第一章点焊13常用金属材料的点焊

第一章点焊第一章点焊1313常用金属材料的点焊常用金属材料的点焊 Resistance WeldingxxSpring SAUPage1第一章点焊Resistance WeldingxxSpring SAUPage2内容回顾1 1点焊基本原理 点焊的定义装配 加压 熔化 点焊接头的形成压紧 物理接触点 接触面消失 熔核塑性环熔核组织 点焊的热源1 2点焊一般工艺 尺寸确定 结构 设计 焊接参数及相互关系I t Fw D硬规范 软规范20 22 tc eww tQi r rrd Resistance WeldingxxSpring SAUPage31 3常用金属材料的点焊焊接性 Weldability 金属材料 在采用一定的焊接工艺包括焊接方法 焊接材料 焊接规范及焊接 结构形式等条件下 获得优良焊接接头的难易程度 金属材料点焊焊接性影响因素1 材料的导电性和导热性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 膨胀系数大 硬度高的金属材料Resistance WeldingxxSpring SAUPage41 3 1低碳钢的点焊低碳钢 Wc 0 25 和低合金钢 CE 0 3 的点焊焊接性良好 采用普通工频交流电焊机 简单 焊接循环 无需特别的工艺措施 即可获得满意的焊接质量 点焊技术要点1 冷轧板表面可不必清理 热轧板应去掉氧化皮 锈 2 建议采用硬规范点焊 3 焊厚板 3mm 时建议选用带锻压力的压力曲线 带预热电流 脉冲或断续通电的多脉冲点焊方式 Resistance WeldingxxSpring SAUPage54 当焊件尺寸大时应分段调整焊接参数 以弥补因焊件伸 入焊接回路过多而引起的焊接电流减弱 5 焊接参数 参见表1 6 找规律并分析原因 低碳钢 08F 点焊接头金相照片Resis tance WeldingxxSpring SAUPage61 3 2可淬硬钢的点焊可淬硬钢 如 45 30CrMnSiA 1Cr13等 其点焊焊接性差 接头极易产生缩松 缩孔 脆性组织 过烧组织和裂纹等缺陷 点焊技术要求1 电极压力和焊接电流选择低电流 高压力2 双脉 冲点焊工艺焊接电流脉冲 回火热处理脉冲注意 两脉冲之间的时间 间隔一定要保证焊点冷却到马氏体转变点Ms温度以下 Resistance WeldingxxSpring SAUPage7 回火电流脉冲幅值要适当 以避免焊接区金属加热重 新超过奥氏体相变点而引起二次淬火 双脉冲点焊焊接参数参见表1 7 Resistance WeldingxxSpring SAUPage83 多脉冲回火热处理工艺焊接电流脉冲加多个回火热处理 脉冲Resistance WeldingxxSpring SAUPage9a a b b 图11 2865Mn点焊接头高应力区断口形貌a 脆性断口 回火不适当 b 韧性断口 回火适当 Resistance WeldingxxSpring SAUPage10图11 28可淬硬钢 30CrMnSiA 点焊接头金相照片Resistance WeldingxxSpring SAUPage111 3 3铝合金的点焊铝合金分为冷作强化型3A21 LF21 5A02 LF2 5A06 LF6 等和热处理强化型2A12 T4 LY12CZ 7A04 T6 LC4CS 等 焊接性均较差 点焊技术要点1 焊前必须进行表面化学清洗 并规定焊前存放时间 2 电极一般选用CdCu合金 端面推荐用球面形并注意经常清理 电 极应冷却良好 3 采用硬规范 焊接电流常为相同板厚低碳钢的4 5倍 Resistance WeldingxxSpring SAUPage124 波形选择板厚 1 2mm的冷作强化型铝合金可以用工 频交流波形点焊 板厚较大的冷作强化型铝合金及所有热处理强化 型铝合金一律推荐用直流冲击波 三相低频和直流焊机点焊 5 焊接循环采用缓升 缓降的焊接电流 可起到预热和缓冷作用 具有阶梯形或马鞍形压力变化曲线可提供较高的锻压力 使用高精 确度控制器 锻压力的施加时间 6 焊接参数参见表1 8 表1 9和表1 10 了解规律 Resistance WeldingxxSpring SAUPage131 3 4不锈钢的点焊不锈钢分类 组织 奥氏体型 铁素 体型 奥氏体 铁素体型 马氏体型和沉淀硬化型等 马氏体不锈钢由于可淬硬 有磁性 其点焊焊接性类似于可淬硬钢 且此类型钢具有较大的晶粒长大倾向 焊接时间参数一般应选择 小些 见教材表1 11 奥氏体不锈钢 奥氏体 铁素体不锈钢点焊焊接性良好 无需特殊的工艺措施 采用普通交 流点焊机 简单焊接循环即可获得满意的焊接质量 Resistance WeldingxxSpring SAUPage14焊接技术要点1 可用酸洗 砂布打磨或毡轮抛光等方法 