常用金属的闪光对焊.docx

常用金属的闪光对焊所有钢和有色金属几乎都可以闪光对焊，但要获得优质接头，还需根据金属的有关特性，采取必要的工艺措施。现分述如下：1)导电导热性对于导电导热性好的金属，应采用较大的比功率和闪光速度，较短的焊接时间。2)高温强度对于高温强度高的金属，应采用较大高温塑性区的宽度，采用较大的顶锻压力。3)结晶温度区间结晶温度区间越大，半熔化区越宽，应采用较大的项锻压力和顶锻留量，以便把半熔化区中的熔化金属全部排挤出去，以免留在接头中引起缩孔、疏松和裂纹等缺陷。4)热敏感性常见的有两种情况。第一种是淬火钢，焊后接头易产生淬火组织，使硬度增高、塑性降低，严重时会产生淬火裂纹。淬火钢通常采用加热区宽的预热闪光对焊，焊后采用缓慢冷却和回火等措施。第二种是经冷作强化的金属(如奥氏体不锈钢)，焊接时接头和热影响区发生软化，使接头强度降低。焊接此类金属通常采用较大的闪光速度和顶锻压力，以尽量缩小软化区和减轻软化程度。5)氧化性接头中的氧化物夹杂对接头质量有严重危害，因此，防止氧化和排除氧化物是提高接头质量的关键。金属的成分不同，其氧化性和生成的氧化物也不同。若生成氧化物的熔点低于被焊金属，这时氧化物有较好的流动性，顶锻时容易被排挤出来，若生成氧化物的熔点高于被焊金属，如SiO2、A12O3、Cr2O3等，就必须在被焊金属还处在熔化状态时，才有可能将它们排出。因此，在焊接含有较多Si、A1、C一类元素的合金钢时，应该采取严格的工艺措施，彻底排除氧化物。几种常用金属材料闪光对焊的特点：(1)碳素钢的闪光对焊这类材料的电阻系数较高，加热时碳元素的氧化接口提供保护性气氛CO和CO2，不含有生成高熔点氧化物的元素等优点。因而都属于焊接性较好的材料。随着钢中含碳量的增加，电阻系数增大、结晶区间、高温强度及淬硬倾向都随之增大。因而需要相应增加顶锻压强和顶锻留量。为了减轻淬火的影响，可采用预热闪光对焊，并进行焊后热处理。碳素钢闪光对焊时，由于碳向加热端面扩散并被强烈氧化，以及顶锻时，半熔化区内含碳量高的熔化金属被挤出，所以在接头处形成含碳量低的贫碳层(呈白色，也称亮带)。贫碳层的宽度随着钢含碳量的提高、预热时间的加长而增宽；随着含碳量的增大和气体介质氧化倾向的减弱而变窄。采用长时间的热处理可以消除贫碳层。用得最多的是碳素钢闪光对焊。只要焊接条件选择适当，一般不会出现困难，甚至对熔焊来说比较难焊的铸铁也是样。铸铁通常采用预热闪光对焊，用连续闪光对焊容易形成白口。由于含碳量很高，闪光时产生大量的CO和CO2保护气氛，自保护作用较强，即使在工艺参数波动很大时，在接口中也只有少量氧化夹杂物。(2)合金钢的闪光对焊合金元素含量对钢性能的影响和应采取的工：艺措施如下：1)钢中的Al、Cr、Si、Mo等元素易牛成高熔点氧化物，应增大闪光和顶锻速度，以减少其氧化。2)合金元素含量增加，高温强度提高，应增加顶锻压强。3)对于珠光体钢，合金元素增加,淬火倾向性就增大，应采取防止淬火脆化的措施。表3是碳素钢和合金钢闪光对焊工艺参数的参考值。低合金钢的焊接特点与中碳钢相似，具有淬硬倾向，应采用相应的热处理方法。这类钢的高温强度较大，易生成氧化物夹杂，需要采用较高的顶锻压强，较高的闪光和顶锻速度。高碳合金钢除具有高碳钢的特点外，还含有一定数量的合金元素。由于含碳量高，结晶温度区间宽，接口处的半熔区就较宽，如果顶锻压力不足，塑性变形量不够，残留在半熔化区内的液态金属将形成疏松组织。还因含有合金元素，会形成高熔点氧化物夹杂。因此，需要较高的闪光和顶锻速度，较大的顶锻压强和顶锻留量。奥氏体钢的主要合金元素是Cr和Ni，这种钢具有高温强度高、导电和导热性差、熔点低(与低碳钢相比)，又有大量易形成高熔点氧化物的合金元素(如Cr)。因此，要求有大的顶锻压强，高的闪光和顶锻速度。高的闪光速度可以减小加热区，可有效地防止热影响区晶粒急剧长大和抗腐蚀性的降低。