對焊方法及工藝

   時間:2014-03-07 13:16:55
對焊方法及工藝簡介
對接電阻焊(以下簡稱對焊)是利用電阻熱將兩工件沿整個端面同時焊接起來的一類電阻焊方法。 對焊的……
對焊方法及工藝正文
   對接電阻焊(以下簡稱對焊)是利用電阻熱將兩工件沿整個端面同時焊接起來的一類電阻焊方法。
   對焊的生產率高、易於實現自動化,因而獲得廣泛應用。其應用範圍可歸納如下:
   (1)工件的接長   例如帶鋼、型材、線材、鋼筋、鋼軌、鍋爐鋼管、石油和天然氣輸送等管道的對焊。
   (2)環形工件的對焊   例如汽車輪輞和自行車、摩托車輪圈的對焊、各種鏈環的對焊等。
   (3)部件的組焊   將簡單軋制、鍛造、衝壓或機加工件對焊成複雜的零件,以降低成本。例如汽車方向軸外殼和後橋殼體的對焊,各種連桿、拉杆的對焊,以及特殊零件的對焊等。
   (4)異種金屬的對焊   可以節約貴重金屬,提高產品性能。例如刀具的工作部分(高速鋼)與尾部(中碳鋼)的對焊,內燃機排氣閥的頭部(耐熱鋼)與尾部(結構鋼)的對焊,鋁銅導電接頭的對焊等。
   對焊分為電阻對焊和閃光對焊兩種。
電阻對焊
   電阻對焊是將兩工件端面始終壓緊,利用電阻熱加熱至塑性狀態,然後迅速施加頂鍛壓力(或不加頂鍛壓力只保持焊接時壓力)完成焊接的方法。
一、電阻對焊的電阻和加熱
   對焊時的電阻分佈如圖14-2所示。總電阻可用下式表示:
R=2Rω+RC+2R
式中   Rω--一個工件導電部分的內部電阻(Ω);
   Rc--兩工件間的接觸電阻(Ω);
   Rω--工件與電極間的接觸電阻(Ω);
   工件與電極之間的接觸電阻由於阻值小,且離接合面較遠,通常忽略不計。
   工件的內部電阻與被焊金屬的電阻率ρ和工件伸出電極的長度l0成正比,與工件的斷面積s成反比。
   和點焊時一樣,電阻對焊時的接觸電阻取決於接觸面的表面狀態、溫度及壓力。當接觸電阻有明顯的氧化物或其他贓物時,接觸電阻就大。溫度或壓力的增高,都會因實際接觸面積的增大而使接觸電阻減小。焊接剛開始時,接觸點上的電流密度很大;端面溫度迅速升高后,接觸電阻急劇減小。加熱到一定溫度(鋼600度,鋁合金350度)時,接觸電阻完全消失。
   和點焊一樣,對焊時的熱源也是由焊接區電阻產生的電阻熱。電阻對焊時,接觸電阻存在的時間極短,產生的熱量小於總熱量的10-15%。但因這部分熱量是接觸面附近很窄的區域內產生的。所以會使這一區域的溫度迅速升高,內部電阻迅速增大,即使接觸電阻完全消失,該區域的產熱強度仍比其他地方高。
   所採用的焊接條件越硬(即電流越大和通電時間越短),工件的壓緊力越小,接觸電阻對加熱的影響越明顯。
   二、電阻對焊的焊接循環、工藝參數和工件準備
   1、焊接循環
   電阻對焊時,兩工件始終壓緊,當端面溫升高到焊接溫度Tω時,兩工件端面的距離小到只有幾個埃,端面間原子發生相互作用,在接合上產生共同晶粒,從而形成接頭。電阻對焊時的焊接循環有兩種:等壓的和加大鍛壓力的。前者加壓機構簡單,便於實現。後者有利於提高焊接質量,主要用於合金鋼,有色金屬及其合金的電阻對焊,為了獲得足夠的塑性變形和進一步改善接頭質量,還應設置電流頂鍛程序。
   2、工藝參數
   電阻對焊的主要工藝參數有:伸出長度、焊接電流(或焊接電流密度)、焊接通電時間、焊接壓力和頂鍛壓力。
   (1)伸出長度l0   即工件伸出夾鉗電極端面的長度。選擇伸出長度時,要考慮兩個因素:頂鍛時工件的穩定性和向夾鉗的散熱。如果l0過長,則頂鍛時工件會失穩旁彎。l0過短,則由於向鉗口的散熱增強,使工件冷卻過於強烈,會增加塑性變形的困難。對於直徑為d的工件,一般低碳鋼:l0=(0.5-1)d,鋁和黃銅:l0=(1-2)d,銅:l0=(1.5-2.5)d。
   (2)焊接電流Iω和焊接時間tω  在電阻對焊時,焊接電流常以電流密度jω來表示。jω和tω是決定工件加熱的兩個主要參數。二者可以在一定範圍內相應地調配。可以採用大電流密度、短時間(強條件),也可以採用小電流密度、長時間(弱條件)。但條件過強時,容易產生未焊透缺陷;過軟時,會使介面端面嚴重氧化、接頭區晶粒粗大、影響接頭強度。
   (3)焊接壓力Fω與頂鍛壓力Fu,Fω對接頭處的產熱和塑性變形都有影響。減小Fω有利於產熱,但不利於塑性變形。因此,易用較小的Fω進行加熱,而以大得多的Fu進行頂鍛。但是Fω也不能過低,否則會引起飛濺、增加端面氧化,並在介面附近造成疏鬆。

