焊接原理与工艺1

1、焊接原理与工艺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(0.30.5nm)，形成金属键，从而使两金属连为一体的加工方法。比较常见的有以下几类A.钨极氩弧焊英文全称Tungsten Inert Gas Arc Welding，又称GTAW，Gas Tungsten Arc Welding，简称TIG焊保护气体一般为Ar或He。焊接时，电极和电弧区及熔化金属都处在氩气保护之中，使之与空气隔离，电极为钨或钨的合金棒，电弧燃烧过程中，电极不熔化，焊接过程稳定，当保护气体采用氦气时称为氦弧焊，有时也采用氦或氩的混和气体。TIG焊应用领域：广泛用于飞机制造、原子能、

2、化工、纺织等工业中，可焊接易氧化的有色金属及其合金、不锈钢、高温合金、钛及钛合金以及难熔的活性金属(如钼、铌、锆)等，脉冲钨极氩弧焊适宜于焊接薄板，特别适用于全位置管道对接焊，它使原子能和电站锅炉工程的焊缝质量得到了显著提高。但是钨电极的载流能力有限，电弧功率受到限制，致使焊缝熔深浅，焊接速度低。所以，钨极氩弧焊一般只适于焊接厚度小于6mm的工件。一般来说低周波的脉冲可以有效地采用于热容量小的薄板或材料不同的焊接(板厚或材质不同材料的焊接)但是这种方法在一定的周期内电流会发生变化所以难以定速手工作业焊接困难这时电流的变化只能靠作业者自身凭感觉控制脉冲而高周波的脉冲中,脉冲电流的流动时间极其短暂

3、,电弧一瞬间就会收缩,成了一种指向性高的状态,高精度的薄板焊接和每分锺数米的高速焊接时,这种方法被有效的采用。图2-4表示的就是利用高周波脉冲控制的薄板高速焊接可达到的范围,改善了一般方法下不连续焊道和咬边等非正常焊道的状态,并且提高了焊接中数倍的速度。B.熔化极氩弧焊MIG(英文全称Metal Inert Gas Arc Welding)，保护气体为Ar气又称GMAW，Gas Metal Arc Welding，如果用Ar-O2Ar-CO2或者Ar-CO2-O2等作保护气体则称MAG焊接(Metal Active Gas Arc Welding)，上述混和气体一般为富Ar气体。特点：1. 和

4、TIG焊一样，几乎可焊接所有的金属，尤其适合于焊接铝及铝合金，铜及铜合金以及不锈钢等材料2. 由于用焊丝作电极，可采用高密度电流，因而母材熔深大，填充金属熔敷速度快，用于焊接厚板铝、铜等金属时生产率比TIG焊高，焊件变形比TIG焊小3. 熔化极氩弧焊可直流反接焊接铝及铝合金时有良好的阴极雾化作用4. 熔化极氩弧焊焊接铝及铝合金时亚射流电弧的固有自调节作用较为显著。C.焊焊利用某些熔点低于被连接构件材料熔点的熔化金属(焊料)作连接的媒介物在连接界面上的流散浸润作用，然后冷却结晶形成结合面的方法称为焊焊。显然焊焊过程必须采取加热(以使焊料熔化，但母材不熔化)和保护措施(以使熔化的焊料不与空气接触)

5、。按照热源和保护条件的不同，焊焊方法分为：火焰焊焊(以氧乙炔燃烧火焰为热源)；真空或充气感应焊焊(以高频感应电流的电阻热为热源)；电阻炉焊焊(以电阻炉辐射热为热源)；盐浴焊焊(以高温盐浴为热源)等若干种。通常可分为软焊焊加热温度在500以下又称银焊英文名称SOLDERING硬焊焊加热温度在500以上又称铜焊英文名称BRAZING。以前焊焊技术在钣金加工中具有封密性好,不易发生变形的优点,所以在钣金产品加工时用于修补或不同材质材料接头的连接,现在又开发了以电弧为热源的焊焊方法。(一)焊材的选择焊焊作业中为了得到良好的接头,应该根据母材的材质,接头的利用条件及可使用的焊焊方法选择合适的材料,所以在

6、现场广泛应用的各种焊材中,以各种焊材中,以各种焊材的特性为基准进行了下列分类。(I)铝合金焊:焊焊的焊接范围在560640之间可利用铝以及铝和其它金属合金的焊接炉中焊焊等方法这种焊材的接头强度高所以必须清除残留焊剂。焊焊范围在200350的铝软焊料可以使焊剂也可以让铝和其它金属连接。(II)银焊:根据焊材的种类焊焊可在620900范围内焊接但除Al,Mg以外。(III)黄铜焊:银焊可焊接材料的范围在820980这种焊材如照片2-23(a)的一般焊焊以及(b)所示的流动焊焊(铜焊) 。(IV)磷铜焊:在各种焊焊方法中可进行700900的焊焊作业主要是铜以铜合金。这种焊材可使用焊剂。(V)镍焊:熔

