课件-压力焊电阻焊与摩擦焊讲解

焊接方法4压力焊学习内容压力焊的概述；电阻焊与摩擦焊原理，特点及应用电阻焊（点焊）重点：难点：（一）压力焊概述压力焊是指通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子接近到晶格距离（0.3～0.5nm)，形成金属键，从而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。焊接过程中必须要施加压力，可能加热也可能不加热才能完成的焊接。1、压力焊原理压力焊是在加压条件下使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接热源形式：电阻热、高频热、摩擦热力的形式为：静压力、冲击力、爆炸力分类：电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、锻焊、扩散焊2、压力焊特点压焊共同特点是施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有像熔焊那样的有益合金元素烧损和有害元素侵入焊缝。加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头（二）电阻焊1、电阻焊原理利用电流通过焊件接头的接触面所产生的电阻热，将被焊金属加热到局部熔化或达到高温塑性状态，在压力作用下形成牢固接头的工艺过程。（1）热源：电阻热，其中电流和时间是外因，而电阻是内因。焊接区的总电阻为，其中Rc为焊件接触电阻，Rew为电极与焊件间的接触电阻，Rw为焊件电阻。工件表面状态——表面越粗糙、氧化越严重，接触电阻越大电极压力——压力越高，接触电阻越小，有利于提高焊点强度的稳定性。焊前预热——焊前预热将会使接触电阻大大下降（2）力：静压力用来调整电阻大小，改善加热。产生塑形变形或在压力下结晶；冲击力用来细化晶粒，焊合缺陷等。其压力变化形式有平压力，阶梯压力和马鞍形压力，其中马鞍形压力较为理想。影响接触电阻的因素：电阻焊过程：预压——通电加热——在压力下冷却结晶或塑性变形和再结晶1、预压阶段：

通电之前向焊接件加压，建立良好的接触与导电通路，保持电阻稳定。2、焊接时间：

向焊件通电加热形成熔核。3、维持时间：

切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。4、冷却结晶阶段：

当熔核达到合格的形状与尺寸之后，切断焊接电流，熔核在电极力作用下冷却。2、电阻焊特点优点生产效率高

焊接质量好成本低

劳动条件好从焊接接头来说，由于冶金过程简单，且不易受空气的有害作用，所以焊接接头的化学成分均匀，并且与母材基本一致。非常适合大批量生产电阻焊是一种内部热源，焊接时热能损失比较少，热效率较高。点焊时通用点焊机每分钟可焊60点；缝焊厚度为1-3mm的薄板时，其焊接速度通常为每分钟0.5~1m，滚对焊最高焊速每分钟可达60m。电阻焊时不用焊接材料，一般也不用保护气体，所以在正常情况下除必需的电力消耗外，几乎没有什么消耗，因而成本低廉。电阻焊时既不会产生有害气体，也没有强光的辐射，所以劳动条件比较好。此外,电阻焊焊接过程简单，易于实现机械化、自动化，因而工人的劳动强度较低。缺点稳定性不高焊接设备较复杂

工件的厚度、形状和接头型式受到一定程度的限制由于焊接过程进行得很快，若焊接时因某些工艺因素发生波动，对焊接质量的稳定性有影响时，往往来不及进行调整；同时焊后也没有很简便的无损检验方法，所以在重要的承力结构中使用电阻焊时应该慎重。除了需要大功率的供电系统外，还需精度高、刚度较大的机械系统，因而设备成本较高。如点、缝焊一般只适用于薄板搭接接头，厚度太大则受到设备功率的限制，而搭接接头又难免会增加材料的消耗，降低承载能力。对焊主要适用于紧凑断面的对接接头，而对薄板类零件焊接则比较困难。电阻焊与熔化焊的区别？

焊缝致密性：一般电弧焊的焊缝是在常压下凝固结晶的，而电阻焊的焊缝是在外界压力作用下结晶，具有锻压的特征，所以容易避免产生缩孔、疏松和裂纹等缺陷，能获得致密的焊缝。形成一个牢固的焊接接头，二者都是靠工件金属原子之间的结合力结合在一起。不同点：

熔焊是利用外加热源使连接处熔化，凝固结晶而形成焊缝的，而电阻焊则利用本身的电阻热及大量塑性变形能量，使两工件达到原子间结合而形成焊缝的。即热源不同，在接头形成过程中有无必要的塑性变形也不同，即实现接头牢固结合的途径不同。