进行焊前表面清理 但对用铅锌或铝锌模成形的焊件必须采用酸洗 方法 2 采用硬规范 强烈的内部和外部水冷 可显著提高生产效率 3 应选用较高的电极压力 以避免产生喷溅和缩孔 裂纹等缺陷 4 板厚大于3mm时 常采用多脉冲焊接电流来改善电极工作状况 Resistance WeldingxxSpring SAUPage15图1 31不锈钢 Cr17 点焊接头金相照片Resistance WeldingxxSpring SAUPage161 3 5镀层钢板的点焊点焊技术要点1 需要比普通钢板点 焊更大的焊接电流和电极压力 约提高1 3以上 2 电极材料应选用CrZrCu合金或弥散强化铜 或镶钨复合电极 下 图 并允许采用内部和外部的强烈水冷却 Resistance WeldingxxSpring SAUPage173 在结构允许的情况下改用凸焊再配以缓升或直流焊接 电流波形会进一步提高焊接质量 4 点焊时应采取有效的通风措施 以防止锌 铅等元素的金属蒸汽 和氧化物尘埃对人体健康的侵害 5 选择合适的焊接参数 Resistance WeldingxxSpring SAUPage181 3 6高温合金的点焊高温合金又称耐热合金 目前生产 中主要用于点焊的是固溶强化型高温合金 对时效沉淀强化型耐热 合金的点焊也有应用 高温合金的点焊焊接性一般 其中沉淀强化型高温合金焊接性比固 溶强化型高温合金差 铁基固溶强化合金的焊接性又比镍基固溶强 化合金差 由于高温合金比不锈钢具有更大的电阻率 更小的热导率和更大的高温强度 因此可用较小的焊接电流但需要 更大的电极压力 Resistance WeldingxxSpring SAUPage19点焊技术要点1 电极可选用高温强度好的材质 如BeCoC u合金 2 焊前应仔细去除焊件表面油污 氧化膜 最好是酸洗处理 清理 不良时会产生结合线伸入缺陷 3 采用软规范 大电极压力板厚大于2mm时最好施加缓冷脉冲和锻 压力 有助于减小喷溅倾向 保证焊接区所必须的塑性变形 避免熔核中 疏松 缩孔及裂纹等内部缺陷的产生 4 加强冷却和尽量避免重复加热焊接区 否者易产生熔核中的结晶 偏析等缺陷 5 推荐采用球面电极 尤其是在板厚较大时 6 选择适当的焊接参数 Resistance WeldingxxSpring SAUPage20图图1 34高温合金 GH1140 点焊接头金相照片Resistance WeldingxxSpring SAUPage211 3 6钛合金的点焊钛合金是一种优良的金属材料 点焊 结构中主要用 型钛合金 TA7等 和 型钛合金 TC4等 由 于其热物理性能与奥氏体不锈钢近似 故点焊焊接性良好 点焊时 亦不需要保护气体 点焊技术要点1 一般可不进行表面清理 当表面氧化膜较厚时可进 行化学清理 2 电极应选用CrZrCu BeCoCu NiSiCrCu合金 球面形工作端面 内部水冷和必要时附加外部水冷 Resistance WeldingxxSpring SAUPage223 采用硬规范并配以较低的电极压力 以避免产生凸肩 深压痕等外部缺陷 4 点焊时冷却速度高 会产生针状马氏体组织 使硬度提高韧性下 降 因此对 型钛合金建议采用焊后热处理 对 型钛合金可采用带 回火双脉冲点焊工艺 5 选择适当的焊接参数 钛合金 TA7 点焊接头金相照片Resistance WeldingxxSpring SAUPage231 3 7铜合金的点焊铜及铜合金可分为纯铜 黄铜 青铜 及白铜 其中纯铜 无氧铜 磷脱氧铜点焊焊接性很差 黄铜一般 青铜较好 白铜较优良 点焊技术要点1 铜和高电导率的铜合金点焊时必须采用防止大量散 热的电极 一般推荐用钨 钼镶嵌型或钨烧结型电极 嵌块直径通 常为为3 4mm 相对电导率小于纯铜30 的铜合金点焊时可采用Cd Cu合金电极 2 应采用直流冲击波和电容放电型点焊电源进行焊接 Resistance WeldingxxSpring SAUPage243 注意减小分流 如加大点距和搭边宽度等 喷溅和 防止电极表面粘结冰及时修整 4 选择适当的焊接参数 铜合金 H62 点焊接头金相照片Resistance WeldingxxSpring SAUPage251 3 7镁合金的点焊镁合金由于具有密度低 比强度及比 刚度高 导热性和电磁屏蔽性好 阻尼性能优秀 可以回收利用等 优点 被认为是21世纪最有应用潜力的 绿色材料 目前 在点焊结构中实际应用的主要是变形镁合金 MB2等 镁合金点焊焊接要点与铝合金相同 在用工频交流点焊机点焊时焊 接参数见教材表1 20所示 Resistance WeldingxxSpring SAUPage26镁合金 日本 AZ31B 点焊接头金相照片Resistance WeldingxxSpring SAUPage271 4特殊情况的点焊工艺1 4 1不等厚度及不同材料的点焊 