7、点为1000使用于高温下的接头或真空零部件的焊焊。(二)焊剂的选择与使用方法在众多焊焊作业中,为了得到好的焊焊结果,必须对照焊材选用合适的焊剂。基本的各焊材相应的焊剂成分选择基准如表2-8所示。焊剂在焊焊中的作用是防止母材和焊材氧化以及清除生成的氧化物不使用焊剂焊材的母材表面会产生大面积的球状现象,而使用了焊剂则产生良好的湿润现象。 焊剂除了有清除之个氧化物的作用之外,还有稳定焊温度的作用,稳定焊焊的温度在焊焊作业非常重要,焊材从熔化开始前到渗透整个接头,焊剂的除氧和防氧化作用是必不可少的。表2-8焊用的焊剂焊材适合的母材焊剂成分铝焊铝及铝合金氯化物,氟化物银焊铝,镁以外的金属硼酸,硼氯酸,氧

8、化物,硼氟化物湿温剂黄铜焊焊,镁以外的金属硼酸,硼氯酸,氩化物,硼氟化物湿润剂磷铜焊铜及铜合金氯化物,氯化物,硼氯酸,润滑剂镍焊铝,镁,铜以外的金属硼砂,硼酸,硼酸氯湿润剂 焊剂浓度越高焊焊作业越容易即固定热源的一点对于加热母材中心位置而局部温度上升的状况使用浓度有活性的焊剂就可以控制温度上升为扩散母材的焊焊温度区域起到了一个有效的稳定温度的作用。所以焊剂有清洁母材的作用清洁之后还可以保持有控制母材的加热状态等作用。(1) 焊焊接头的设定为了得到良好的焊焊接头除了合适的焊材和焊剂外设定接头的形状和接头的间隙也是非常重要的。 基本的焊焊接头有1.重迭接头2.对接接头3.嵌接接头强度最大气密性最好

9、的是重迭接头嵌接接头和对接接头次之接头的形态在焊焊部要求尽可能应力集中以便达到焊接要求的强度。 接头间隙和接头强度的关系任何一种接头形状都是间隙越小接头强度越大。接头强度要求很高时应该将间隙设定为0.050.1mm用稍高一些的温度进行焊焊。(2) 各种焊焊法的注意事项(I)TORCH焊焊:TORCH焊焊是以吹管中可烯性气体燃烧的气焰为热源的焊焊法。一般是手工作业时使用现在多用于专用的自动焊焊装置上这种可能会在局部加热所以作业时应该观察焊焊现象防止发生变形特别是手工作业时应该相当熟练才能得到良好的焊焊效果。熟练和不熟练不同结果的比较熟练者作业时母材加热状态下各测试点的差别很少几乎是平衡的温度所以

10、焊焊的效果整体情况很好。相反如果是不熟练者加热不均衡使母材各位置的温度相差过大部分位置过热致使焊剂和焊材受到破坏母材加热不足。()炉中焊焊:这种焊焊法是均行加热材料的同时调整温度,一炉加可同时焊焊多件,所以效率高质量好.由于不用清除焊焊后的焊渣。 所以说相对TORCH焊焊法是均衡加热材料的同时调整温度一炉可同时焊焊多件所以效率高质量好。由于不用清除焊焊后的焊剂,所以用炉中的气体在材料和焊材中焊焊可良好地焊接。()MIG焊焊:板金加工焊接时最主要的是将薄板焊接时的变形控制到最小上述的TORCH焊焊难免会产生变形所以为了提高热源的集中性可以利用电弧电源方法进行电弧焊焊高效率焊焊的MIG焊焊。这种方

11、法主要是在MIG焊的电极焊丝中使用焊材MIG焊焊时为了达到长弧状态应该设定稍高一些的电压提高焊接速度。(IV)其它焊焊:除了上述的焊焊外还有高周波焊焊电阻焊焊浸沾焊焊等等,高周波焊焊与TORCH焊焊相比加热效果好但价格昂贵设备费高给成本带来很大的问题电阻焊焊比点焊复杂焊接铜和铜合金时按照点焊的方法操作浸沾焊焊是将工件浸入到熔入到熔化的焊料和焊剂中的焊接方法。D.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。点焊调整中最主要的因素是加压力焊接电流通电时间以及电极。一、一般的接头形成过程(1)预压阶段:预压阶段的机电过程特点是Fw>0I=0其作用是在电极

12、压力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这就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:通电加热阶段的机电特点是Fw>0I>0其作用是在热与机械(力)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:冷却结晶阶段的机电特点是Fw>0I=0其作用是使液态熔核在压力作用下冷却结晶。二、判断金属材料点焊焊接性的主要标志(1) 材料的导电性和导热性电阻率()小而热导率()大的金属材料其焊接性较差。(2) 材料的高温塑性及塑性温度范围。高温屈服强度大的材料，点焊时塑性变形困难、易产生喷溅，这就要求选用热

13、硬性好的电极和能提供大压力的设备。塑性温度区间较窄的材料(如铝合金)，对点焊规范参数的波动非常敏感，这就对设备及其控制装置提出较高的要求。因此，高温塑性差、塑性温度区间窄的金属材料其焊接性较差。(3) 材料对热循环的敏感性。由于点焊热循环的作用，接头中出现某些焊接缺陷(淬硬组织及冷裂纹、热裂纹、软化.)使接头承载能力降低，故易生成与热循环有关的焊接缺陷的金属材料其焊接性较差。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。E.电焊利用药皮焊条做焊接材料的电弧焊方法。药皮的作用是提供焊接时的保护环境同时对焊缝金属起物理/化学冶金作用改善/增强焊缝的力学/化学性能。英文名称SMAW,SHIEL

