第3章： 对焊(2h)

1、第第3 3章章对对 焊焊第第3章章 对对 焊焊本章主要内容：本章主要内容： 一.点焊基本原理 二.点焊一般工艺 三.常用金属材料的点焊 四.特殊情况下的点焊工艺第第3章章 对对 焊焊概述定义定义：把两个工件端部相对放置，利用焊接电流加热，然后加 压完成焊接的电阻焊方法。包括电阻对焊和闪光对焊两种。优点：生产效率高，质量可靠，易于实现自动化。应用：型材的接长（如钢轨），闭合零件的拼口（如轮圈）， 异种金属材料的对焊（如刀具），部件的组焊（如后桥 壳体）等等。 1）电阻对焊可焊接250mm2以下的金属型材。 2）闪光对焊主要焊接1000mm2左右闭合零件拼口。 3）预热闪光对焊可焊接5000100

2、00mm2大截面黑色金属零件。 4）新发展的脉冲闪光对焊可焊接10000mm2截面的输气管道。第三章第三章 对对 焊焊图1：对焊应用举例a）钢轨 b）管道 c）汽车轮辋 d）链环 e）万向轴壳 f）汽车后桥壳体g）连杆 h）拉杆 i）特殊情况零件 j）排气阀 k）刀具对焊应用实例对焊应用实例：第第3章章 对对 焊焊一一. .电阻对焊电阻对焊定义定义：电阻对焊（upset butt welding），是将焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热成塑性状态，然后迅速加顶锻力来完成焊接的方法。应用：丝材，棒材，板条和厚壁管材的接长；金属材料可以是碳钢、不锈钢、铝及其某些合金。1.1.电阻

3、对焊过程分析电阻对焊过程分析1.1焊接循环：预压、加热、顶锻、保持、休止等程序组成。预压、加热、顶锻为焊接接头形成过程，在等压式电阻对焊中，保持和顶锻两程序合并。第第3章章 对对 焊焊图2：等压式电阻对焊I-电流F-压力S-位移图3：变压式电阻对焊第第3章章 对对 焊焊（1）预压阶段预压阶段：与点焊焊接循环中的预压相同，只是对口接触表面上压强要小一些。清理表面的不平和氧化膜清除，形成物理接触点的作用不如点焊充分。（2）加热阶段加热阶段：在热机械力联合作用下，对口接触表面及临近区域可发生下面4步过程： 加热开始时，一些接触点被迅速加热、温度升高、压溃使表面紧密贴合。 随着通电加热的进行，温度急剧

4、上升，电阻热主要是2Rw和Rc产生。温度场分布是对口处最高 在热和力的作用下焊件对口及临近区域发生塑性变形、动夹具位移量增大，温度场的分布特点，使得塑性变形主要集中在对口及邻近区域。 若在空气中加热，金属容易被强烈氧化， 产生氧化物夹杂，用惰性气体或还原性气体保护可减少金属的氧化。 加热阶段产生的塑性变形使压力减小，塑性变形使压力减小，压力曲线下降压力曲线下降；温度的升高，使电阻变大，使电阻变大，电流减小，电流曲线下降。电流减小，电流曲线下降。第第3章章 对对 焊焊第第3章章 对对 焊焊（3）顶锻阶段（顶锻阶段（两种方式） 一是顶锻力等于焊接压力； 二是顶锻力大于焊接压力。 等压方式加压机构简

5、单，便于实现，但效果不如变压方式好，所以用在合金钢、有色金属及其合金的对接，有时还用带电顶锻程序，目的是容易更好的塑形变形和好的接头质量。第第3章章 对对 焊焊1.2.1.2.电阻对焊接头形成实质电阻对焊接头形成实质同种金属电阻对焊时同种金属电阻对焊时：对口处及临近区域温度分布与塑性变形使其产生再结晶，对口温度高达0.80.9Tm，对口处发生了再结晶并有长大，即新产生的再结晶晶粒互相吞并长大使晶界转移完善，形成两焊件所组成的共同晶粒，对口处接触面消失。异种金属电阻对焊时异种金属电阻对焊时：对口接触表面达到紧密接触并发生了互相扩散现象并具有一定的体积深度，对口处接触面明显存在（在扫描电镜中可观测

