特种连接方法与工艺

太原科技大学太原科技大学 TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE TECHNOLOGY 压力焊及特种焊 期末作业 学 院 材料科学与工程学院 班 级 焊接 111401 姓 名 敬 飞 学 号 201114060106 点焊 摘要 点焊通常分为双面点焊和单面点焊两大类 双面点焊时 电极由工 件的两侧向焊接处馈电 典型的双面点焊方式是最常用的方式 这时工件的两 侧均有电极压痕 大焊接面积的导电板做下电极 这样可以消除或减轻下面工 件的压痕 常用于装饰性面板的点焊 同时焊接两个或多个点焊的双面点焊 使用一个变压器而将各电极并联 这时 所有电流通路的阻抗必须基本相等 而且每一焊接部位的表面状态 材料厚度 电极压力都需相同 才能保证通过 各个焊点的电流基本一致采用多个变压器的双面多点点焊 这样可以避免 c 的 不足 点焊是一种高速 经济的连接方法 它适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 是把焊件在接头处接触面 上的个别点焊接起来 点焊要求金属要有较好的塑性 一 概述 一 点焊的起源与发展 电阻焊技术在工业界诞生 应用和发展已有 100 年的历史 1856 年 英格 兰物理学家 James Joule 发现了电阻焊原理 1885 年美国人 Elihu Thompson 获得电阻焊机专利权 电阻焊走上了推动工业发展的历史舞台 之后 因工业 发展的需要 各种电阻焊方法及设备不断涌现 目前电阻焊质量稳定 生产效 率高 易于实现自动化及机械化 广泛应用在汽车 航空航天 电子等领域 电阻焊已占整个焊接的 1 4 左右 并有继续增加的趋势 电阻点焊是电阻焊的重要分支 1912 年 美国费城的 Edward G Budd 公司 生产出第一个使用电阻点焊焊接的全钢汽车车身 此后 Thomson 又发明了点 焊机 焊缝机 凸焊机以及闪光对焊机 1964 年 Unimation 生产的首批用于 电阻点焊的机器人在通用公司汽车公司使用 目前 电焊已广泛应用于运输 航空 设备制造等行业中薄板的自动化焊接生产 成为电阻焊最常用的方法之 一 二 电焊的焊接特点 电阻电点焊 Resistance Spot Welding RSW 简称点焊是指焊件装配成 搭接接头 并被压紧在两电极之间 利用电阻热熔化母材金属 形成焊点的电 阻焊方法 由此可见 点焊接头是在热 机械力联合作用下形成的 是一种高 速 经济的连接方法 电阻点焊具有冶金过程简单 操作简便 易于实现自动化 加热时间短 热量集中 焊接变形和应力小 无需填充金属 耗材少 焊接生产成本低 生 产效率高 节能环保等优点 具有广泛的工业应用前景 但电阻点焊也存在自 身的缺点 如接头形似比较单一 搭接为主 能够可靠实现焊接的板厚有限 同时搭接接头也使接头的抗拉强度和疲劳强度较低 难以在承力结构的焊接上 得以使用 除此之外 目前关于点焊的无损检测技术还有待提高 一些大型自 动化点焊设备成本较高 给维护带来一点的困难 这些因素制约了电阻点焊更 广泛的在工业上的应用 三 点焊的应用 电阻点焊目前主要应用于薄板的搭接接头中 而且接头对气密性和液密性 没有要求 由于他不需要添加熔敷金属 焊接过程瞬间完成 焊点尺寸小 因 此具有高速 经济 节能 焊接变形小等优点 目前在汽车壳体蒙皮 航空部 件等方面得到广泛的应用 实际上点焊还主要用于厚度小于 3mm 的冲压 轧制 薄板构件 对于 6mm 以上的板件 点焊的承载能力不如熔焊方法 无论冲焊接 质量还是焊接成本上都不是最好的选择 目前 点焊亦可广泛用于多种材料 如低碳钢 合金钢 不锈钢 铝合金 钛合金镀锌钢板等 二 点焊的基本原理 一 点焊温度场的分布 焊接区析热与散热的综合结果造成了温度分布的不同 而析热与电阻大小 成正比 因此点焊的温度分布与焊接过程的电阻分布密切相关 温度场决定了 焊接质量和焊接接头的可靠性 如图所示焊接过程中的温度分布 当对于点焊接头而言 人们更加关心点焊加热终了时的温度分布 它决定 最终熔核的尺寸大小及焊接质量 其最高温度总是处于焊接区中心 温度场中 高于被焊金属熔点 TM的部分形成熔核 核内温度往往具有比 TM更高的温度 焊 钢时超出 200 300K 但在电磁力强力搅拌下 进一步升高是困难的 由于 Q2 Q3 的强力作用 离开熔核边界温度降低很快 当被焊金属导热性差 钢 或用硬规范点焊时 温度梯度将会很大 而被焊金属导热性好 铝 或用软规 范点焊时 温度梯度则较小 二 点焊循环的过程 点焊过程由预压 焊接 维持和休止四个基本程序组成焊接循环 必要时 