14、DED METAL ARC WELDING。MIG/MAG焊使用的保护气体及其被保护材料保护气体焊接材料Ar除钢材外的一切金属Ar+He一切金属，尤其适合于铜和铝的合金的焊接He除钢材外的一切金属Ar+O20.5%1%铝Ar+O21%高合金钢Ar+O21%3%合金钢Ar+O21%5%非合金钢及低合金钢Ar+CO225%非合金钢Ar+CO21%3%铝合金Ar+N20.2%铝合金Ar+H26%镍及镍合金Ar+N215%20%铜N2铜CO2非合金钢CO2+O215%20%非合金钢水蒸气非合金钢Ar+O23%7%+CO213%17%非合金钢及低合金钢常用富氩混合气体的特点及应用范围被焊材料保护气体焊接

15、方法特点和应用范围碳钢及低合金钢Ar+O21%5%Ar+O220%熔化极采用射流过渡，使熔滴细化，降低了射流过渡的临界电流值，提高了熔池的氧化性，提高抗N2气孔的能力，降低焊缝含H2含O2量及夹杂物，提高焊缝的塑性及抗冷裂能力，用于焊缝要求较高的场合Ar+CO220%30%熔化极可采用各种过渡形式，飞溅极小，电弧燃烧稳定，焊缝成形较好，有一定的氧化性，克服了单一Ar保护时阴极漂移及金属粘稠的现象，改善蘑菇形熔深，焊缝力学性能优于纯Ar保护Ar+CO215%+O25%熔化极可采用各种过渡形式，飞溅小，电弧稳定，成形好，有良好的焊接质量，焊缝断面形状及熔深理想。是焊接碳钢及低合金钢的最佳混合气体不

16、锈钢及高强度钢Ar+O21%2%-提高熔池的氧化性，降低焊缝金属含H2量，增大熔深，成形好，液体金属粘度及表面张力有所降低，不易产生气孔及咬边，克服阴极漂移现象Ar+CO25%+O22%-提高了氧化性，熔深大，焊缝成形良好，但焊缝可能有少量增碳铝及其合金Ar+He(100%)Ar+He10%75%熔化极钨 极射流及脉冲射流过渡，电弧热量大，温度高，飞溅较小，电弧稳定，增加和改善熔深，减少气孔，提高焊接速度和生产率。当He含量大于10%时，飞溅较大。适于焊接厚铝板Ar+CO22%熔化极可简化焊前清理工作，电弧稳定，飞溅小，抗气孔能力强，焊缝力学性能较高铜及其合金Ar+N220%熔化极稳定的射流过

17、渡，电弧温度比纯Ar高，提高了热功率，降低了预热温度，但飞溅较大，焊缝表面粗糙Ar+He50%70%熔化极采用射流过渡及短路过渡，提高热输入量，减少预热温度钛锆及其合金Ar+He25%熔化极钨 极适于短路、射流及脉冲射流过渡，提高了热输量，改善了熔深及提高了焊缝金属的润湿性镍基合金Ar+He15%20%熔化极钨 极提高热输入量，改善熔化特性，提高及改善熔深形状，提高焊缝焊缝润湿性Ar+He60%钨 极提高了热功率，金属流动性好，焊波美观，钨极损耗少，寿命长，能抑制和消除焊缝中的CO气孔焊缝符号的表示方法焊缝符号是供焊接结构图上使用的统一符号或代号它是一种工程语言。各国的焊缝符号不尽相同。 在我

18、国焊缝符号由国家标准GB/T324-1988<<焊缝符号表示法>>规定(与国际标准ISO02553-84<<焊缝在图样上的符号表示方法>>基本相同可以等效采用)。 国家标准规定的焊缝符号包括基本符号辅助符号补充符号和焊缝尺寸符号。焊缝符号一般由基本符号与指引线组成必要时还可以加上辅助符号补充符号和焊缝尺寸符号。 基本符号是表示焊缝横截面形状的符号。国标中规定的一些熔焊基本符号如图(五)所示 辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号。它往往要与基本符号配合使用当对焊缝表面形状有明确要求时采用辅助符号如图(六)所示图(五)焊缝基本符号图(六)焊缝辅助符号

19、焊缝补充符号是为了说明焊缝某些特征而采用的符号。常见的有以下几种焊缝符号的标注方法焊缝符号和焊接方法代号必须通过指引线及有关规定才能正确地表示焊缝。指引线一般由箭头和两条基准线(一条为实线另一条为虚线)两部分组成(如图七所示)。 国标GB/T3241988中规定箭头线相对焊缝的位置一般没有特殊要求但是在标注V形单边V形J形等焊缝时箭头应指向带有坡口一侧的工件必要时允许箭头线弯折一次。基准线的虚线可以画在基准线的实线的上侧或下侧如果焊缝和箭头线在接缝的同一侧则将焊缝基本符号标注在基准线的实线侧相反如果焊缝和箭头线不在接头的同一侧则将焊缝基本符号标注在基准线的虚线侧。此外国标还规定必要时焊缝基本符