热效率：电弧焊是利用外部热源，从外部向焊件传导热能，而电阻焊是一种内部热源，因此热能损失比较少，热效率较高。相同点：3、电阻焊分类①点焊②凸焊③缝焊④对焊（一）、电阻点焊点焊是将焊件搭接并压紧在两个柱状电极之间，然后接通电流，焊件间接触面的电阻热使该点熔化形成熔核，同时熔核周围的金属也被加热产生塑性变形，形成一个塑性环，以防止周围气体对熔核的侵入和熔化金属的流失。断电后，在压力下凝固结晶，形成一个组织致密的焊点1、电阻点焊原理点焊时的熔核偏移在焊接不同厚度或不同材料时，因薄板或导热性好的材料，吸热少，散热快，导致熔核偏向厚板或导热差的材料的现象称为熔核偏移。防止措施：采用特殊电极和工艺垫片点焊是在电极压力作用下，通过电阻热来熔化金属，断电后在电极压力作用下结晶而形成焊接头的。每完成一个接头称为一个点焊循环。普通的点焊循环包括预压、通电加热、冷却结晶和休止四个相互衔接的阶段。根据焊件材质及焊接结构要求在焊接循环中还可以增加预热、回火、锻压等过程，构成复杂的焊接循环。2、点焊接头形成过程

点焊时的焊接循环F—电极压力I—焊接电流

t1—预压阶段t2—通电加热阶段t3—冷却结晶阶段t4—休止阶段3、点焊特点优点可以在短时间内焊接，所以效率高

发热集中在某个局部，被焊材料很少发生变形，焊缝质量好不消耗焊丝、焊条或气体，降低了焊接成本

劳动条件好，清洁，不产生烟或蒸汽因是自动焊，任何人都可以进行焊接，不要求作用熟练2、电阻焊特点优点生产效率高

焊接质量好成本低

劳动条件好缺点需要很大的焊接电流，焊接设备的电容变大，焊机通常比较笨重，价格偏高

被焊材料的接触面状态易受影响不能从外观上判断接合状态，没有适当的非破坏检验法

缺点稳定性不高焊接设备较复杂

工件的厚度、形状和接头型式受到一定程度的限制2、电阻焊特点4、点焊的分类点焊通常按电极馈电方向在一个点焊循环中所能形成的焊点数分类

点焊方法示意图a)双面单点焊b)单面双点焊c)单面单点焊d)双面双点焊e)多点焊1——电极2——工件3——铜垫板5、点焊的应用（1）点焊是一种高速、经济的连接方法。它适用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。可焊接不锈钢、钛合金和铝镁合金等，目前广泛应用于汽车、飞机等制造业。（2）点焊有时也用于连接厚度≧6mm的金属板，但与熔焊的对接相比较，点焊的承载能低，搭接接头增加了构件的重量和成本，且需要昂贵的特殊焊机，因而是不经济的。6、点焊的设备（1）按用途点焊机分为通用型、专用型和特殊型。（2）按加压机构分为脚踏式电动滚轮式气压式、液压式、复合式（3）按电极运动轨迹：垂直行程式圆弧行程式

固定式通用点焊机固定式专用多点焊机移动式点焊机轻便式点焊机（二）、电阻凸焊凸焊是指在一焊件的贴合面上预先加工出一个或多个突起点，使其与另一焊件表面相接触并通电加热，然后压塌，使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。1、电阻凸焊原理板上有凸点带凸点工件与不带凸点工件相接触——电流开始流过凸点从而将其加热至焊接温度——电极力将已加热的凸点迅速压溃，然后发生熔合形成核心2、凸焊接头形成过程3、凸焊的分类注：1.多点凸焊时，凸点高度误差应不超过±0.12㎜。

