工艺技术_其他焊接方法培训课件

第六章其他焊接方法授课老师 吴新华 知识点 一电阻焊分类特点二钎焊原理特点三激光焊接特点及应用 第一节电阻焊一电阻焊的原理 分类及特点 1 电阻焊的原理定义 利用流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态 使之形成接头的一种焊接方法 2 电阻焊的分类 点焊 缝焊 对焊 3 电阻焊的特点 优点 生产率高 焊接质量好焊接成本低 劳动条件好 二电阻热及影响因素 1 电阻热 电阻焊的热源 Q I2Rt R 2Rw Rc 2Rew 2 影响产热的因素 电阻焊件本身电阻RW 接触电阻RC 电流 通电时间 电极压力 电极材料及端面形状 焊件表面状况 点 对 焊 中心高 四周低 3 能量利用及温度分布 热量小部分 10 30 有用 大部分散失 其中主要通过电极的热传导而散失 缝焊 由于焊点间相互影响 温度分布比点焊的平坦 且前后不对称 1 导电性和导热性越高 焊接性越差 2 高温 0 5 0 7Tm 屈服强度越高 焊接性越差 3 塑性温度范围越窄 对参数波动越敏感 焊接性越差 4 材料对热循环的敏感性越强 焊接性越差 另外 熔点高 线膨胀系数大 易形成致密氧化膜的金属 其焊接性一般较差 三 金属电阻焊的焊接性 四电阻焊方法 1 点焊 spotwelding 它适用于制造可以采用搭接接头 不要求气密 厚度小于3mm的冲压 轧制的薄板构件 1 点焊接头形成过程 如图 点焊循环 预压通电锻压休止 2 点焊接设计接头形式 搭接折边注意点距 边距 搭接量 装配间隙等 单个焊点的抗剪强度取决于两板交界面上熔核的面积 焊透率应介于20 80 之间 焊接不同厚度工件时 每一工件上的最小焊透率可为接头中薄件厚度的20 压痕深度不应超过板件厚度的15 最小点距最小边距 焊点主要尺寸的确定 3 点焊方法与工艺点焊方法 单点 多点焊 单面 双面焊 4 点焊工艺参数及选择 电流 KA 电流过低不能形成熔核 过高则飞溅 通电时间 对塑性指标影响较大 时间过长 组织变差电极压力 KN 压力影响电阻 焊件向电极的散热 硬规范 强规范 大电流 短时间 软规范 弱规范 小电流 长时间 不等厚及异种材料焊接时 熔核偏向 产热多 散热难 一边调整原则 增加薄料或导电 热好工件的产热 减小其散热 具体方法 薄件一侧电极端面小直径 薄件一侧同导热性较差之合金作电极材料 采用工艺垫片 采用硬规范 异种材料及不等厚板点焊的工艺措施 1 低碳钢及低合金钢 具有良好的焊接性 2 淬火钢 由于冷却速度极快 在点焊淬火钢时必然产生硬脆的马氏组织 在应力较大时还会产生裂纹 3 不锈钢 要准确地控制加热时间和焊接电流 以防止热影响区晶粒长大 4 铝合金 导电 导热率高 强度低 易氧化 焊接性较差 必须采用硬规范焊接 5 常用金属材料的点焊 镀层钢板的点焊问题 难点 低熔点涂层熔化 进入缝隙 降低电流密度 涂层与电极形成固溶体 金属间化合物 导电 热性能下降 涂层进入熔池产生裂纹 焊接技术要点 加大电流30 50 采用Cr Cu或Cr Zr Cu合金电极强冷 或用嵌钨电极 结构允许 改用凸焊 加强通风 防止涂层金属的有害 1 点焊机 固定式通用点焊机 固定式专用多点焊机 轻便式点焊机 6 点焊设备 材料 要求导电 导热好高温强 硬度高耐磨形成合金倾向小结构 端部 主体 尾部 冷却水孔 2 电极 电极帽 2 缝焊工件装配成搭接接头 并置于两滚轮电极之间 滚轮加压工件并滚动 连续或断续送电 形成一条连续焊缝的电阻焊方法 1 缝焊工艺参数及选择 电流 比点焊大15 40 电极压力 对熔核的影响与电焊一致 数值通常比点焊大20 50 焊接时间和休止时间 主要通过时间控制熔核尺寸 