在通常条件下 不同厚度和不同材料点焊时 熔核不以贴合面为对 称 而向厚板或导电 导热性差的焊件中偏移 其结果使其在贴合 面上的尺寸小于该熔核直径 同时 也使其在薄件或导电 导热性好的焊件中焊透率小于规定数 值 这均使焊点承载能力降低 1 偏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造成所致 偏移的方向向着析热多 散热慢的一方移动 Resistance WeldingxxSpring SAUPage28不同厚度点焊时 厚件电阻大析热多 而其析热中心由于 远离电极而散热缓慢 薄件情况正相反 造成焊接温度场及熔核如图a向厚板偏移 Resistance WeldingxxSpring SAUPage29不同材料点焊时 导电性差的工件电阻大析热多 但散热 缓慢 导电性好的材料情况相反 造成焊接温度场如图图b向导电性差的工件偏移 a 不同厚度 1 2 采用不同的电极a 采用不同直径的电极 薄件 或导电 导热性好的焊件 面采用小直径电极 以增大电流 密度 减小热损失 而厚件 或导电 导热性差的焊件 面则选用 大直径电极 Resistance WeldingxxSpring SAUPage31但是 在厚度比比较大的不锈钢或耐热合金零件的点焊中 上述原则相反 只有小直径电极安置在厚件那边方能有效 俗称为 反焊 反焊已经获得多年的实际应用 但其原理及合理应用的范围目前尚 有争议 b 采用不同材料的电极 由于上 下电极材料的不同 其散热程度不同 导热性好的材料放于厚件 或导电 导热性差的焊件 面使其热损 失增大 可条件诶温度场分布 减小熔核偏移 Resistance WeldingxxSpring SAUPage32c 使用特殊电极 在电极头部加不锈钢环 黄铜套 图1 39 或采用尖锥状电极头 均可使焊接电流向中间集中 从而使薄 件 或导电 导热性好的焊件 析热强度增加 使温度场分布趋于 合理 Resistance WeldingxxSpring SAUPage333 附加工艺垫片在薄件 或导电 导热性好的焊件 上 附加工艺垫片 图1 40 工艺垫片由导热性差的材料制作 厚度为0 2mm 0 3mm 能够降低 散热 增加电流密度的作用 a 点焊前b 规范适当c 规范过大 Resistance WeldingxxSpring SAUPage344 焊前在薄件或厚件上预先加工出凸点或凸缘进行凸焊 或环焊是客服熔核偏移现象的有效措施 3 利用帕尔贴效应帕尔贴效应是热电势现象的逆向现象 即当直流 电按某特定方向通过异种材料接触面时 将产生附加的吸热或析热 现象 所以该效应只在单向通电时有效 而且目前仅用于铝与铜合 金电极间才较明显和具有实用价值 如图1 41所示 Resistance WeldingxxSpring SAUPage35图11 41帕尔贴效应的应用a a 交流电b b 直流电Resistance WeldingxxSpring SAUPage361 4 2胶接点焊与减振钢板点焊1 胶接点焊在点焊工艺中 采用结构胶粘剂 可使接头性能显著提高 这种将点焊与胶接两种 工艺结合起来的方法称为胶接点焊 简称胶焊 胶焊结构具有强度高 质量轻 减振和声学性能好等优点 Resistance WeldingxxSpring SAUPage37原因1 胶焊可大幅降低点焊结构中焊点部位的高应力值 消除了焊点边缘的高应力集中 改善了接头的应力分布 2 胶接 接头中应力分布均匀 外载由焊点部位共同承担 胶接点焊有3种方法1 先涂胶后点焊 2 先点焊后灌胶 3 预置 带孔胶带 膜 Resistance WeldingxxSpring SAUPage38胶接点焊技术特点1 点焊时应选用不宜产生喷溅和接头 变形的电流波形和焊接参数2 点焊后搭接面应保证平整 便于胶液 渗透到整个搭接面而不产生却胶现象 3 选用流动性良好的胶接剂 注胶时宜将工件倾斜15 45 2 减振钢板点焊随着环保 舒适性要求的提高 对汽车噪声等的限 制日益严格 因此 适合于汽车生产使用的减震钢板得到广泛使用 所谓减振钢板 就是在两层金属板材之间夹一层减振胶的钢板 例 如厚度1 45mm的日本NKK钢厂和宝钢生产的减震钢板 其组成为钢板 0 7mm 热可塑非导电型减震胶层 0 05mm 钢板 0 7mm Resistance WeldingxxSpring SAUPage39点焊原理用导电板构成副导电回路 电焊时先使焊机输出 电流I2从工件1的上表面通过导电板流到工件2的下表面 I2产生 的电阻热使导电区域的减震胶熔化 待焊处已经熔化的减震胶在点 击压力的作用下被挤出 导致焊接主回路路I1导通 焊接区形成熔 核 则形成第1个焊点 当焊接第第2个焊点时 就以第1个焊点构成副导电回路 依次类推 进行焊接 Resistance WeldingxxSpri