压力焊工艺课件

第二章压力焊工艺第二章压力焊工艺第一部分概述§1压力焊的实质及分类

压力焊（pressurewelding)：在焊接过程中，对焊件施加压力的焊接方法。一、实质（见图4）根据热力学第二定律，焊接过程应当自动进行，界面消除，自由表面减小，自由能处于最小状态。焊接过程不能自动完成的原因：①两个被焊件没有接触②金属表面的氧化膜、油污、杂质、水分等阻碍了金属表面原子间的结合。克服焊接阻力的方法：1）加热：①提高温度，原子活动半径扩大，扩散速度提高;②当温度达到材料的熔点后，原子就脱离了晶格点阵的束缚，原子活动半径无限大；③创造再结晶的条件；2）加压：使得接触点的凸起压溃，产生塑性变形，挤出杂质，纯洁的金属接触。压碎、压扁、拉长的晶粒为再结晶创造了条件。

第一部分概述§1压力焊的实质及分类

压力焊（pressure二、分类

1、电阻焊2、摩擦焊3、扩散焊§2电阻焊的实质及分类一、电阻焊的定义工件通过电极施加压力，并通电，利用工件本身的电阻热使接头加热到焊接温度，获得共同晶粒的方法。二、电阻焊的分类按其接头的形式分：1、搭接电阻焊：1）、点焊2）、缝焊2、对接电阻焊§3电阻焊特点及应用一、电阻焊的特点1、接头质量高：电阻焊的接头是在封闭状态下形成的，不存在脱S、P、O、掺合金等问题2、无填充材料焊接成本低3、生产效率高4、最易实现自动化：计算机、焊接机器人应用最成功的焊接方法。二、分类