可 增附加程序 其基本参数为电流和电极力随时间变化的规律 1 预压 这个阶段包括电极压力的上升和恒定两部分 为保证在通电时电 极 压力恒定 预压时间必须保证 尤其当需连续点焊时 须充分考虑焊机运动机 构 动作所需时间 不能无限缩短 预热的目地是为了建立稳定的电流通道 以保证焊接过程获得重复性好的 电流密度 对厚板或刚度大的冲压零件 有条件时可在此期间加大与压力 而 后再回复到焊接时的电极力 是接触电阻恒定而又不是太小以提高热效率 2 焊接 这个阶段是焊件加热熔化形成熔核的阶段 焊接电流可基本不变 指有效值 亦可为渐升或阶跃上升 在此期间焊件焊接区的温度分布经历复 杂的变化后趋向稳定 起初输入热量大于失散热量 温度上升 形成高温塑性 状态的连接区 并使中心与大气隔绝 保证随后熔化的金属不氧化 而后在中 心部位首先出现熔化区 随着加热的进行熔化区扩大 而外围的塑性环亦向外 扩大 热输入量与热散失量最后达到稳定状态 3 维持 此阶段不再输入热量 熔核快速散热 冷却结晶 结晶过程遵循凝固理论 由于熔核体积小 且夹持在水冷电极间 冷却速度甚高 且夹在水冷电极间 冷却速度甚高 一般在几周内凝固结束 在维持阶段的后期 也可以增加顶锻 压力 压实熔核 防止裂纹 疏松 缩孔等缺陷 三 点焊工艺 一 点焊方法的分类 根据点焊时电极向焊接区馈电方式不同 可将点焊分为双面点焊和单面点 焊 同时 又根据在同一个焊点焊接循环中所形成的焊点数 将其进一步细分 为当点焊 双点焊 多点焊等 双面点焊应用最广 是最常用的装配方式 当面点焊时 电极工件的同一 侧向焊接处馈电 仅用于下电极无法抵达构件背面或里面的场合 总之 对焊 接馈电点焊时应遵循以下原则 尽量缩短二次回路长度及减小回路所包围的空 间面积 以减少能耗 尽量减少伸入二次回路的磁铁体积 特别是在不同位置 点焊焊接时伸入体积有很大变化 以避免焊接电流产生较大波动 尽量防止和 减小分流 二 点焊设计 点焊通常采用搭接接头和折边接头接头可以由两个或两个以上等厚度或不等厚度的工 件组成 在设计点焊结构时 必须考虑电极的可达性 即电极必须能方便地抵达工件的焊 接部位 同时还应考虑诸如边距 搭接量 点距 装配间隙和焊点强度诸因素 点距即相邻两点的中心距 其最小值与被焊金属的厚度 导电率 表面清 洁度 以及熔核的直径有关 规定点距最小值主要是考虑分流影响 采用强条件和大的电极压力时 点 距可以适当减小 采用热膨胀监控或能够顺序改变各点电流的控制器时 以及 能有效地补偿分流影响的其他装置时 点距可以不受限制 装配间隙必须尽可能小 因为靠压力消除间隙将消耗一部分电极压力 使 实际的焊接压力降低 间隙的不均匀性又将使焊接压力波动 从而引起各焊点 强度的显著差异 过大的间隙还会引起严重飞溅 许用的间隙值取决于工件刚 度和厚度 刚度 厚度越大 许用间隙越小 通常为 0 1 2mm 单个焊点的抗剪强度取决于两板交界上熔核的面积 为了保证接头强度 除熔核直径外 焊透率和压痕深度也应符合要求 焊透率的表达式为 h c 100 两板上的焊透率只允许介于 20 80 之间 镁合金的最大焊 透率只允许至 60 而钛合金则允许至 90 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 如果两工件厚度比大于 2 1 或在不易接近的部位施焊 以及在工件一侧使用 平头电极时 压痕深度可增大到 20 25 点焊接头受垂直面板方向的拉伸载荷时的强度 为正拉强度 由于在熔核 周围两板间形成的尖角可引起应力集中 而使熔核的实际强度降低 因而点焊 接头一般不这样加载 通常以正拉强度和抗剪强度之比作为判断接头延性的指 标 此比值越大 则接头的延性越好 多个焊点形成的接头强度还取决于点距和焊点分布 点距小时接头会因为 分流而影响其强度 大的点距又会限制可安排的焊点数量 因此 必须兼顾点 距和焊点数量 才能获得最大的接头强度 多列焊点最好交错排列而不要作矩 形排列 参考文献 特种钢连接方法及工艺 李勇志 吴志生 百度文库 要求 要求 一 论文格式的字体 1 各类标题 包括 参考文献 标题 用粗宋体 2 摘要 关键词 图表名 参考文献内容用宋体小 4 号 3 正文 图表 页眉 页脚中的文字用宋体小 4 号 4 英文用 Times New Roman 字体 二 字体要求 1 填写姓名 专业 学号等项目时用 3 号楷体 2 内容提要 3 号黑体 居中上下各空一行 内容为小 4 号楷体 3 关键词 4 号黑体 内容为小 4 号黑体 4 正文文字另起页 论文标题用 3 号黑体 正文文字一般用小 4 号 宋体 每段首起空两个格 1 5 倍行距 5 正文文中标题一级