20、号可附带及数据其标注原则如下图所示,这些原则有 1)焊缝横截面上的尺寸标注在基本符号的左侧 2)焊缝长度方向上的尺寸标注在基本符号的右侧 3)坡角度坡口面角度根部间隙等尺寸标注在基本符号的上侧或下侧 4)相同数量符号标注在尾部 5)当需要标注的尺寸数据较多又不易分辨时可在数据前面增加相应的尺寸符号。常用的焊接检验方法1. 非破坏性试验1. 外观检查2. 无损检测1.射线检测(x,y射线高能射线)2.超声波检测3.渗透检测(荧光着色)4.磁粉检测5.涡流检测6.其它3. 致密性试验4. 水压试验5. 应力测量6. 其它2. 破坏性试验1. 力学性能检验1.拉伸试验2.弯曲试验3.硬度试验4.冲击

21、试验5.断裂韧性试验6.疲劳试验7.蠕变持久试验8.爆破试验9.其它2. 化学分析及试验1.化学分析2.腐蚀试验3.含氢测定3. 金相检验1.宏观断口组织2.微观断口组织4. 焊接性试验5. 其它检验NWE现有焊接设备组成及其焊接能力1.点焊机固定式C型点焊机 奇龙100KVA交流IC同步控制点焊机6台 松下100KVA交流微电脑控制次级电流补偿点焊机10台(日本技术唐山松下产) 以上点焊机可点焊镀锌钢板、冷轧钢板、不锈钢板、马口铁、热 轧钢板板厚范围0.3mm-6mm两板搭接 NAS TOA变频直流50KVA微电脑控制点焊机1台(日本产) 可点焊板件范围为0.3mm -3.5mm 悬挂式点焊

22、机 诠兴牌48KVA悬挂式点焊机(台湾产)1台 可点焊板件范围为0.2-3mm两板搭接 电容储能式点焊机 鹏煜威4500J电容储能式点焊机1台 可点焊铝及铝合金板厚为0.4mm-3.0mm 三相次级整流点焊机 美通牌3X100P三相次级整流点焊可点焊铝及铝合金板厚0.44.5mm铜及铜合金0.24mm。2.MIG手工焊机 有OTC 350P直流脉冲MIG焊机1台美国飞马特MIG350A焊机3台可焊接软钢能力为板厚0.8mm以上铝及铝合金2mm以上 Fronius TPS4000半自动MIG焊机1台可焊接软钢能力为板厚0.8mm以上铝及铝合金1mm以上3.TIG手工焊机 日立HITACHI交直流

23、两用脉冲TIG焊机5台可焊接软钢能力为板厚为0.4mm以上铝及铝合金1.0mm以上。 PANASONIC 300P交直流两用脉冲TIG焊机2台可焊接软钢能力为板厚为0.4mm以上铝及铝合金1.0mm以上。4.MIG焊接机器人 计有瑞典ABB MIG焊接机器人4台日本YAKAWA公司生产MOTOMAN WF200 MIG焊接机器人1台；可焊接镀锌钢板、冷轧钢板、不锈钢板、马口铁、热轧钢板板厚范围为0.8mm以上瑞典ABB IRB1400AWI铝焊接机器人1台可焊接铝及铝合金板厚范围为0.8mm以上5.TIG焊接机器人计有瑞典ABB TIG非填丝焊接机器人1台可焊接0.4mm以上镀锌钢板、冷轧钢板

24、、不锈钢板、马口铁、热轧钢板MOTOMAN UP20 TIG填丝机器人1台可焊接0.4mm以上镀锌钢板、冷轧钢板、不锈钢板、马口铁、热轧钢板、铝及铝合金6.等离子焊接机日本日铁300ASR交直流等离子焊接机1台可焊接0.1mm以上镀锌钢板冷轧钢板不锈钢板马口铁热轧钢板铝及铝合金计算机机箱网络机箱常用金属材料及板厚范围:1. 热浸镀锌钢板(GI)板厚范围为0.61.5mm为最常使用之材料2. 电镀锌钢板(EG)板厚范围为0.62.3mm也为最常使用之材料3. 电镀锡钢板(马口铁SPTE)板厚范围为0.150.6mm,通常用作弹片4. 不锈钢板(奥氏体不锈钢)板厚范围为0.13.0mm5. 冷轧碳

25、素钢板(CRS)板厚范围为0.33.2mm6. 铝及铝合金主要为纯铝1100及防锈铝合金5052板厚范围为0.53.0mm7. 热轧钢板(SPHC)板厚范围为2.05.0mm薄板结构件加工(焊接及铆接/粘接)知识5.1焊接5.1.1焊接和各种薄材金属零件的结合法用于进行切割、折弯及成形等塑性加工的金属薄板零件都可以组合成更复杂的部件。表5.1.1所示为各种结合法及其特征。一般情况下,金属薄板结构件在组合过程中选择焊接的比例比较多。但是像镀锌钢的连接小型单层机壳的组装以及难度大且极易变形薄板的紧固安装等,铆接铆钉结合或粘接结合的方法也都会用到。表5.1.1薄材金属零件的结合技术28结合法外观强度

