常用金屬的閃光對焊

1、常用金屬的閃光對焊所有鋼和有色金屬幾乎都可以閃光對焊，但要獲得優(yōu)質(zhì)接頭，還需根據(jù)金屬的有關(guān)特性，采取必要的工藝措施?，F(xiàn)分述如下：1)導(dǎo)電導(dǎo)熱性對于導(dǎo)電導(dǎo)熱性好的金屬，應(yīng)采用較大的比功率和閃光速度，較短的焊接時間。2)高溫強度對于高溫強度高的金屬，應(yīng)采用較大高溫塑性區(qū)的寬度，采用較大的頂鍛壓力。3)結(jié)晶溫度區(qū)間結(jié)晶溫度區(qū)間越大，半熔化區(qū)越寬，應(yīng)采用較大的項鍛壓力和頂鍛留量，以便把半熔化區(qū)中的熔化金屬全部排擠出去，以免留在接頭中引起縮孔、疏松和裂紋等缺陷。4)熱敏感性常見的有兩種情況。第一種是淬火鋼，焊后接頭易產(chǎn)生淬火組織，使硬度增高、塑性降低，嚴(yán)重時會產(chǎn)生淬火裂紋。淬火鋼通常采用加熱區(qū)寬的預(yù)熱閃

2、光對焊，焊后采用緩慢冷卻和回火等措施。第二種是經(jīng)冷作強化的金屬(如奧氏體不銹鋼)，焊接時接頭和熱影響區(qū)發(fā)生軟化，使接頭強度降低。焊接此類金屬通常采用較大的閃光速度和頂鍛壓力，以盡量縮小軟化區(qū)和減輕軟化程度。5)氧化性接頭中的氧化物夾雜對接頭質(zhì)量有嚴(yán)重危害，因此，防止氧化和排除氧化物是提高接頭質(zhì)量的關(guān)鍵。金屬的成分不同，其氧化性和生成的氧化物也不同。若生成氧化物的熔點低于被焊金屬，這時氧化物有較好的流動性，頂鍛時容易被排擠出來，若生成氧化物的熔點高于被焊金屬，如SiO2、A12O3、Cr2O3等，就必須在被焊金屬還處在熔化狀態(tài)時，才有可能將它們排出。因此，在焊接含有較多Si、A1、C一類元素的合

3、金鋼時，應(yīng)該采取嚴(yán)格的工藝措施，徹底排除氧化物。幾種常用金屬材料閃光對焊的特點：(1)碳素鋼的閃光對焊這類材料的電阻系數(shù)較高，加熱時碳元素的氧化接口提供保護性氣氛CO和CO2，不含有生成高熔點氧化物的元素等優(yōu)點。因而都屬于焊接性較好的材料。隨著鋼中含碳量的增加，電阻系數(shù)增大、結(jié)晶區(qū)間、高溫強度及淬硬傾向都隨之增大。因而需要相應(yīng)增加頂鍛壓強和頂鍛留量。為了減輕淬火的影響，可采用預(yù)熱閃光對焊，并進行焊后熱處理。碳素鋼閃光對焊時，由于碳向加熱端面擴散并被強烈氧化，以及頂鍛時，半熔化區(qū)內(nèi)含碳量高的熔化金屬被擠出，所以在接頭處形成含碳量低的貧碳層(呈白色，也稱亮帶)。貧碳層的寬度隨著鋼含碳量的提高、預(yù)熱

4、時間的加長而增寬；隨著含碳量的增大和氣體介質(zhì)氧化傾向的減弱而變窄。采用長時間的熱處理可以消除貧碳層。用得最多的是碳素鋼閃光對焊。只要焊接條件選擇適當(dāng)，一般不會出現(xiàn)困難，甚至對熔焊來說比較難焊的鑄鐵也是樣。鑄鐵通常采用預(yù)熱閃光對焊，用連續(xù)閃光對焊容易形成白口。由于含碳量很高，閃光時產(chǎn)生大量的CO和CO2保護氣氛，自保護作用較強，即使在工藝參數(shù)波動很大時，在接口中也只有少量氧化夾雜物。(2)合金鋼的閃光對焊合金元素含量對鋼性能的影響和應(yīng)采取的工：藝措施如下：1)鋼中的Al、Cr、Si、Mo等元素易牛成高熔點氧化物，應(yīng)增大閃光和頂鍛速度，以減少其氧化。2)合金元素含量增加，高溫強度提高，應(yīng)增加頂鍛壓

5、強。3)對于珠光體鋼，合金元素增加,淬火傾向性就增大，應(yīng)采取防止淬火脆化的措施。表3是碳素鋼和合金鋼閃光對焊工藝參數(shù)的參考值。低合金鋼的焊接特點與中碳鋼相似，具有淬硬傾向，應(yīng)采用相應(yīng)的熱處理方法。這類鋼的高溫強度較大，易生成氧化物夾雜，需要采用較高的頂鍛壓強，較高的閃光和頂鍛速度。高碳合金鋼除具有高碳鋼的特點外，還含有一定數(shù)量的合金元素。由于含碳量高，結(jié)晶溫度區(qū)間寬，接口處的半熔區(qū)就較寬，如果頂鍛壓力不足，塑性變形量不夠，殘留在半熔化區(qū)內(nèi)的液態(tài)金屬將形成疏松組織。還因含有合金元素，會形成高熔點氧化物夾雜。因此，需要較高的閃光和頂鍛速度，較大的頂鍛壓強和頂鍛留量。奧氏體鋼的主要合金元素是Cr和N