1、电阻焊2、摩擦焊3、扩散焊第二章压力焊工艺课件焊装车间设备简介——电阻焊电阻焊设备凸焊机悬挂式点焊机座点焊机焊装车间设备简介——电阻焊电阻焊设备凸焊机悬挂式点焊机座点焊第二章压力焊工艺课件第二章压力焊工艺课件第二章压力焊工艺课件第二章压力焊工艺课件第二章压力焊工艺课件第二章压力焊工艺课件5、对工人技术水平要求低缺点:(1)设备投资大(2)接头的形式受限制(3)无可靠的无损检验方法二、电阻焊的应用大到航天器，小到集成电路上都有电阻焊的应用，汽车生产中应用最多，每台汽车上有5000-15000焊点。在焊接生产中所占的比例为30%三、本章讲授的内容1、点焊焊接区的电阻2、点焊接头的形成过程3、工艺参数对接头质量的影响4、常用材料点焊的工艺5、对焊工艺6、电阻焊设备5、对工人技术水平要求低第二部分电阻焊的加热§1点焊时焊接区的电阻及加热一、电阻焊的热源及特点Q=0.24I2Rt电热效应公式电阻焊的热源是电阻热特点：①热源是电阻热；②内部热源；③加热、散热共同作用而且速度快；二、点焊时焊接区的电阻(见图16)1、接触电阻Rc+2Rew接触电阻产生原因：由于工件不平，凸起点接触，引起电流线局部收缩，氧化膜、油污的存在。低碳钢的电阻系数：ρ=（12-15）*10-6Ω*cm；纯铝的电阻率：ρ=2.8*10-6Ω*cm三氧化二铁的电阻系数：ρ=27*103Ω*cm三氧化二铝的电阻率ρ=32*1014Ω*cm接触电阻的影响因素：压力、表面状态、温度随着压力升高，接触电阻下降。压力升高后，破坏了氧化膜，接触点增加，由点接触逐渐变成面接触。表面状态就是残存的氧化膜和表面第二部分电阻焊的加热§1点焊时焊接区的电阻及加热粗糙度有关。随着加热温度的提高，接触电阻减小，当温度加热到600度时，低碳钢接触电阻接近为零，加热到350度时，铝镁合金接触电阻近为零。2、工件内部电阻2Rw①金属电阻在加热过程中的变化金属棒长l,直径d通以电流，则金属棒产生热量为Q=0.24I2Rt=0.24I2*ρ*L/(πd2/4)*tρ为电阻率ρ=ρ0（1+αT）ρ0常温下20°时电阻率；α电阻温度系数；T温度可见金属材料电阻是温度的函数：R=f(T)电流绕流现象：在点焊加热过程中，电流绕过中心熔核电阻高的地方，向电阻低的地方流过的现象。②点焊过程中板件电阻边缘效应：由于导电截面的变化，引起电流线分布变化的现象。3、点焊过程中全电阻的变化阶段1：特征是电阻R急速下降，时间短，1-2个周波。原因是接触电阻急速下降直至消失为零。阶段2：特征是电阻缓慢上升。随着加热不断进行，温度上升，金属的电阻率上升，达到最大值，开始出现熔化区。阶段3：特征是电阻缓慢下降。由于出现了熔化区，电阻率发生了突变，电阻增大，引起了电流绕流现象，熔核及塑性环扩展，导电截面增大，使得电阻下降。粗糙度有关。随着加热温度的提高，接触电阻减小，当温度加热到6三、点焊时的加热特点1、接触电阻和工件电阻在加热中的作用研究表明，在点焊加热过程中，接触电阻产生的热量占总热量的5-10%，软规范小于此值，硬规范大于此值。工件内部电阻占总热量的90-95%。接触电阻Rc的特点：加热初期Rc远远大于Rw，存在的时间很短。接触电阻Rc的作用：初期的加热，建立初期温度场，随着温度的提高，压力的作用，由点接触到面接触，对扩大接触面积有一点作用，使电流均匀分布。工件和电极之间的接触电阻Rew对点焊加热没有任何益处：使电极端部加热严重，磨损加快；电极与工件粘连，严重时使工件表面熔化、产生飞溅、烧穿。工件电阻Rw是点焊加热的主要热源，是熔核的生长、扩展的基础，影响着电流的分布及温度场的建立。2、接触电阻的争议传统派观点：接触电阻Rc在点焊加热中起主要作用，它决定了焊点的形状、位置，所以这种方法叫接触焊，沿用了很长时间。现代派观点：接触电阻Rc对点焊加热利少害多，有些人认为根本没有好处。焊核的形成、位置、形状取决于边缘效应决定的电流场，而电流场取决于工件内部电阻Rw。3、点焊时的电流分布特征三、点焊时的加热特点RwRewRc焊接区的电阻RwRewRc焊接区的电阻四、点焊的热平衡1、热平衡的计量生热和散热共同作用决定了焊接区的温度场Q生=0.24I2RtQ生=Q效+Q散=Q效+Q散1+Q散2+Q散3Q效——熔核本身所吸收的有效热量占10-30%Q散1——向工件传导的热量20%Q散2——向电极传导的热量30-50%Q散3——向空气辐射的热量5%四、点焊的热平衡Q效=V*γ*C*T熔V——熔核的体积（cm3）γ——钢的比重（克/cm3）C——钢的热容量（卡/克℃）T熔——钢的熔点（度℃）对于一定尺寸的熔核所需的热量Q效是一常数，与时间无关。Q散是一个时间的函数，与时间有关。Q散=f(t)Q生也是一个时间的函数，与时间有关。Q生=f(t)Q效=Q生-Q散=Q生(t)-Q散(t)Q效=V*γ*C*T熔2、点焊热平衡的讨论当t增加时，Q生增加，Q散也增加。只有当Q生-Q散＞Q效时才能生成具有一定尺寸的熔核。这就提出一个生热和散热的速度问题V生=Q生/t=0.24I2Rt/t=0.24I2R生热的速度与电流和电阻有关散热的速度与工件的厚度、电极的直径、工件和电极材料物理性能有关。