2.从热平衡角度考虑；同种金属时在厚件上冲出凸点，

异种金属时在导电率和导热率高的件上冲出凸点。4、凸焊的应用凸焊多用于成批生产的仓口盖、筛网、管壳以及T形、十字形、平板等零件的焊接，如图所示

凸焊类型示例a)多点凸焊b)环凸焊c)T形凸焊d)滚凸焊e)线材交叉凸焊（三）、电阻缝焊焊件装配成搭接或斜对接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法，称为缝焊。缝焊是用一对滚盘电极代替点焊的圆柱形电极，与工件作相对运动，从而产生一个个熔核相互搭叠的密封焊缝的焊接方法。1、电阻缝焊原理2、缝焊接头形成过程1)在滚轮电极正被通电加热的金属——处于“焊接阶段”；2)即将进入滚轮电极下面的邻近金属——处于“预压阶段”；3)刚从滚轮电极下面出来的邻近金属——处于“维持阶段”；从滚轮下通过的过程也依次经历“预压—焊接—维持”三阶段的过程。3、缝焊的特点与应用缝焊的加热原理与点焊时类似，但已焊焊点对在焊焊点有严重的分流作用，电流密度前、后分布不对称缝焊过程中的温度分布亦不对称滚轮电极表面易发生粘损而使焊缝表面质量变坏，因此需对电极进行修整已焊焊点对在焊焊点有预热作用，在焊焊点对已焊焊点有缓冷作用缝焊广泛应用于家用电器（电冰箱壳体等）、交通运输（汽车、拖拉机油箱等）、及航空、航天（火箭燃料贮箱等）工业中要求密封性的接头制造上，有时也用来连接普通钣金件。被焊材料的厚度通常在0.1—2mm之间对缝焊结构很少强调接头强度，主要要求其具有良好的密封性和耐蚀性摩托车油箱缝焊加工汽车水箱缝焊加工（四）、电阻对焊对焊是利用电阻热将两工件沿整个端面同时焊接起来的一类电阻焊技术。对焊的生产率高、易于实现自动化，因而获得广泛应用。1、电阻对焊定义及特点特点：效率高、易于实现自动焊2、对焊的应用工件的接长，如钢带、型材、线材、钢筋钢轨、钢管、石油和天然气输送等管道；环形工件的对接，如汽车轮辋和自行车、摩托车轮圈的对焊、各种链环的对焊等；部件的组对，将简单轧制、锻造、冲压或机加工件对焊成复杂的零件，以降低成本，如汽车向轴外壳和后桥壳体的对焊，各种连杆、拉杆的对焊，以及特殊零件的对焊等；异种金属的对接，如刀具的工作部分(高钢)与尾部(中碳钢)对焊，内燃机排气阀的头部(耐热钢)与尾部(结构钢)的对焊，铝铜导电接头的对焊等。4、对焊的分类对焊闪光对焊电阻对焊1、定义：电阻对焊是将工件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热将工件端面加热到塑性状态，然后迅速施加预锻力完成焊接的方法。2、特点：操作过程简单，外形光滑、毛刺小，但焊前准备要求高，接头强度和冲击值低。3、应用：电阻对焊主要适用于小断面金属型材的对接。不适合大断面对接和薄壁管子对接。大断面对接时，因端面很难做到全面接触，而未接触部分被气化，顶锻时难以把它排挤出去，从而导致接头质量下降。薄壁管对焊的困难主要是顶锻时容易引起管壁压曲失稳。

简言之：小尺寸及要求不高之零件，氧化物应容易被挤出。电阻对焊可焊的金属材料有碳钢、不锈钢、铜合金和许多铝合金等。电阻对焊1、定义：闪光对焊是将工件装配对正后，接通电源，并使工件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，直至端部在一定深度范围内达到预热温度时，迅速施加顶锻力完成的焊接方法。闪光对焊2、特点对焊前准备要求低，可焊材料广，焊接质量好，可焊大截面工件。与电阻对焊相比，闪光对焊有下列优缺点:(1)优点