(3)铝及其合金的闪光对焊这类材料具有导电导热性好、熔点低、易氧化且氧化物熔点高、塑性温度区窄等优点，给焊接带来困难。铝合金对焊的焊接性较差，工艺参数选择不当时，极易产生氧化物夹杂、疏松等缺陷使接头强度和塑性急刷降低。闪光对焊时，必须采用很高的闪光和顶锻速度、大的顶锻留量和强迫成形的顶锻模式。所需比功率也要比钢件大得多。(4)铜及其合金的闪光对焊铜的导电导热性比铝还好，熔点较高，因而比铝要难焊得多。纯铜闪光对焊时，很难在端面形成液态金属层和保持稳定的闪光过程，也很难获得良好的塑性温度区。为此，焊接时需要很高的最后闪光速度、顶锻速度和顶锻压强。铜合金(如黄铜、青铜)的对焊比纯铜容易。黄铜对焊时由于锌的蒸发而使接头性能下降，为了减少锌的蒸发，也应采用很高的闪光速度、顶锻速度和顶锻压强。铝、铜及其合金闪光对焊，工艺参数可参考表4。 表3各类钢闪光对焊主要参数的参考值 表4有色金属及其合金闪光对焊的焊接条件铝和铜用闪光对焊焊成的过渡接头广泛用于电机行业。由于它们的熔点相差很大，铝的熔化比铜快45倍，所以要相应增大铝的伸出长度。铝和铜闪光对焊的工艺参数可参考表5。铝和铜对焊时，可能形成金属间化合物CuAl，增加接头脆性。因此，必须在顶锻时尽可能将CuAl，从接口中排挤出去。 表5铜与铝闪光对焊的焊接条件(5)钛及其合金的闪光对焊钛及其合金闪光对焊的主要问题是由于淬火和吸收气体 (氢、氧、氮等)而使接头塑性降低。钛合金的淬火倾向与加入的合金元素有关。若加入稳定B相元素则淬火倾向增大，塑性将进一步降低。若采用强烈闪光的连续闪光对焊，不加保护气体就可获得满意的接头。当采用闪光、顶锻速度较小的预热闪光焊时，应在Ar或He保护气氛中焊接。预热温度为10001200C，工艺参数和焊接钢时基本一致，只是闪光留量稍有增加。此时可获得较高塑性的接头。 工艺参数闪光对焊的主要工艺参数有：伸出长度、闪光电流、闪光留量、闪光速度、顶锻留量、顶锻速度、顶锻压力、顶锻电流、夹钳夹持力等。图是连续闪光对焊各留量和伸出长度的示意图。各工艺参数对焊接质量的影响及选用原则：(1)伸出长度l0和电阻对焊一样，l0影响沿工件轴向的温度工分布和接头的塑性变形。此外，随着l0的增大，使焊接回路的阻抗增大，需用功率也要增大。一般情况下，棒材和厚壁管材l0=(0.71.0)d，d为圆棒料的直径或方棒料的边长。图连续闪光对焊各留量和伸出长度示意图总留量f闪光留量u有电流顶锻留量u无电流顶锻留量l0伸出长度 对于薄板（=14mm），为了顶锻时不失稳，一般取l0=（4）。不同金属对焊时,为了使两工件上的温度分布一致,通常是导电性和导热性差的金属l0应较小。表1是不同金属闪光对焊时的l0参考值。表1 不同金属闪光对焊时的伸出长度表2闪光对焊时jf和ju的参考值(3)闪光留量f选择闪光留量时，应满足在闪光结束时整个工件端面有一熔化金属层，同时在一定深度上达到塑性变形温度。如果f过小，则不能满足上述要求，会影响焊接质量。f过大，又会浪费金属材料、降低生产串。在选择f时还应考虑是否有预热，因为预热闪光对焊的f可以比连续闪光对焊小3050。(4)闪光速度vf 足够大的闪光速度才能保证闪光的强烈和稳定，但vf过大会使加热区过窄，增加塑性变形的困难。同时，由于需要的焊接电流增加，会增大过梁爆破后的火口深度，因此将会降低接头质量。选择vf时还应考虑下列因素：1)被焊材料的成分和性能含有易氧化元素多的或导电导热性好的材料，vf应较大。例如，焊奥氏体不锈钢和铝合金时，vf要比焊低钢时大；2)是否有预热有预热时容易激发闪光，因而可提高vf；3)顶锻前应有强烈闪光vf应较大，以保证在端面上获得均匀的金属层。(5)顶锻留量影响液态金属的排除和塑性变形的大小。过小时，液态金属残留在接口中，易形成疏松、缩孔、裂纹等缺陷；过大时，也会因晶纹弯曲严重，降低接头的冲击韧度。