 

   鋁和銅用閃光對焊焊成的過渡接頭廣泛用於電機行業。由於它們的熔點相差很大,鋁的熔化比銅快4-5倍,所以要相應增大鋁的伸出長度。鋁和銅閃光對焊的工藝參數可參考下表。鋁和銅對焊時,可能形成金屬間化合物CuAL2,增加接頭脆性。因此,必須在頂鍛時儘可能將CuAL2從介面中排擠出去。
   銅於鋁閃光對焊的焊接條件
 
焊接斷面(mm2
棒材直徑
帶材
20
25
40*50
50*10
電流最大值(KA)
63
63 
58
63
伸出長度(mm)銅
   鋁
3
34
4
38
3
30
4
36
燒化留量(mm)
17
20
18
20
閃光時間(s)
閃光平均速度(mm/s)
1.5
11.3
1.9
10.5
1.6
11.3
1.9
10.5
頂鍛留量(mm/s)
13
13
6
8
頂鍛速度(mm/s)
100-120
100-120
100-120
100-120
頂鍛單位壓力(Mpa)
190
270
225
268
   5、鈦及其合金的閃光對焊
   鈦及其合金的閃光對焊的主要問題是由於淬火和吸收氣體(氫、氧、氦等)而使接頭塑性降低。鈦合金的淬火傾向與加入的合金元素有關。若加入穩定β相元素則淬火傾向增大,塑性將進一步降低。若採用強烈閃光的連續閃光對焊,不加保護氣體就可獲得滿意的接頭。當採用閃光、頂鍛速度較小的預熱閃光焊時,應在Ar或He保護氣氛中焊接。預熱溫度為1000-1200度,工藝參數和焊接鋼時基本一致,只是閃光留量稍有增加。此時可獲得較高塑性的接頭。
典型工件的對焊
一、小斷面工件的對焊
   直徑d≤5mm的線材多採用電阻對焊,其工藝參數可參考下表:
線材電阻對焊的焊接條件
金屬種類
直徑(mm)
伸出長度(mm)
焊接電流(A)
焊接時間(s)
頂鍛壓力(N)
碳鋼
 
 
鎳鉻合金
0.8
2.0
3.0
2.0
2.0
1.85
3
6
6
7
5
6
300
750
1200
1500
900
400
0.3
1.0
1.3
0.2
0.3
0.7
20
80
140
100
50
80

 