26、不同材质结合精度再分离大部件结合热影响前后处理费量产性设备费焊接-焊焊- -铆接-铆钉结合-螺柱结合-粘接- “”最好 “”良好 “”一般 “”不好 “”不可能强度高的构件,最适合连续焊接。可是对于薄材来说因为容易发生变形而难以进行连续焊接。所以可以采用的较好方法是间断弧焊、点焊等焊接方法。铆接、铆钉紧固、螺柱结合等方法一般用于不需要进行表面喷漆处理的毛坯材料及不锈钢板等零件的加工。这些方法不需要进行中间组装可以在组装生产在线直接组装。虽然这些方法所用原材料价格昂贵,但与焊接不同的是不需要在焊接后进行精加工和喷漆处理所以不需要大型喷漆装置。由于省去焊接之后的喷漆作业环节可以防止生产在线半成品积

27、压,达到降低综合成本的目的。喷漆前构件要保持原来的框架状态喷漆面要按要求码成平面状放置在组立现场的这些零部件通过采用类似装配的方法利用铆钉进行小批集约从而可以提高喷漆、搬运的效率和结构件(框体)的精度也可以降低综合成本。加工薄材金属容器时主要也是采用焊接的结合法。但是对强度要求不高的小容器多采用铆接、焊焊及粘接等结合方法。对于需要气密水密的容器一般是采用密封性好的焊接工艺。具体选择那种焊接工艺方法还要考虑工件的结构尺寸强度材质及后处理等问题最后选出能确保密封性要求的铆接、焊焊或粘接的最佳(有效且整体成本低)的结合方法。综上所述结合方法不但与材料材质有关还将影响到整个生产流程的效率所以有必要进行

28、认真地检讨。5.1.2焊接焊接是将2个工件的接合部位相互熔融并且是添加填充金属的同时熔融让原子结合的结合方法。接合的部分基本上成为和母材保持同一强度的连接构材。焊接一般采用电弧的热源进行加热。包含电弧焊在内的各种焊接方法因为都是采用对接触部材料进行熔融后冷却结合成一体的方法所以在对局部进行的加热、熔融、冷却及凝固等处理后必然会出现下列复杂的变形现象。(1) 产生残留应力加热板材的一个部分时虽然这个部分发热膨胀会向周围扩展但这部分加热时屈服应力变低了周围部分的变形不会扩张变软膨胀的部分会隆起而焊接后随着冷却的进行这部分收缩后会恢复到常温时的强度所以隆起部分不会变薄导致周围出现收缩拉伸变形或拉伸残

29、留应力现象。当加热部熔融、凝固的时候这部分残留应力会随之扩大。焊接部位是对接焊边角搭接焊或其它接合方式焊时在熔融、凝固过程中由于工装夹紧板厚差异焊缝有无开坡口焊接填充金属量等问题会产生各种程度的变形收缩和残留应力。这些残留应力熔融和凝固组织是焊接部位的强度降低的原因。板材较薄时焊缝产生的收缩以及拉伸残留应力与焊缝外部的平衡压缩应力比较难以控制。如图5.1.1所示板材的周边会出现起伏不平的弹性纵向弯曲。弹性纵向弯曲也不好控制。要想不影响外观是困难的所以像这样容易变形的工件焊接只能选择热量输入少残留应力少的焊接方法。像图5.1.1那样纵向弯曲时如果在图中板材的两侧有一道焊缝和平行的折弯绫线就能防止

30、纵向弯曲。一般我们希望薄材结构件的焊接位置是截面形状中有刚性的位置。如果利用点焊、凸焊、激光(激光)束焊、电子束焊等热量输入小的焊接方法的话就可以避免这个问题。(2) 焊道熔融凝固的部分变成了和母材不同组织的焊道焊道有时比母材软有时比母材硬。焊接薄板时为防止烧穿应利用垫材加热宽度也应减窄。这是因为焊道部位一受到淬火(骤冷)作用焊道会马上膨起比其它部位焊道的强度高出许多。不填丝焊时浇注不足(圆角)时候因为使用的是热量集中、热量宽度小的焊接所以焊道部位是从周围淬火(骤冷)焊道部位就会比母材的强度高。但是因为对接部位有缝隙这个部位的焊道会变薄其厚度就会变成原先厚度的80%以下所以必须考虑对接部位的精

31、度不良问题。焊道外观要求保证美观时通常采用TIG焊接、等离子焊接和MIG短弧焊接。在任何时候只要在曲面部位、隅角部位等以外的平面位置焊接就不能避免板面的弹性压弯引起的弯形。(3) 热影响区非铁金属等材料在焊接加工硬化时接近焊道受电弧热影响的部份母材区域叫热影响区。热影响区因受电弧热影响而变得最软。必须注意发热程度和软化程度因材而异。像激光(激光)束焊电子束焊等输入热量小的焊接其所产生的热影响区也较小。5.1.3 用于薄材金属结构焊接方法的特征比较如表5.1.2所示。5.1.2薄材金属零件之焊接方法焊接方法适用材料薄材推崇作法最小板厚接合部位外观变形熔渣喷溅焊接速度消耗费用设备成本气焊钢,AL,