应根据工件断面积选取，随着断面积的增大而增大。顶锻时，为防止接口氧化，在端面接口闭合前不马上切断电流，因此顶锻留量应包括两部分有电流顶锻留量和无电流顶锻留量，前者为后者的051倍。(6)顶锻速度vu为避免接口区因金属冷却而造成液态金属排除及塑性金属变形的困难，以及防止端面金属氧化，顶锻速度越快越好。最小的顶锻速度取决于金属的性能。焊接奥氏体钢的最小顶锻速度约为焊接珠光体钢的2倍(图3)。导热性好的金属(如铝合金)焊接时需要很多的顶锻速度(150200mms)。对于同一种金属，接口区温度梯度大的，由于接头的冷却速度快，也需要提高顶锻速度。图3顶锻速度对接头冲击韧度的影响1-2mml5CrMo低合金钢管2-32mmlCrl8Ni1M02Ti不锈钢管(7)顶锻压力FF通常以单位面积的压力，即顶锻压强来表示。顶锻压强的大小应保证能挤出接口内的液态金属，并在接头处产生一定的塑性变形。顶锻压强过大，则变形不足，接头强度下降；顶锻压强过小，则变形量过大，晶纹弯曲严重，又会降低接头冲击韧度。顶锻压强的大小取决于金属性能、温度分布特点、顶锻留量和速度、工件端面形状等因素。高温强度大的金属要求大的顶锻压强。增大温度梯度就要提高顶锻压强。由于高的闪光速度会导致温度梯度增大，因此焊接导热性好的金属(铜、铝合金)时，需要大的顶锻压强(150400MPa)。(8)预热闪光对焊参数除上述工艺参数外，还应考虑预热温度和预热时间。预热温度根据工件断面和材料性能选择，焊接低碳钢时，一般不超过700900。随着工件断面积增大，预热温度应相应提高。预热时间与焊机功率、工件断面大小及金属的性能有关，可在较大范围内变化。预热时间取决于所需预热温度。预热过程中，预热造成的缩短量很小，不作为工艺参数来规定。(9)夹钳的夹持力Fc必须保证：工件在预锻时不打滑，Fc与顶锻压力Fu和工件与夹钳间的摩擦系数f有关，它们的关系是： FcFu2f。通常F=(1540)Fu，断面紧凑的低碳钢取下限，冷扎不锈钢板取上限，当夹具上带有顶撑装置时，夹紧力可以大大降低，此时F=0.5F就足够了。工件准备闪光对焊的工件准备包括：端面几何形状、毛坯端头的加工和表面清理。闪光对焊时，两工件对接面的几何形状和尺寸应基本一致(如图4)。否则将不能保证两工件的加热和塑性变形一致，从而将会影响接头质量。在生产中，圆形工件直径的差别不应超过15，方形工件和管形工件不应超过10。在闪光对焊大断面工件时，最好将一个工件的端部倒角，使电流密度增大，以便于激发闪光。这样就可以不用预热或在闪光初期提高二次电压，图5是推荐的棒、管、板材的倒角尺寸。对焊毛坯端头的加工可以在剪床、冲床、车床上进行，也可以用等离子或气焰切割，然后清除端面。闪光对焊时，因端部金属在闪光时被烧掉，故对端面清理要求不甚严格，但对夹钳和工件接触面的清理要求，应和电阻对焊时一样。图4 闪光对焊的接头形式a）合理b）不合理 图5 大断面工件工件的端部倒角尺寸典型工件的对焊小断面工作的对焊直径d5mm的线材多采用电阻对焊，其工艺参数可参考表6。直径很小的线材、不同材料的线材，以及线材与冲压件(如电阻器和二极管的端盖)可采用电容储能式对焊。其特点在于焊接条件非常强，加热范围极窄，大大减轻了被焊金属热物理性能对接头形成的影响。表6线材电阻对焊的焊接条件8 杆件的对焊多用于建筑业的钢筋对焊，通常直径d10mm用连续闪光对焊;d30mm用预热闪光对焊。用手动对焊机时，由于焊机功率较小(通常不超过50kVA)：d=1520mm时，般就要用预热闪光对焊。杆件对焊时可使用半圆形或V形夹钳电极，后者可用于各种直径，因而获得广泛地应用。杆件属实心断面，刚性较大，可采用较长的伸出长度。低碳钢棒材电阻对焊和闪光对焊的工艺参数可参考表7和表8。管于对焊管子对焊广泛地应用于锅炉制造、管道工程及石油设备制造。