註:頂鍛留量等於線材直徑,有電流頂鍛量等於直徑的0.2-0.3倍。
   直徑很小的線材、不同材料的線材,以及線材與衝壓件(如電阻器和二極體的端蓋)可採用電容儲能式對焊,其特點在於焊接條件非常硬,加熱範圍極窄,大大減輕了被焊金屬熱物理性能對接頭形成的影響。
   二、桿件的對焊
   多用於建築業的鋼筋對焊,通常直徑d<10mm者用電阻對焊;d>10mm用連續閃光對焊;d>30mm用預熱閃光對焊。用手動對焊機時,由於焊機功率較小(通常不超過50KVA)d=15-20mm時,一般就要用預熱閃光對焊。
   桿件對焊時可使用半圓形或V形夾鉗電極,後者可用於各種直徑,因而獲得廣泛應用。桿件屬實心斷面,剛性較大,可採用較長的伸出長度。低碳鋼棒材電阻對焊和閃光對焊的工藝參數可參考下面兩表:
低碳鋼棒材電阻對焊的焊接條件
斷面積(mm2
伸出長度(mm)
焊接縮短量(mm)
電流密度(A/mm2
焊接時間(S)
焊接壓強(Mpa)
有電
無電
25
50
100
250
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
0.6
0.8
1.0
1.5
10-20
1)焊接淬火鋼時增加20-30%
2)對於淬火鋼增加100%
低碳鋼棒材閃光對焊的時間和流量
焊接直徑
(mm)
預熱閃光對焊
連續閃光對焊
留量(mm)
時間(s)
留量(mm)
時間(s)
總流量
預熱與閃光
頂鍛
預熱
閃光與頂鍛
總流量
閃光
頂鍛
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
-
-
3
5
8
20
30
70
120
-
-
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
-
-
-

 

   三、管子對焊
   管子對焊廣泛用於鍋爐製造、管道工程及石油設備製造。根據管子的斷面和材料選擇連續或預熱閃光對焊。夾鉗電極可以用半圓形或V形。通常當管徑與壁厚的比值大於10時可選用半圓形,以防管子被壓扁。比值小於10時可選用V形。為避免管子在夾鉗電極中滑移,夾鉗電極應有適當的工作長度。管徑為20-50mm時,工件長度為管徑的2-2.5倍;管徑為200-300mm時為1-1.5倍。低碳鋼和合金鋼管連續閃光對焊的工藝參數可參考下表:
20號鋼、12Cr1MoV及12Cr18Ni12Ti剛管連續閃光對焊的焊接條件
鋼種
尺寸(mm)
次級空載電壓(V)
伸出長度2L(mm)
閃光留量(mm)
平均閃光速度(mm/s)
頂鍛留量(mm)
有電流頂鍛量(mm)
20
25×3
32×3
32×4
32×5
60×3
6.5-7.0
60-70
11-12
11-12
15
15
15
1.37-1.5
1.22-1.33
1.25
1.0
1.15-1.0
3.5
2.5-4.0
4.5-5.0
5.0-5.5
4.0-4.5
3.0
3.0
3.5
4.0
3.0
12Cr1MoV
324
6-6.5
60-70
17
1.0
5.0
4.0
12Cr18Ni12Ti
324
6.5-7.0
60-70
15
1.0
5.0
4.0
   大直徑厚臂鋼管一半用預熱閃光對焊,其工藝參數可參考下表:
大斷面低碳鋼管預熱閃光對焊的焊接條件
管子截面
(mm2)
次級空載電壓(v)
伸出長度2L(mm)
預熱時間(S)
閃光留量
(mm)
平均閃光速度(mm/s)
頂鍛留量
(mm)
有電流頂鍛量(mm)
總時間
脈衝時間
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

 