32、黄铜镀钢板细径火口0.5电焊(焊条)焊钢,SUS,Cu 镀钢板细线棒1.2MIG焊钢, SUS,AL,Ti脉冲电源0.8MAG(CO2)焊钢,镀钢板Short arc0.8MAG(混气)焊钢,镀钢板Short arc0.8TIG焊大部分材料都可以脉冲电源0.5等离子焊大部分材料都可以Microplasma0.3激光焊钢,SUS,Zn钢板0.2缝焊钢,SUS,Zn钢板0.5滚焊钢,SUS,Zn钢板0.5点焊钢, SUS,Zn钢板、AL0.4凸焊钢,Zn钢板0.3螺柱焊钢, SUS,Cu,ALPercussion0.5“”最好 “”良好 “”一般 “”不好 “”不可能在下表的焊接之中有气焊包剂焊(

33、涂药电焊)MIG焊CO2焊混合气焊TIG焊等离子焊等焊接方式。必须注意的是输入热量的多少各有不同必须正确理解5.1.1项中所讲到的薄材焊接的注意事项。薄材结构件在焊道不太长的重要位置上周围的刚性很高隅角等位置的焊接可以灵活运用上述的焊接方法。CO2激光(激光)焊、YAG激光(激光)焊等激光(激光)束焊在对接(平接)的时候既使是平板部位如果对接线精度好的话除了可以保证不变形焊接部位厚度始终不变。另外还可以进行搭接焊可以只熔穿一张板厚的板。因为输入热量的控制性好所以可以保证美丽的外观不发生变形现象。然而这些焊接的设备价格很高必须对工艺进行变更设计以节约材料后加工等涉及加工系统全体整合的费用。辅助接

34、口设备必须达到高精度才能使这些设备发挥其特点。缝焊、滚焊、点焊、凸焊等电阻焊受电极形状的限制焊融部位在板材表面不同的位置输入热量少所以是结合薄材结构件非常有效的焊接方法。尤其是点焊可以承接一切薄材结构件的加工。(1) 气焊气焊就是利用乙炔火焰加热来进行焊接所以弧长和弧焊不同。其优点是可灵活变更被加工材料和火焰之间的距离随意调整加热组合以适应薄材钢板的焊接和焊焊等。问题是加热范围广加热时间长易变形易出现大面积氧化现象。(2) 电焊(焊条)电焊就是利用焊条和被焊母材之间产生的电弧进行焊接。电焊设备结构简单故可以在狭窄的空间内进行焊接。因为它任何姿势都可以焊接所以可以对框架结构的机架进行焊接。(3)

35、 MIG焊接如图5.1.2结构所示MIG焊就是采用混合惰性气体进行保护的焊接。焊丝和保护气体送给实现自动化。MIG焊的优点是不仅有可以焊AL等活性金属还不要助焊剂、很少发生焊渣和飞溅。缺点是这种焊接设备价格比较高保护气体也较贵而且电弧稳定性易受风的影响。加工薄板时如果用细丝短弧焊接那么电弧比较稳定输入热量也少焊道很光滑。虽然设备的价格稍高但如果脉冲完全相同的话粗焊丝同样也可以进行短弧焊接。(4) CO2保护焊混合气保护焊这两种焊接方法为普通钢板(软钢)专用其设备装置和MIG焊相同。CO2保护焊接所使用的保护气体CO2与MIG焊相比它具有保护气体便宜纯度高等特征但缺点是焊接时飞溅较多。焊接薄板时

36、最好是采用细丝短弧焊。混合气焊是指保护气体是氩气中混合不到25%的CO2与CO2焊相比飞溅很少所以它具有适应性广泛(钢材品种)的优点。只是这种保护气体价格较高。(5) TIG焊是一种以纯氩气为保护气体利用钨极和被加工母材之间产生的电弧并用该电弧进行焊接的焊接方法。该焊接法具有可焊接金属材料种类多、不需要焊剂且很少产生焊渣和喷溅从超薄板到厚板都可以焊接无论什么部位都可以焊接等众多优点。其缺点是焊接速度慢电极材料和保护气体价格都很高。虽然焊道光滑完美但如果是非镇静钢类的软钢焊接焊道就会产生凹痕所以最好是利用含锰等脱氧剂的焊条。焊接薄材时由于是利用脉冲电源故可以防止产生焊渣得到美观的底层。焊接薄材时

37、使用的钨极直径1.6mm-3.2mm尖端角度为45°- 60°。(6) 等离子焊等离子焊就是利用从铜造细电极中喷出的高温TIG等离子电弧进行焊接的一种焊接方法。这个等离子电弧的周围充满保护氩气。加工薄板时通过调整电极和钨极之间的导引电弧小电流的焊接也可以用稳定的等离子弧焊。它的用途和TIG焊差不多与TIG焊相比电极消耗少电弧的能源密度高且纵向方向的电弧均匀。所以电弧长度变化给焊接效果的影响较小。缺点是它的安装比TIG焊复杂。(7) 激光束(激光)焊是一种以红外线激光为热源的焊接。激光具有高能量高密度光柱高度集中的特点。因为焊道处的输入热量少所以邻接部位不会受到热影响。即使是