通过休止时间控制重叠量 低速焊接时 焊接 休止时间之比1 25 1 2 1 高速焊时则 3 1 焊接速度 焊接速度与被焊金属 板件厚度以及焊缝强度 质量的要求等有关 通常较低 2 常用金属材料的缝焊 1 低碳钢 低碳钢是焊接性最好 2 不锈钢 小电流 短时间 大电极压力 中焊速 3 铝合金 焊接性差 应用强规范 3对焊 1 对焊的特点和方式对焊 以整个对接接触面焊合的电阻焊方法 特点 效率高 易于实现自动焊形式 电阻对焊闪光对焊滚对焊 2 电阻对焊接头形成过程 预压 通电加热 顶锻 高频对接焊缝的加热 焊件对接 利用高频电流 10 500KHz 进行焊接的方法 分高频接触焊 高频感应焊 接头形成过程 连续闪光对焊 闪光顶锻 3 闪光对焊 特点 对焊前准备要求低 可焊材料广 焊接质量好 可焊大截面工件 应用 杆件 如钢轨的接长等 环形工件 车轮钢圈的对接焊等 部件的组焊 发动机排气阀体与阀杆的对接焊等 异种金属 刀头与刀杆的对接焊等 预热的作用 减小焊机需用功率 降低焊后冷却速度 缩短闪光时间 闪光的作用 主要是加热工件 同时形成的液态金属 过梁 通过闪光被排出 对接头起到清理作用 形成的气氛对接头产生一定的保护作用 有利于提高焊接质量 闪光必须稳定而强烈 尤其在闪光后期 稳定 闪光过程中不短路 会使工件过烧甚至报废 不断路 会失去保护作用 强烈 闪光越强烈 自保护作用越强 第二节钎焊 定义 将焊件和钎料加热到高于钎料熔点 但低于母材熔点的温度 利用液态钎料润湿母材 填充接头间隙 并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法 利用液态钎料在母材表面润湿 铺展与母材相互溶解和扩散以及在母材间隙中润湿 毛细流动 填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接的 一 钎焊原理 钎焊过程的分解 液体金属填充接头间隙条件 润湿作用和毛细作用 当液体的附着力大于其内聚力时 液体就能粘附在固体表面 发生润湿作用 衡量液体对母材润湿能力的大小 可用液相与固相接触时的接触夹角 的大小来表示 1 液态金属的填隙原理 当0 90 液体能润湿固体 当90 180 液体不能润湿固体 0表示液体完全润湿固体 180 表示完全不润湿 钎焊时 钎料的润湿角应小于20 上述液体与固体相互润湿的前提是他们之间无化学反应发生 液体在两平行板间隙中 其液面高度会相对于板外液面自动上升或下降的现象 毛细作用 润湿角h 液面上升的高度 当 90 h 0 液体沿间隙上升 润湿 酒精温度计 当 90 h 0 液体沿间隙下降 不润湿 水银温度计 钎焊时 只有在液态钎料能充分润湿母材的条件下 液面 上升 钎料才能填满钎缝 液体沿间隙 上升 的高度 与间隙大小2r成反比 钎焊接头设计 装配时应使间隙小 影响钎料润湿作用的因素 钎料和母材成分 如液态钎料与母材相互溶解或形成化合物 则润湿较好 可通过第三者的作用来改善润湿作用 钎焊温度 利于润湿 太高 易使钎料流散 溶蚀或晶粒粗大 表面氧化物 妨碍润湿 母材表面状态 粗些好 钎剂 适当的钎剂有良好作用 实际填缝过程中 液态钎料与固态金属母材间存在着溶解 扩散作用 致使液态钎料的成分 密度 粘度和熔点都发生变化 影响钎料毛细填缝的因素 钎料和母材成分 钎焊温度 母材表面氧化物 母材表面粗糙度 钎剂 间隙 钎料与母材的相互作用 钎料与母材的相互作 钎料与母材的相互作用可以形成下列组织 固溶体化合物共晶体 钎焊时 熔化的钎料在毛细填缝过程中往往还会与母材发生相互物理化学作用 这些作用可以归结为两个方面 母材向钎料的溶解溶解作用对钎焊的影响 利 清理 作用 合金化弊 化合物 脆 