6、到） 。综述：电阻对焊是一种高温塑性状态下的固态焊接，其接头连接实质有再结晶、相互扩散两种形式，但均为固相连接。第第3章章 对对 焊焊1.31.3获得优质接头的基本条件获得优质接头的基本条件1）沿着长度方向有合适的温度帆布，端面加热均匀，温度适当，通常端面焊接温度Tw在0.8-0.9Tm。因此要对端面进行清理；严格的机加工2）对口和邻近区要有足够的塑性变形。3）焊缝中不应有氧化杂物，氧化物来源是焊前原有的以及加热过程新产生的，前者要仔细清理，后者要用保护气体。第第3章章 对对 焊焊2.2.规范参数选择规范参数选择主要规范参数有：调伸长度、焊接电流密度（或焊接电流）焊接时间、焊接压力和顶锻压力。

7、2.1.2.1.调伸长度调伸长度：焊件从静夹具或活动夹具中伸出的长度，又称调置长度。 作用：保证必要的留量（焊件缩短量）和调节加热时的温度场。调伸长度过大将使温度场平缓，耗能增大，塑性变形不集中在对口处，氧化膜不易排除，还易产生错位、旁弯等形位缺陷。调伸长度过小将使夹具电极散热增加，温度场变陡，塑性变形困难，需增大焊接压力和顶锻力。2.22.2焊接电流密度和焊接时间焊接电流密度和焊接时间：一般采用大电流和短焊接时间。焊接电流密度j和焊接时间关系式：式中：Ku为常数；第第3章章 对对 焊焊2.3.2.3.焊接压力焊接压力F Fw w和顶锻力和顶锻力F Fu u顶锻力Fu：顶锻阶段施加给焊件的压力

8、。对析热和塑性变形均有影响，常用单位面积压力P来表示。等压式电阻对焊时： 焊钢，Pw=Pu=2040MPa； 焊有色金属， Pw=Pu=1020MPa；变压式电阻对焊时： 焊钢，Pw=10 15MPa，Pu=100150MPa; 焊有色金属，Pw=18MPa，Pu= 350450MPa;第第3章章 对对 焊焊3.电阻对焊应注意的几点（1）电阻对焊过程中的电阻及其变化。（图4和图5）图4：电阻对焊时的电阻等效电路 图5；电阻对焊时的总电阻和时间关系第第3章章 对对 焊焊（2）电阻对焊加热结束时的温度分布:低于闪光对焊图6：电阻对焊加热结束时的温度分布（3）各种材料电阻对焊参数选择： 参考表4-1

9、3、表4-14和表4-15（P93）（4）电阻对焊时的两种焊接循环 前者加压机构容易实现，后者有利于提高接头质量。第第3章章 对对 焊焊概念：焊件装配成对接接头，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触；利用电阻热加热这些接触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至焊件一定深度范围内达到预热温度时，迅速施加顶锻力完成焊接方法。包括：连续闪光对焊和预热闪光焊。第第3章章 对对 焊焊1.1.闪光对焊的基本原理闪光对焊的基本原理1.1闪光对焊接头的形成 移动夹钳使工件表面轻微接触，形成许多接触点。电流通过使接触点熔化，成为液体金属过梁。由于电流大，使过梁中金属蒸发，过梁爆破。随着动夹钳的缓慢推进，过梁不

10、断产生与爆破。在蒸汽压力和电磁力作用下，液体金属微粒从对口间喷射出来，形成火花急流闪光。焊接接头缩短，温度进一步升高，并沿工件一定深度上达到塑性变形温度，动钳突然加速，对焊件施加足够的顶锻力，间隙迅速减小，过梁停止爆破，随即停止通电。同时挤出液态金属和氧化夹杂，有一定的塑性变形，促使再结晶进行，形成共同晶粒，获得牢固接头，加热过程中有熔化，但实质上是固相焊接固相焊接。第第3章章 对对 焊焊1.2.闪光对焊的热源及加热特点热源：电阻热 夹钳电极对焊件的夹紧力很大，故接触电阻很小，析热少且远离焊缝接头，对加热过程所其作用很小。故析出电阻热u 焊件内部电阻 2Rw2Rw=m=mT T2l/S2l/S

11、； 式中 m-集肤效应系数； T-焊接区金属的电阻率； l-焊件的调伸长度； S-焊件的截面积。第第3章章 对对 焊焊Rc=9500k/（S2/3vf1/3j）10-6；第第3章章 对对 焊焊u闪光对焊时电阻变化规律见图7：图7：闪光对焊时的电阻变化 闪光对焊时动态电阻rc较大；焊接时，随着接触面积的增大，接触电阻变小；rw由于温度的升高，逐渐变大，总电阻变小。 rc始终大于rw ，并且其减小幅度大于增加rw ，所以总电阻下降，接触时候，rc消失 Rc起加热的主要作用；占总析热的85%90%。第第3章章 对对 焊焊u闪光对焊的温度分布 图8：闪光对焊时沿焊件的温度分布a）连续闪光对焊；b）预热