   由於管子是展開形斷面,散熱較快,端面液態金屬易於冷卻,頂鍛時難於擠出。面積分散,又使閃光過程中自保護作用減弱。因此,當工藝參數選擇不當時,非金屬夾雜物會殘留在介面中形成灰斑缺陷。保持穩定閃光,提高閃光和頂鍛速度,並採用氣體保護,能減少或消除灰斑。
   管子焊后,需去除內外毛刺,以保證管子外表光潔,內部有一定的通道孔徑。去除毛刺需使用專用工具。
   四、薄板對焊
   薄板對焊在冶金工業軋制鋼板的連續生產線上廣泛應用。板材寬度從300到1500mm以上,厚度從小於1mm到十幾mm。材料有碳鋼、合金鋼及有色金屬及其合金等。板材對焊后,接頭由於將經受軋制,並生產很大的塑性變形,因而不僅要有一定的強度、而且應有很高的塑性。厚度小於5mm的鋼板,一般採用連續閃光對焊,用平面電極單面導電,板材較厚時,採用預熱閃光對焊,雙面導電,以保證沿整個端面加熱均勻。
   薄板焊接時,因斷面的長與寬之比較大,面積分散、接頭冷卻快,閃光過程中自保護作用較弱,同時,液態過梁細小,端面上液態金屬層薄。易於氧化和凝固。因此必須提高閃光和頂鍛速度。焊后須趁熱用毛刺切除裝置切除毛刺。低碳鋼和不鏽鋼板閃光對焊的工藝參數參考下面兩表:
低碳鋼鋼板的閃光和頂鍛留量
厚度(mm)
寬度(mm)
留量(mm)
總流量
閃光
留量
頂鍛留量
總流量
有電
無電
2
100
400
1200
2000
9.5
11.05
15
17.5
7
9
11
15
2
2.5
4
4.5
1
1.5
2
2
1
1
2
2.5
3
100
400
1200
2000
12
15
16
20
9
11
13
14
3
4
5
6
2
2.5
2
3
1
2
3
3
4-5
100
400
1200
2000
14
17
20
21
10
12
14
15
4
5
6
6
2
2
3
3
2
2
3
3
不鏽鋼板閃光對焊的流量
厚度(mm)
最終鉗口距離(mm)
閃光留量(mm)
頂鍛留量(mm)
伸出總長(mm)
1.0
1.5
2
2.5
3
4
5
6
10
-
3
5
6
7
9.5
11
15
16
18
-
5.5
8
10.5
13
15
15
18
18
20
-
1.5
2
2.5
3.0
3.5
4
5
6
7
-
10
15
19
23
27
30
38
40
55
-

 

   五、環形件對焊
   環形件(如車輪輞、鏈環、軸承環、噴氣發動機安裝邊等)焊接時,除了考慮對焊工藝的一般規律外,還應注意分流和環形件變形彈力的影響。由於存在分流,需用功率要增大15-50%。分流雖環形件直徑的減小,斷面的增大,以及材料電阻率的減小而增大。
   環形件對焊時,頂鍛壓力的選擇必須考慮變形反彈力的影響,但由於分流有對環背加熱的作用,因而頂鍛壓力增加量不大。
   自行車、摩托車鋼圈、汽車輪輞均採用連續閃光對焊,夾鉗電極的前口必須與工件斷面相吻合。頂鍛時,為了防止反彈力影響接頭質量,甚至拉開接頭,需要延長無電流頂鍛時間。
   錨鏈,傳動鏈等鏈環多用於低碳鋼和低合金鋼製造,直徑d<20mm時可用電阻對焊,d>20mm時可用預熱閃光對焊,預熱的目的是為了使介面處加熱均勻,頂鍛時容易產生一定的塑性變形。
   鏈環對焊的工藝參數可參考下面兩表:
錨鏈閃光對焊的焊接條件
錨鏈直徑(mm)
次級電壓(V)
初級電流(A)
預熱間斷次數
焊接通電時間(S)
頂鍛速度(mm/s)
閃光速度(mm/s)
留量(mm)
閃光
短路
自然間隙
等速
加速
有電項
無電項
合計
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
小直徑鏈環電阻對焊的焊接條件 
直徑(mm)
焊機額定功率(KVA)
次級電壓(V)
焊接時間(S)
每分鐘焊接鏈環數
通電
斷電
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
4.5
5.0
3.0
2.5
1.5
1.0
1.0
1.0
1.0
0.8
6.4
6.4
6.6
8.8
8.6