填缝性变差 熔蚀 钎料组分向母材的扩散 1 按温度分 软钎焊 soldering 钎料液相线温度低于450 硬钎焊 brazing 钎料液相线温度高于450 高温钎焊温度超过900 而又不使用钎剂的钎焊方法 3 按热源分 钎焊方法通常是以所应用的热源来命名的 二 钎焊方法的分类 钎焊加热温度较低 对母材组织和性能的影响较小 钎焊接头平整光滑 外形美观 焊件变形较小 焊件的尺寸精度 某些钎焊方法生产率高 可以实现异种金属或合金 金属与非金属的连接 同熔焊方法相比 钎焊具有以下优点 三 钎焊的特点 钎焊接头强度比较低 耐热能力比较差 由于母材与钎料成分相差较大而引起的电化学腐蚀致使耐蚀力较差及对装配要求比较高等 钎焊缺点 四钎焊材料 钎焊材料是钎料和钎剂的总称 1 对钎料的基本要求 合适的熔点 比母材的低几十度 具有良好的润湿性 与母材充分发生溶解 扩散 成分稳定均匀 所得接头满足技术要求 具有经济性 少用稀有金属 具有安全性 少用有毒及重金属 钎料 2 钎料的分类与编号按熔点 熔点在450 以下的称为软钎料 高于450 的称为硬钎料 难熔钎料 高于950 的称高温钎料 按化学成 根据组成钎料的主要金属元素 相应称为 基钎料 如Ni基钎料等 按钎焊工艺性能 自钎性钎料 真空钎料 复合钎料 钎料按供货要求可制成带 丝 铸条 非晶态箔材 普通箔材 粉末 环状 膏状 含钎剂芯管材 丝材 药皮钎料 胶带状钎料等 钎剂的作用是去除母材和液态钎料表面上的氧化物 保护母材和钎料在加热过程中不被进一步氧化以及改善钎料在母材表面的润湿性能 1 对钎剂的基本要求 溶解或破坏表面氧化膜能力 产物密度低 易排除 熔点低于钎料合适温度 无强烈腐蚀作用 无毒性 成分及作用稳定 稳定温度 100 钎焊温度范围内表面张力小 粘度低 流动性好 密度低 钎剂 2 钎剂的分类钎剂分为软钎剂与硬钎剂两大类 按特殊用途又可再分为铝用钎剂 粉末状钎剂 液体钎剂 气体钎剂 膏状钎剂 免清洗钎剂等 钎焊生产工艺包括钎焊前工件表面准备 装配 安置钎料 钎焊 钎后处理等各工序 1 钎焊接头设计应考虑接头的强度 如何保证组合件的尺寸精度 零件的装配定位 钎料的安置 钎焊接头的间隙等工艺问题 生产实践中 对采用银基 铜基 镍基等强度较高的钎料钎焊接头 搭接长度通常取为薄件厚度的2 3倍 对用锡铅等软钎料钎焊接头 可取为薄件厚度的4 5倍 五 钎焊工艺 设计钎焊接头时应考虑应力集中问题 接头的工艺性设计包括接头的装配定位 安置钎料 限制钎料流动等 工艺孔是为满足工艺上的要求而在接头上开的孔 这对于密闭窗口尤为重要 接头间隙间隙的大小在很大的程度上影响钎缝的致密性和接头强度 用钎剂钎焊时 接头的间隙应选得大一些 2 焊件表面准备钎焊前必须仔细地清除工件表面的氧化物 油脂 脏物及油漆等 有时 钎焊前还必须将零件预先镀覆某种金属层 1 清除油污 2 清除氧化物 3 装配和固定钎料的放置在各种钎焊方法中 除火焰钎焊和烙铁钎焊外 大多数是将钎料预先安置在接头上的 安置钎料时应尽可能利用钎料的重力作用和间隙的毛细作用来促进钎料填满间隙 膏状钎料应直接涂在钎焊处 粉末状钎料可用粘结剂调合后粘附在接头上 钎焊工艺参数及确定钎焊过程的主要工艺是钎焊温度和保温时间 钎焊温度通常选为高于钎料液相线温度25 60 钎焊保温时间视工件大小 钎料与母材相互作用的剧烈程度而定 过长的保温时间将导致溶蚀等缺陷的发生 加热速度冷却速度 六钎焊在汽车零件生产中的应用 水箱 暖风 油冷 第三节高能量密度焊 焊接技术简介 目前常用的焊接工艺有 电弧焊 氩弧焊 手弧焊 埋弧焊 钨极气体保护电弧焊 等离子弧焊 气体保护焊 电阻焊 高能束焊 电子束焊 激光焊 钎焊 以电阻热为能源 电渣焊 高频焊 