12、闪光对焊；c）连续闪光对焊终了时的温度分布 f-闪光留量； f ， f -刚达到准态时的闪光留量；Tpr-预热温度； A-端面的温度变化规律；B-不同烧化量时沿焊件长度获得的温度分布； 理论上：闪光对焊进行到f 时沿焊件长度的温度场进入准稳态，可以转入顶锻阶段；实际焊接时，考虑加热的不均匀性和端面下料误差，继续进行到f （ f 比f 大50%100% ）。 预热闪光对焊：在连续闪光之前进行预热，然后在进行闪光与顶锻。预热效果：1.减小温度梯度；2.加热终了时温度分布平缓。第第3章章 对对 焊焊2.2.闪光对焊的一般工艺闪光对焊的一般工艺2.1.2.1.焊接循环焊接循环 焊接循环由闪光，顶锻，保

13、持，休止等程序组成；闪光和顶锻两个阶段构成连续闪光对焊接头的形成过程。预热闪光对焊是在上述焊接循环中增设有预热程序。预热方法有两种：1.电阻预热；2.闪光预热；图9：闪光对焊焊接循环第第3章章 对对 焊焊闪光的作用：闪光的作用：（1）加热焊件，热量主要来源于液体过梁的电阻热以及爆破时部分金属液滴喷射在对口端面上所带来的热量。（2）烧掉焊件端面上的脏物和不平，因此降低了对焊前端面的准备要求。（3）防氧化：液体过梁爆破时产生的金属蒸气及气体减少了空气对对口间隙的侵入，形成保护；同时金属蒸气及抛射出的金属液滴被强烈氧化，减少了气体介质中氧的分压，从而降低了对口间隙中气体介质的氧化能力。（4）闪光后期

14、端面形成的液体金属层，为顶锻是排除氧化物和过热金属提供了有利条件。顶锻的作用顶锻的作用：（1）封闭对口间隙，挤平因过梁爆破而留下的火口。（2）彻底排除端面上的液体金属层，使焊缝中不残留铸造组织。（3）排除过热金属及氧化夹杂，造成洁净金属的紧密结合。（4）使对口和临近区域获得适当的塑性变形，促使焊缝再结晶。第第3章章 对对 焊焊第第3章章 对对 焊焊u闪光对焊时，为获得优质接头，应做到闪光对焊时，为获得优质接头，应做到：（1）闪光阶段结束时： 闪光进行得稳定而激烈，使对口处金属尽量不被氧化。尤其应控制好从闪光后期至顶锻开始瞬间，闪光不能中断和应有更高的频率和过梁爆破。防止闪光过程中工件短路，使端

15、面局部过热。 端面加热均匀，沿零件长度获得合适的温度分布，端面有一层较厚的液态金属。（2）顶锻阶段结束时：对口及临近区域获得适当的塑性变形；使闪光阶段氧化了的金属尽量挤到毛刺中去，并促使产生再结晶。（3）预热阶段结束时：整个焊件端面预热均匀，并达到所需温度（eg.钢为10731173K）。第第3章章 对对 焊焊2.22.2参数选择参数选择 主要焊接参数有：调伸长度，闪光留量，闪光速度，闪光电流密度（以上属闪光阶段）；顶锻留量，顶锻速度，顶锻力，夹紧力（以上属顶锻阶段）；预热温度，预热时间（属预热阶段）等。（1）调伸长度l：意义与作用和电阻对焊时相应参数相同，可根据焊件断面和性质选择。l=0.7

16、1.0d（d为圆材的直径或方材的边长）；l=45( 为板材的厚度, =14mm)；复杂断面或异种材料闪光对焊时，可参考相关表格。（2）闪光留量f：考虑焊件因闪光而缩短的预留长度，又称烧化留量。 f一般为总留量（ f+ u）的70%80%。预热闪光时， f可缩短到1/31/2总留量。（3）闪光速度vf：在稳定闪光条件下，即为零件的瞬时接近速度，亦是动夹具的瞬时进给速度，又称烧化速度。（4）闪光电流密度jf：在实际生产过程中通过调节U20（ U20为二次空载电压，一般在1.514v之间）来实现，一般在保证稳定闪光条件下尽量选择较低的U20。根据所焊零件及材料选择闪光电流（参考表格）。（5）顶锻留量