38、在狭窄的位置也可以焊接。目前可以用来进行焊接的激光加工机中有CO2激光、YAG激光。CO2激光的波长是10.6mYAG激光的波长是1.06m。因为CO2激光的容量大所以普及台数多但因为波长太长所以不能用玻璃纤维输送。激光焊接的特征如下:(1) 宽度和深度的比例是1:5所以可以进行深度焊接加工。(2) 因为熔深大所以不需要开坡口。(3) 由于输入热量少所以基本没有焊接变形变形率是TIG焊的几十分之一。(4) 因为输入热量少所以热影响区小。(5) 淬火面窄所以焊道韧性比其它焊接方式强。(6) 焊接速度快。(7) 可广泛适应于各种金属焊接。(8) 脉冲连续控制效果好。 缺点是:(1) 设备价格高。(

39、2) 需要激光气体、透镜(片)、灯等运行成本。(3) 必需备有保护透镜(片)、焊道部位的辅助气体。(4) 如果被加工材料中含有气体或容易蒸发的成分焊接结果就会变差。以上特征中的(3)-(6)是针对薄板的焊接板厚或强度不同的板用激光(激光)焊接之后其成形加工可以利用定制坯料(坯件)成形法。(8)缝焊是将2张板的重迭部位(如图5.1.3所示)夹在旋转的圆盘形状的电极轮上连续进行加压、通电、点焊加工使之实现线状接合的加工方法。如果对焊接线反复间断通电进行连续点焊加工就必须准备密封接合线暂停通电的焊融部位也必须重合重合量可通过调节暂停时间来控制。焊接中会有部分无效电流缝焊所需的电流是点焊的1.52倍所

40、以也有可能会产生像图5.1.1那样的变形。(9) 挤压滚焊如图5.1.4所示缝焊的重迭余量是板厚的几倍在挤压的同时对接合部位进行焊接的方法叫挤压滚焊。由于一焊就会发生飞溅,所以必须在锻接的范围内选择可以接合的条件进行焊接。锻接比电焊的可靠性高作业环境好最适合于容器的纵向连接。从目前来说不同材质板料的连接激光焊接也常使用。(10) 点焊点焊是把重迭板压紧在2电极之间在加压的状态下短时间通高电流利用电阻热熔化母材金属形成焊点的方法。这时必须选择合适的电流加压力以及通电时间。母材和上下电极板与板之间的接触电阻和材料自身存在的电阻等可以发热焊融。但在电极的接触位置这个热量避开了电极所以电极接触表面不呈

41、现出焊融部而电极内侧的2块母材的接触部位中心会产生透镜形状的熔核使之接合。热量过大表面就会焊化板材的重迭量太少焊融金属产生向外飞散现象。因为点焊的焊融部不出现在表面输入热量少。同时也给接合部位加压除了在电极的加压部产生浅浅的压痕之外整块板很少发生变形很少产生氧化膜所以适合薄板的焊接。被广泛应用于薄板结构件的焊接。点焊时端面到焊点的距离焊接点和焊接点的距离2块板厚度比等都有限制值所以必须非常了解这些知识灵活运用。我们推荐最好是使用如图5.1.3所示以RVOMA(美国电阻焊机制造者协会)软钢板的点焊连接的尺寸为标准和表5.1.4所示的RWMA交流电源点焊(软钢)工艺条件。由于点焊在表面看不见熔核部

42、位所以必须按图5.1.5的各种参数要求严格管理必须有非常健全的质量管理和保证的体系。在JIS(Z3140)中规定有点焊的检查方法。软钢板中板厚与强度的关系如图5.1.b所示。图中A.B.C线与表5.1.3中的实验数据平均值相对应。表5.1.3点焊部位尺寸板厚(mm)最小重迭(mm)最小间距(mm)电极(mm)0.41083.2120.611104.0120.811124.5121.012185.0121.214205.5121.616276.3132.018357.0162.320407.6163.222509.016表5.1.4 点焊的推荐条件板厚(mm)A类B类C类时间(h)加压力(kgf

43、)电流(A)时间(h)加压力(kgf)电流(A)时间(h)加压力(kgf)电流(A)0.4412054008754400204035000.661506600121005500265043000.881758000161206400327050001.0102209000201507200368556001.212275100002317580004210061001.616370116003023092005213571002.0204801320038300104006017580002.3245701440043330110006520086003.2328201740060480132

44、008428510200但是加工箱状工件时。由于结构复杂形状不同内外电极插入加压受到限制。这时可使用单侧通电点焊法。如图5.1.7所示的间接法及图5.1.8所示的系列法等。间接点焊法是在下侧板的下面既使是喷漆的时候没有电流通过也可以焊接因为漆膜变冷却所以漆膜不会磨损可直接焊接。对于有口径的结构件(框体)多数从外侧电极通电内侧条状电极可以使用专用机送入和取出。点焊虽然可以用于高强度钢板、不锈钢板、铝、亚焊镀钢板等加工但由于这些材料比软钢材的加工条件难度高所以必须注意表5.1.3的结构尺寸要求。加工软钢板时以铬铜为焊接电极但加工高强度钢板不锈钢板时则以铍铜为电极加工铝板时以铬铜为电极。图5.1.5