只有当V生＞V散时才能形成一定尺寸的焊核2、点焊热平衡的讨论V生实际上就是焊接的功率V生=Q生/t=0.24I2Rt/t=0.24I2R=0.24IU焊接提供的电功率为N=IU（电流和电压）①对于同一种材料，为了获得同样尺寸的焊点可以选择不同功率的焊机进行焊接，可以大功率短时间，也可以小功率长时间。②焊接的功率不能小于临界值，若小于此临界值，通电时间再长，也不能形成焊点。V生实际上就是焊接的功率③为了获得同一尺寸的焊点，可以用不同的规范进行焊接，大电流短时间，也可以小电流长时间。因此焊接规范有强弱之分（也有叫做软硬）强规范：大电流、短时间弱规范：小电流、长时间③为了获得同一尺寸的焊点，可以用不同的规范进行焊接，大电流短第三部分点焊过程及工艺§1概述一、点焊的特点，分类及应用1、特点2、分类3、应用二、点焊质量的一般要求1、焊核直径d核=（0.9-1.4）d极=2δ+32、焊透率§2点焊过程一、点焊的焊接循环（见图23〕二、点焊接头的形成过程第三部分点焊过程及工艺§1概述点焊循环的四个过程加压焊接维持休止轿车车身点焊的焊点点焊循环的四个过程加压焊接维持休止轿车车身点焊的焊点1、预压阶段作用：使接触面的不平凸起产生塑性变形，氧化膜破碎，为电流通过造成合乎要求的导电通路，即获得稳定的接触电阻。2、加热熔化阶段3、冷却结晶阶段§3点焊的规范参数一、点焊的规范参数1、焊接电流2、焊接时间3、电极压力4、点极直径二、规范参数间相互关系及选择1、点焊对加热精度要求极高2、只有点焊参数稳定，误差小，才能保证加热精度高3、各参数间的配合关系1、预压阶段作用：使接触面的不平凸起产生塑性变形，氧化膜破§4点焊的分流一、产生分流的原因1、连续点焊时，已焊完的焊点流过焊接电流，使实际焊接电流减小2、焊件表面的不清洁，引起接触电阻增大，分路电阻相对减小3、电极与工件非焊接区接触4、焊件装配过紧，形成导电通路二、分流的不良影响1、加热不足，焊核尺寸下降，强度下降2、单面点焊产生飞溅三、消除办法1、合理选择点距2、严格清理表面3、提高电流4、单面多点时调幅电流焊接§4点焊的分流§5常用金属材料的点焊一、点焊工艺可焊性及影响因素1、可焊性及评价标准2、影响点焊工艺可焊性的因素二、低碳钢及低合金钢的点焊特点1、有很好的塑性及适宜的导电性2、中，强规范都可以点焊低碳钢及低合金钢3、表面清洗简单4、低碳纲及低合金钢是铁磁物质，工件伸入极臂会引起焊接电流下降5、含碳量较高的低碳钢会出现淬火现象三、可淬硬性钢的点焊特点1、由于点焊的特点，可淬硬材料的点焊采用普通的工艺很难避免飞溅，裂纹等缺陷2、如果采用单脉冲点焊，规范的特点是软规范3、采用特殊工艺规范焊接§5常用金属材料的点焊四、不锈钢的点焊特点1、导电，导热性差，可焊性好2、高温强度大，用较大的电极压力3、非磁性材料，不存在工件深入极臂引起焊接电流下降的问题五、铝合金钢点焊的特点1、导电导热性好，可焊性差2、焊接区出现软化现象3、三氧化二铝电阻大，不易清理4、线胀系数大，易出现后期飞溅5、冷却时易出现裂纹，缩孔六、镀锌钢板的点焊特点1、由于有镀锌层存在，锌层先熔化，使板间接触面积增大，电流密度下降，脱焊2、电极粘结与变形3、熔核结晶时，由于低熔点的镀锌层存在，易产生裂纹，缩孔焊接要求：①较大的焊接电流②增大电极压力，使得锌熔化挤出③采用特殊电极④特殊工艺，如调幅电流，或预热电流四、不锈钢的点焊特点第四部分对焊工艺§1电阻对焊(图29）一、接头的形成过程和焊接循环1、接头的形成过程（见图30－32）2、接头形成的本质二、热源和温度场分布三、电阻对焊规范参数及选择1、焊接电流和通电时间2、压力3、调伸长度（调置长度）四、获得优质接头的条件1、沿焊件长度方向要有合适的温度分布第四部分对焊工艺§1电阻对焊(图29）PPPP夹紧焊件动夹移动予压开始通电加热开始电阻对焊过程示意图夹紧焊件动夹移动予压开始通电加热开始电阻对焊过程示意图加热进行有电顶锻无电顶锻电阻对焊过程示意图加热进行有电顶锻无电顶锻电阻对焊过程示意图松开工件焊接结束电阻对焊过程示意图松开工件焊接结束电阻对焊过程示意图预压阶段加热熔化阶段顶锻阶段休止焊接留量压力P电流I变形量S等压式电阻对焊焊接循环图P,I,St预压阶段加热熔化阶段顶锻阶段休止焊接留量压力P电流I变形量S2、对口必须产生足够的塑性变形3、焊缝中不应有氧化夹杂物§2闪光对焊

一、闪光对焊接头形成过程及焊接循环（见图36－38）二、闪光阶段1、闪光的实质

液态过梁上的力：（见图41）①液态表面上的张力σ②径向电磁压缩效应力Py③电磁引力pc④焊接回路的电磁斥力pp2、闪光的作用

①加热工件②烧掉焊件端面的赃物和不平，使焊前准备要求降低③形成自保护④闪光后期形成液态金属层，为顶锻时排除氧化物提供了有力条件三、顶锻阶段顶锻的作用：①封闭对口端面间隙，挤平因过梁爆破留下的火口②彻底排除端面的液态金属，使焊缝中不残留铸造组织③排除过热金属和氧化夹杂，使洁净的金属紧密接触