17、u ：闪光对焊时，考虑焊件因顶锻缩短而预留的长度；可根据材料性质、焊件截面尺寸等因素来选择。（6）顶锻速度vu：闪光对焊时，顶锻阶段动夹具的移动速度。 vu略大些有利，其原因封闭了间隙，减少氧化，排除 氧化物等。 vu最小平均值：低碳钢6080mm/s；高合金钢80100mm/s；铝合金150200mm/s；铜合金200300mm/s。随着顶锻速度的增加，顶锻压力可降低。第第3章章 对对 焊焊第第3章章 对对 焊焊（7）顶锻力Fu：意义与作用和电阻对焊时相应参数相同。各种材料闪光对焊时的顶锻力参考值可查表。（8）夹紧力Fc：防止焊件在夹钳电极中打滑而施加的力。与顶锻力和焊机结构有关。 Fc K

18、c Fu； Kc夹紧系数，与电极、焊件材料及其表面状态、顶锻模式有关。（9）预热温度Tpr：与材料的性质和焊件端面尺寸有关。 Tpr过高会使接头韧性、塑性降低； Tpr太低会时闪光困难，加热区变窄而不利于顶锻塑性变形。（10）预热时间tpr：与材料的性质、焊件端面尺寸、焊机功率等因素有关。2.3.2.3.焊件准备焊件准备焊件准备包括：端面几何形状、焊件断头的加工和表面清理。 要求：两焊件对接面几何形状和尺寸基本一致。 焊件端面积较大时，可将其中一个焊件断部加工倒角。 端面表面清理要求不严（被熔化）；但与电极接触表面应严格清理，机械清理或酸洗均可。图10：闪光对焊的接头形式 （a）合理（b）不合

19、理第第3章章 对对 焊焊第第3章章 对对 焊焊判断金属材料闪光对焊对焊焊接性的主要标志：（1）电导率小而热导率大的金属材料，焊接性差；（2）高温屈服强度大的金属材料，焊接性差；（3）对热循环敏感性材料，易生成与热循环作用有关的缺陷（淬硬、裂纹等），焊接性差；（4）液-固相线温度区间宽的材料，焊接性差； 液-固相线温度区间宽，结晶温度区间宽，使半熔化区增大，即液体金属层下固相表面不平度大，焊接时需要较大的顶锻力，和顶锻留量。（5）在对口端面可生成高熔点氧化物的材料，焊接性差；第第3章章 对对 焊焊3.1.3.1.低碳钢的闪光对焊低碳钢的闪光对焊（1）低碳钢闪光对焊性良好。（2）对接接头中会存在不

20、同程度的过热，生成魏氏组织（在一般条件下是允许的），严重过热时，通常可通过正火或退火处理消除。（3）应避免产生过烧。（4）接头中常出现氧化物夹杂，通过调整焊接参数会使氧化物夹杂减少，甚至消除。（5）焊接参数选择可参考低碳钢闪光对焊焊接参数表。图11:钢筋（Q235）闪光对焊接头金相照片（a）接头外观（b）焊缝区（c）热影响区（过热区）（d）热影响区（正火区）第第3章章 对对 焊焊3.2.可淬硬钢的闪光对焊 可淬硬钢的闪光对焊焊接性差,有两种情况:(1)中碳钢和高碳钢:这类可淬硬钢焊接性稍好,因为氧化物FeO熔点低于母材,顶锻时容易排出;接头容易产生脱碳,但是采用长时间热处理后可以得到改善.(2

21、)合金钢:这类可淬硬钢焊接性较差,并随着合金元素含量的增大,可淬硬倾向大,接头难熔氧化物夹杂增加;另外,高温强度大,结晶温度区间宽,使得塑性下变形困难和易于生成疏松.(3)焊接参数可参考相关焊接参数表.第第3章章 对对 焊焊 3.3铝合金及其它合金的闪光对焊 铝合金由于导热性好,易氧化,且氧化产物(Al2O3)熔点高,闪光对焊焊接性差；冷作强化铝合金、退火态的热处理强化型铝合金，闪光对焊焊接性稍好；淬火态热处理强化型铝合金焊接性较差。必须采用较高闪光速度和强制成型的顶锻模式（见图12所示），并且要进行淬火和时效处理；焊接参数参考参数表。 图12：顶锻模式示意图 闪光对焊还可以焊其它合金，如奥氏体钢、铜及铜合金 、钛合金、异种材料等几乎所有的金属，但是要获得优质接头需要合理选择焊机和焊接