 

    六、刀具對焊
   刀具對焊時目前刀具製造業中用於製造毛坯的工藝方法之一,主要是高速鋼(W8Cr4V,W-9Cr4V2)和中碳鋼的對焊,刀具對焊有如下特點:
   1)高速鋼與中碳鋼的導熱性與電阻率差別大。在常溫下,中碳鋼λ=0.42W/(cm℃),ρ0=18-22uΩcm;高速鋼λ=0.23W/(cm℃),ρ0=48Ωcm.為了使接合面兩側的溫度分佈基本一致,高速鋼的伸出長度應比中碳鋼小30-50%。一般情況下高速鋼的伸出長度為(0.5-1.0)d。為了防止散熱過快,伸出長度不小10mm。
   2)高速鋼淬火傾向大,焊后硬度將大大提高,並可能產生淬火裂紋。為了防止裂紋,可採用預熱閃光對焊。預熱時,將介面附近5-10mm範圍內的金屬加熱到1100-1200℃。焊后在600-700℃的電爐中保溫30min進行退火。
   3)高速鋼加熱到高溫時,會產生晶粒長大或在半熔化晶界上形成萊氏體共晶物,使接頭變脆。萊氏體共晶物不能通過熱處理消除。因此需要用充分的頂鍛來消除這種組織,刀具對焊的工藝參數可參考下表:
刀具對焊的焊接條件
直徑(mm)
面積(mm2)
次級電壓(V)
伸出長度(mm)
留量(mm)
預熱
閃光
頂鍛
總流量
工具鋼留量
碳鋼留量
工具鋼
碳鋼
有電
無電
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

 

閃光對焊的新技術
   1)程式控制降低電壓閃光對焊   這種焊接方法的特點是,閃光開始階段採用較高的次級空載電壓,以利於激起閃光,當端面溫度升高后,再採用低電壓閃光,並保持閃光速度不變,以提高熱效率。接近頂鍛時,再提高次級電壓,使閃光強烈,以增加自保護作用。
   程式控制降低電壓閃光對焊與預熱閃光對焊相比較,具有焊接時間短、需用功率低、加熱均勻等優點。
   2)脈衝閃光對焊   這種焊法的特點是,在動夾鉗送進的行程中,通過液壓振動裝置,再疊加一個往複振動行程,振幅為0.25-1.2mm,頻率為3-35Hz均勻可調。由於振動使焊件端面交替的短路和拉開,從而產生脈衝閃光。
   脈衝閃光對焊與普通閃光對焊相比較,由於沒有過梁的自發爆破,噴濺的微粒小、火口淺,因而熱效率可提高一倍多,頂鍛留量可縮小到2/3-1/2。
   以上兩種方法主要是為了滿足大斷面工件閃光對焊的需要。
   3)矩形波閃光對焊   這種焊法與工頻交流正弦波閃光對焊相比較,能顯著提高閃光的穩定性。因為正弦波電源當電壓接近零位時,將使閃光瞬間中斷,而矩形波可在全周期內均勻產生閃光。與電壓相位無關。
   矩形波電源單位時間內的閃光次數比工頻交流提高30%,噴濺的金屬微粒細,火口淺、熱效率高。矩形波頻率可在30-180Hz範圍內調節。這種方法多用於薄板和鋁合金輪圈的連續閃光對焊。

 

[對焊方法及工藝],你可能也喜歡

  • 機械加工方法
  • 機械錶上鍊方法
  • 機械百家樂作弊方法
  • 機械製造方法
  • 機械安全防護方法
  • 花鍵加工的工藝過程
  • 機械零件一般的加工工藝順序
  • 模具零件加工工藝
  • 金屬零件加工工藝
  • 金屬零件製造工藝
Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “對焊方法及工藝