1)适用范围比电阻对焊宽，同种或异种金属可焊，展开断面或紧凑断面的零件也可焊，可焊的断面也比电阻对焊大得多。

2)按合面上的熔化金属层或氧化物在顶锻时被挤出，起到清除接合面杂质的作用。因此接头可靠性高，强度比电阻对焊大。

3)闪光对焊对工件待焊面的准备和清理要求不严格。

4)接头热影响区比电阻对焊窄很多。

(2)缺点

1)焊接时喷射出的熔融金属颗粒有造成火灾的危险，还可能使操作人员受飞溅烧伤，并损坏机器的滑轨、轴和轴承等。

2)焊后在接头处形成毛刺(飞边)，需去除。为此，需用专门设备而增加制造成本。3、应用①杆件的接长，如钢筋、钢轨的接长等；②环形工件的对焊，如锚链、车轮钢圈的对接焊等；③部件的组焊，如发动机排气阀体与阀杆的对接焊等；④异种金属的对焊，如铝/铜导电接头、刀头与刀杆的对接焊等。广泛用于碳素钢、低合金钢、不锈钢、铝合金、镍合金和铜合金等金属的同种或异种材料的焊接。（三）摩擦焊1、摩擦焊原理摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法2、摩擦焊特点固态焊接，焊接区域为锻造组织，不产生与熔化和凝固相关的焊接缺陷，重复性好适合一种材料的焊接（凡可进行锻造的金属材料都可以焊接）生产效率高，机械化、自动化程度好节能环保焊接截面形状较单一受电动机功率和压力不足限制，最大焊接截面积仅为200cm2焊接一次性投资较大两焊件结合面之间在压力作用下高速相对摩擦产生的效果：表面清理——破坏接合面的氧化物或其他污物，使纯净金属暴露出来摩擦生热——降低金属的强度，提高塑形3、摩擦焊的应用1、刀具制造业：钻头、立铣刀、丝锥、铰刀、拉刀等毛坯的焊接，通常是刀刃部（高速钢）和柄部（碳钢）之间的摩擦焊2、机器制造业：轴类零件、管子、螺杆、顶杆、拉杆、拔叉、机床与圆刀主轴、铣床刀杆、地质钻杆、液压千斤顶、轴与法兰盘等3、汽车、拖拉机：半轴、齿轮轴、汽车后桥轴头、排气阀、活塞杆、双金属轴瓦4、石油化工行业中石油钻杆，高压阀门的阀体、管道等；锅炉制造中的蛇形管对接。5、轻工纺织中的小型轴类、辊类、管类零件焊接6、电工行业钢-铝接线端子焊接4、摩擦焊的分类传统摩擦焊：连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、相位控制摩擦焊和轨道摩擦焊。其他摩擦焊：搅拌摩擦焊、嵌入摩擦焊、第三体摩擦焊和摩擦堆焊。共同特点是靠两个待焊件之间的相对摩擦运动产生热能共同特点是靠搅拌工件与待焊件之间的相对摩擦运动产生热量而实现焊接（1）连续驱动摩擦焊是最常用的一种摩擦焊方法，焊件由主轴电动机连续驱动以恒定转速旋转，然后施加轴向力使焊件间摩擦加热，达到预定的摩擦时间或轴向缩短量后，此时焊件的连接部位处于高温塑性状态，立即停止焊件的旋转，并施加轴向定锻压力。因此，连续驱动摩擦焊一般由顶锻保压阶段。（2）惯性摩擦焊又称储能焊，焊前先将飞轮、主轴系统和旋转夹头上的焊件加速到预定的转速，然后主轴电动机和飞轮脱开或断开。同时，另一个焊件向前移动、接触并施加轴向压力，开始摩擦加热。在摩擦加热过程中，飞轮受到摩擦扭矩的制动，转速降低，并产生机械能，机械能通过摩擦转变成热能来加热结合界面。当飞轮、主轴系统和旋转夹头上的焊件转速为零时，接头上的加热温度及其分布也达到了要求。最后，在轴向压力作用下，结束焊接过程。（3）相位摩擦焊主要用于相对位置有要求的工件，如各种方钢、汽车操纵杆等，要求焊件焊后棱边对齐。方向对正或相位满足要求。在实际应用中，主要有机械同步相位摩擦焊、插销配合摩擦焊和同步驱动摩擦焊。（4）径向摩擦焊焊前将芯棒插入开有坡口的两个待焊管子内，然后装上一个加工好的带有斜面的圆环。焊接时圆环旋转并向两个管端施加径向摩擦压力。当摩擦加热过程结束时，圆环停止旋转，向圆环施加顶锻压力，使圆环与两管端焊牢。由于被连接的管子本身不转动，管子内部不产生飞边，整个焊接过程大约需要10s。孔径向压力摩擦焊适用于管子的现场装配焊接（5）摩擦堆焊堆焊时，堆焊金属圆棒1以高速n1旋转，堆焊件（母材）也同时以转速n2旋转，在压力P的作用下圆棒与母材摩擦产热。由于待堆焊的母材体积大，导热性好，冷却速度快，使堆焊金属过渡到母材上，当母材相对于堆焊金属圆棒转动或移动时形成堆焊焊缝。（6）线性摩擦焊在线性摩擦焊过程中，一个焊件固定，另一个焊件以一定的速度作往复运动，在压力F的作用下两焊件的界面摩擦产生热量，从而实现焊接。该方法的主要优点是不管焊件结构是否对称，均可进行焊接。近年来，线性摩擦焊的研究较多，主要用于飞机发动机涡轮盘与叶片的焊接，还用于大型塑料管道的现场焊接。（7）嵌入式摩擦焊嵌入式摩擦焊是利用摩擦焊原理把相对较硬的材料嵌入到较软的材料中。