以化学能为焊接能源 气焊 气压焊 爆炸焊 以机械能为焊接能源 摩擦焊 冷压焊 超声波焊 扩散焊 各种焊接特性对比 一电子束焊 电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子 该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束 用此电子束去轰击工件 巨大的动能转化为热能 使焊接处工件熔化 形成熔池 从而实现对工件的焊接 电子束焊接具有不用焊条 不易氧化 工艺重复性好及热变形量小的优点 焊接准备时间 主要是抽真空时间 较长 工件尺寸受真空室大小限制 电子束焊与电弧焊相比 主要的特点是焊缝熔深大 熔宽小 焊缝金属纯度高 焊接参数调节范围广 焊接厚度0 1 300MMM以上 特别适合焊接化学性质活泼金属 电子束焊不足 设备复杂设备昂贵焊接接头加工 装配要求严格焊件尺寸受真空室大小限制电子束易受磁场干扰而影响焊接质量焊接时产生的X射线需严加防护 电子束工作示意图 电子束焊的应用 焊接精密零件可以焊接单道厚度碳钢 100MM 及铝板 475MM 可以焊接难熔金属 活泼金属 异种金属及复合材料可以焊接内部保持真空度的密封件可以焊接热处理强化和冷作硬化的材料而不恶化接头的力学性能飞机制造 发动机座 起落架 仪表工业 各种膜片 继电器外壳 异种金属接头 汽车工业 齿轮组合体 后桥 传动箱体 能源工业 压缩机转子 叶轮片组 化工和金属制造 高压容器外壳 第五代战机生产焊接图片 第五代战机生产装焊图片 二激光焊接的特点及应用 激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究 从开始的薄小零件或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40年的发展 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 国防工业 造船 海洋工程 核电设备等领域 所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料 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 使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限 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和柔性制造 产生原理 产生原理 三要素 激励源 介质 谐振腔 介质受到激发至高能量状态 由于受激吸收跃迁光在两端镜间来回反射 将光波放大 并获得足够能量而开始发射出激光 激光的四性 单色性 相干性 方向性 高亮度因而高度集中的激光可以提供焊接 切割及热处理等功能 激光焊接特性 激光焊接属于熔融焊接 以激光束为能源 冲击在焊件接头上 激光束可由平面光学元件 如镜子 导引 随后再以反射聚焦元件或镜片将光束投射在焊缝上 激光焊接属非接触式焊接 作业过程不需加压 但需使用惰性气体以防熔池氧化 填料金属偶有使用 焊接过程 激光焊接的特点 1 可将入热量降到最低的需要量 热影响区金相变化范围小 且因热传导所导致的变形亦最低 2 32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格 可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用 3 不需使用电极 没有电极污染或受损的顾虑 且因不属于接触式焊接制程 机具的耗损及变形接可降至最低 4 激光束易于聚焦 对准