45、影响点焊强度的因素 (11) 凸焊 点焊是在点和点接近的地方分流所以必须是在一块板上形成一个突起的点在这个突出面上面通电焊接的方法称为凸焊。这个方法在板厚相差超过5的情况下厚的一侧凸起可以保持热量平衡进行焊接。并且如果是利用环形回路进行凸焊的话焊接后还可以保证这个突起部的内外密封性。 进行凸焊的同时必须有与焊接点数相同的大电流专用电极和特殊焊接电源。(12) 螺柱焊 在板材上放一个双头螺柱有螺柱(点焊)焊法冲击(储能)螺柱焊接法两种而薄板一般采用的是冲击螺柱焊接法。5.2焊焊 焊焊是一种不让接合的母材相互焊融通过和母材组合不同融点的低焊焊在母材缝隙间焊接凝固焊料和母材相互熔析的接合方法。 这时

46、使用的助焊剂起破碎母材表面的氧化物保护焊焊和母材等作用。因为焊料熔化快凝固慢所以在加工各种材料时都可以使用。 一般来说由于低融点的焊料比母材的强度低所以即使焊焊处没有空隙等缺陷接头处的焊料强度也很低。但是在缝隙合适的情况下所结合的焊料部位的强度比母材精密比焊材单独的拉伸强度大许多。 如果是重迭连接就要增加焊料的面积焊材部位的强度就没有问题。但如果是接合部分无论怎样设定浸透焊料的间隙焊料都会完全被浸透所以探讨连接处的形状成了一个重要的课题。 加工薄板时角部、弯曲处、隅角处的连接是焊料最容易浸透的部分。表5.2.1焊材和焊剂焊材主要元素焊剂温度范围适应材料焊锡Pb、Sn松脂、磷、盐、氟化物1853

47、15钢Cu、Al、SuS铝合金焊料Al、Si氯化物、氟化物580615Al、Al合金银焊Ag、Cu、Zn硼酸、氟化物、硼氟化合物620800除Al、Mg以外的金属材料磷铜焊Cu、P盐、氟化物、硼氯酸720925Cu、Cu合金无焊剂也可以黄铜焊Cu、Zn硼氯酸、氟化物、硼氟化合物820935除Al、Mg以外的金属材料镍焊Ni、Cr、Si、B硼砂、硼酸、硼氯酸875-1135除Al、Mg、Cu以外的金属材料表5.2.2焊焊法焊焊法焊材供给反应促进、表面保护薄材结构的应用简便性焊焊烙铁焊料焊焊、焊料焊焊焊剂线、极薄板的结合、槽、缝隙等的平滑化吹(气)管焊焊焊料焊焊、焊料焊焊还原剂、焊剂容器和管、管和

48、管的接合、球状、角部平滑化高周波焊焊焊料焊焊焊剂容器和管、管和管的接合、凸起零件的安装电弧焊焊焊料焊焊不活性气体容器和管、管和管的接合、隅角、角部的平滑化炉中焊焊焊料焊焊还原性气体、真空小型结构的一并接合、热交换器的接合最好 良好 普通 不好 在表5.2.1中表示的是适用于薄材结构件的焊料及焊剂。在这些焊料中大部分都可以用于线材和板材但磷铜焊料却是不易加工的因为它发热时变成热旋转锻造加工等的线材。只有镍和非晶质箔加入结合材料时多用粉末状。在表5.2.2中表示的是这些焊焊在实际中适用的焊焊法。 焊焊的选择与金属有关.因为金属的种类很多,所以必须考虑到材料之间的电极电位差和母材生成的金属化合物等情

49、况.5.3构材相互间的铆接结合 薄板结构件特别是整体式车身、板材相互间的结合最好是使用铆接法。特别是焊接不熟练时电镀材和表面处理材利用这种结合法可以最大限度地产生出这些材料的特性。铆接法不需要进行表面处理等加工可以从事信赖性极高的结合。铆接加工中塑性加工是一个重要的部门。 关于这些铆接部的强度因为没有能完全除去与单纯的卷边(接缝)相关的东西所以必须根据形状结构参考铆钉的强度计算法等推算的强度。5.3.1各种铆接法 在表5.3.1中表示的是各种构材相互间的铆接法.(1) 折弯折迭(坚固)是折弯板的截面插入其它构材的结合法多用于冲床中和其它零件结合时的方法所谓缝边实际上是折弯压花和压板之间的板挤压

50、的结构。当以折弯压花的端面为外径尺寸时这部分的折弯位置的移动或壁厚减少必将会影响精度的修正。表5.3.1构材的铆接结合截面略图方法铆接的位置连接位置之例使用工具缝边铆板边和板边的折弯压花部在重迭零件的截面处连接冲床和折弯压花模卷边铆板边的折弯压花部和板边的折弯压花部平板的连接、筒的纵接冲床和折弯压花模全周边铆板的周边和周围压端间的二重折弯部压花容器底部和壁部的连接(可用密封剂气密)卷边接缝专用机折弯铆孔穴和切口弯折凸起部的折弯,孔穴和板边凸起部的折弯重迭板的连接交差板的连接手动折弯工具,冲压压花模具钮转铆孔穴和切口弯板凸起部的扭转直交板的连接手动扭转工具翻边铆孔穴和翻边起部的压花尖端挤压重迭板的连接冲床、铆合模压花铆孔穴和板边凸起部的压花直交板的连接冲床和专用工具拉伸铆孔穴和外伸部分凸起部尖端的挤压重迭板的连接冲床和专用工具剪切铆重迭板的剪切部的板面外部的压花重迭板的连接(保护铆后部的密封性)冲床和专用工具外伸铆(或TOX铆即