温钎焊。 3.按照热源的种类和加热方法:火焰钎焊, 炉中钎焊, 感应钎焊, 电阻钎焊等。
4. 按照去除母材表面氧化膜的方式:钎剂钎焊, 无钎剂钎焊, 真空钎焊等。 5.按照接头形式特点:毛细钎焊, 非毛细钎焊. 液态钎料依靠毛细作用填缝的情况称为毛细钎焊, 反之称为非毛细钎焊:接触反应钎焊和扩散钎焊。 6.按照被连接的母材或钎料的不同:铝钎焊, 不锈钢钎焊, 钛合金钎焊, 高温合金钎焊等. 火焰钎焊:完成钎焊熔化和流动所需要的热量是靠燃气火焰来实现的。这种方法主要靠一个或多个火焰加热工件, 依靠火焰、工件或两者同时的运动, 实现对工件的适当加热, 实现钎焊连接.
火焰钎焊的特点1)不需要保护气体, 通常需要使用钎剂。投资低, 并且操作技术容易掌握。3)是一种方便、灵活的工艺方法, 可实现自动化操作。4)钎料选择范围广。
火焰钎焊的优点:可以加工任何数量的接头, 设备轻便, 资本投入少,可用于其他目的,火焰钎焊在组装工艺中最实用,只要能获得合适的钎焊材料就能被火焰钎焊,接头位置不固定或不能使用位置固定。 感应钎焊:依靠感应线圈或感应器使接头内部产生感应电能实现加热, 实现钎焊连接。
感应钎焊的优点:(1)选择感应电流作为热源, 可以减少构件的性能变化(2)精确的加热控制, 精确稳定的工艺循环,合金损耗最小。(3)加热速度快(4)感应器和控制箱可以采用柔性连接。(5)可减少和简化夹持装置. 炉中钎焊:将装配好钎料的焊件放入电炉中加热至钎焊温度完成钎焊。
烙铁钎焊:焊接通常以电烙铁做为加热的工具,铁电烙是以电能转化为热能工作的。
电阻钎焊:分为直接加热式与间接加热式钎焊。直接加热式:电极压紧两个零件的钎焊处电流通过钎焊面形成回路,靠通电中钎焊面产生的电阻热加热到钎焊温度实现钎焊。间接加热式:电流只通过一个零件或根本不通过焊件,前者钎料熔化和另一零件的加热是依靠通电加热的零件向它热传导来实现;后者是电流通过并加热一个较大的石墨板或耐热金属板,焊件放置在此板上,全依靠热传导来实现,对焊件仍需压紧。 扩散钎焊:加保温扩散时间,使焊缝与母材充分均匀化,从而获得与母材性能相同的接头。
浸沾钎焊:分为盐浴浸渍钎焊和熔化钎料中浸渍钎焊。盐浴浸渍钎焊,焊件加热和保护靠盐浴来实现。熔化钎料中浸渍钎焊,将经过表面清洗,并装配好的钎焊进行钎剂处理,再放入熔化钎料中,钎料把钎焊处加热到钎焊温度实现钎焊。
其他钎焊:红外线钎焊,氙弧灯光束钎焊,激光钎焊,气相钎焊,脉冲加热钎焊。