根据管子的断面和材料选择连续或预热闪光对焊。夹钳电极可以用半圆形或V形。通常当管径与壁厚的比值大于10时，选用V形。为避免管子在夹钳电极中滑移，夹钳电极应有适当的工作长度。管径为2050mm时，工作长度为管径的225倍；管径为200300mm时，工作长度为管径的115倍。低碳钢和合金钢管连续闪光对焊的工艺参数可参考表9。大直径厚壁钢管一般用预热闪光对焊，其工艺参数可参考表10。由于管子是展开形断面，散热较快，端面液态金属易于冷却，顶锻时难于挤出。面积分散，义使闪光过程中自保护作用减弱。因此，当工艺参数选择不当时，非金属夹杂物会残留住接口中形成灰斑缺陷。保持稳定闪光，提高闪光和顶锻速度，并采用气体保护，能减少或消除灰斑。管子焊后，需去除内外毛刺，以保证管子外表光洁，内部有一定的通道孔径。去除毛刺需使用专用工具。表7低碳钢棒材电阻对焊的焊接条表8低碳钢棒材闪光对焊的时间和留量表920钢、120r1MoV及12Crl8Nil2Ti钢管连续闪光对焊的焊接条件表10 大断面低碳钢管预热闪光对焊的焊接条件薄板对焊薄板对焊在冶金工业轧制钢板的连续生产线上广泛地应用。板材宽度从300mm到1500mm以上，厚度从小于lmm到十几毫米。材料有碳钢、合金钢及有色金属及其合金等。板材对焊后，接头由于将经受轧制，并产生很大的塑性变形，因而不仅要有一定的强度，而且应有很高的塑性。厚度小于5mm的钢板，一般采用连续闪光对焊，用平面电极单面导电；板材较厚时，采用预热闪光对焊，双面导电，以保证沿整个端面加热均匀。薄板焊接时，因断面的长与宽之比较大，面积分散，接头冷却快，闪光过程中自保护作用较弱。同时，液态过梁细小，端面上液态金属层薄，易于氧化和凝固。因此必须提高闪光和项锻速度。焊后须趁热用毛刺切除装置切除毛刺。低碳钢和不锈钢板闪光对焊的工艺参数可分别参考表1l和表12。 表11低碳钢钢板的闪光和顶锻留量表12不锈钢板闪光对焊的留量(板宽700900mm)环形件对焊环形件(如车轮辋、链环、轴承环、喷气发动机安装边等)焊接时，除了考虑对焊工艺的一般规律外，还应注意分流和环形件变形弹力的影响，由于存在分流，需要功率要增大1550。分流随环形件直径的减小，断面的增大，以及材料电阻率的减小而增大。环形件对焊时，顶锻压力的选择必须考虑变形反弹力的影响，但由于分流有对环背加热的作用，因而顶锻压力增加量不大。自行车、摩托车钢辋、汽车轮辋均采用连续闪光对焊，夹钳电极的钳口必须与工件断面相吻合。顶锻时，为了防止反弹力影响接头质量，甚至拉开接头，需要延长无电流顶锻时间。锚链、传动链等链环多用低碳和低合金钢制造。直径d20mm时，可用预热闪光对焊。预热的目的是为了使接口处加热均匀，顶锻时容易产生定的塑性变性。链环对焊的工艺参数可参考表13和表14。刀具对焊刀具对焊足目前刀具制造业中用于制造毛坯的工艺方法之一，主要是高速钢(W8Cr4V、W9Cr4V2)和中碳钢的对焊。刀具对焊有如下特点：1)高速钢与中碳钢的导热性与电阻率差别大。在常温下，中碳钢=042W(cmK)，0=1822ucm；高速钢=023W(cmK)，o=48ucm。为了使接合面两侧的温度分布基本一致，高速钢的伸出长度应比中碳钢小3050。一般情况下，高速钢的伸出长度为(0510)d，为了防止散热过快，伸出长度应不小于l0mm。2)高速钢淬火倾向大，焊后硬度将大大提高，并可能产生淬火裂纹。为了防止裂纹，应采用预热闪光对焊。预热时，将接口附近510mm范围内的金属加热到11001200C。焊后在600700的电炉中保温30min进行退火。3)高速钢加热到高温时，会产生晶粒长大或在半熔化晶界上形成莱氏体共晶物，使接头变脆。莱氏体共品物不能通过热处理消除。闪此需要用充分的顶锻来消除这种组织。刀具对焊的厂艺参数可参考表13。表13锚链闪光对焊的焊接条件表14小直径链环电阻对焊的焊接条件