6、i，這種鋼具有高溫強度高、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性差、熔點低(與低碳鋼相比)，又有大量易形成高熔點氧化物的合金元素(如Cr)。因此，要求有大的頂鍛壓強，高的閃光和頂鍛速度。高的閃光速度可以減小加熱區(qū)，可有效地防止熱影響區(qū)晶粒急劇長大和抗腐蝕性的降低。(3)鋁及其合金的閃光對焊這類材料具有導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、熔點低、易氧化且氧化物熔點高、塑性溫度區(qū)窄等優(yōu)點，給焊接帶來困難。鋁合金對焊的焊接性較差，工藝參數(shù)選擇不當(dāng)時，極易產(chǎn)生氧化物夾雜、疏松等缺陷使接頭強度和塑性急刷降低。閃光對焊時，必須采用很高的閃光和頂鍛速度、大的頂鍛留量和強迫成形的頂鍛模式。所需比功率也要比鋼件大得多。(4)銅及其合金的閃光對焊銅的導(dǎo)電導(dǎo)熱性

7、比鋁還好，熔點較高，因而比鋁要難焊得多。純銅閃光對焊時，很難在端面形成液態(tài)金屬層和保持穩(wěn)定的閃光過程，也很難獲得良好的塑性溫度區(qū)。為此，焊接時需要很高的最后閃光速度、頂鍛速度和頂鍛壓強。銅合金(如黃銅、青銅)的對焊比純銅容易。黃銅對焊時由于鋅的蒸發(fā)而使接頭性能下降，為了減少鋅的蒸發(fā)，也應(yīng)采用很高的閃光速度、頂鍛速度和頂鍛壓強。鋁、銅及其合金閃光對焊，工藝參數(shù)可參考表4。  表3各類鋼閃光對焊主要參數(shù)的參考值  表4有色金屬及其合金閃光對焊的焊接條件 鋁和銅用閃光對焊焊成的過渡接頭廣泛用于電機行業(yè)。由于它們的熔點相差很大，鋁的熔化比銅快45倍，所以要相應(yīng)增大鋁的伸出

8、長度。鋁和銅閃光對焊的工藝參數(shù)可參考表5。鋁和銅對焊時，可能形成金屬間化合物CuAl，增加接頭脆性。因此，必須在頂鍛時盡可能將CuAl，從接口中排擠出去。  表5銅與鋁閃光對焊的焊接條件   (5)鈦及其合金的閃光對焊鈦及其合金閃光對焊的主要問題是由于淬火和吸收氣體 (氫、氧、氮等)而使接頭塑性降低。鈦合金的淬火傾向與加入的合金元素有關(guān)。若加入穩(wěn)定B相元素則淬火傾向增大，塑性將進一步降低。若采用強烈閃光的連續(xù)閃光對焊，不加保護氣體就可獲得滿意的接頭。當(dāng)采用閃光、頂鍛速度較小的預(yù)熱閃光焊時，應(yīng)在Ar或He保護氣氛中焊接。預(yù)熱溫度為10001200°

9、;C，工藝參數(shù)和焊接鋼時基本一致，只是閃光留量稍有增加。此時可獲得較高塑性的接頭。 工藝參數(shù)閃光對焊的主要工藝參數(shù)有：伸出長度、閃光電流、閃光留量、閃光速度、頂鍛留量、頂鍛速度、頂鍛壓力、頂鍛電流、夾鉗夾持力等。圖是連續(xù)閃光對焊各留量和伸出長度的示意圖。各工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響及選用原則：(1)伸出長度l0和電阻對焊一樣，l0影響沿工件軸向的溫度工分布和接頭的塑性變形。此外，隨著l0的增大，使焊接回路的阻抗增大，需用功率也要增大。一般情況下，棒材和厚壁管材l0=(0.71.0)d，d為圓棒料的直徑或方棒料的邊長。 圖連續(xù)閃光對焊各留量和伸出長度示意圖總留量f閃光留量u有電流頂鍛留量

10、u無電流頂鍛留量l0伸出長度  對于薄板（=14mm），為了頂鍛時不失穩(wěn)，一般取l0=（4）。不同金屬對焊時,為了使兩工件上的溫度分布一致,通常是導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性差的金屬l0應(yīng)較小。表1是不同金屬閃光對焊時的l0參考值。 表1 不同金屬閃光對焊時的伸出長度  表2閃光對焊時jf和ju的參考值    (3)閃光留量f選擇閃光留量時，應(yīng)滿足在閃光結(jié)束時整個工件端面有一熔化金屬層，同時在一定深度上達(dá)到塑性變形溫度。如果f過小，則不能滿足上述要求，會影響焊接質(zhì)量。f過大，又會浪費金屬材料、降低生產(chǎn)串。在選擇f時還應(yīng)考慮是否有

11、預(yù)熱，因為預(yù)熱閃光對焊的f可以比連續(xù)閃光對焊小3050。(4)閃光速度vf 足夠大的閃光速度才能保證閃光的強烈和穩(wěn)定，但vf過大會使加熱區(qū)過窄，增加塑性變形的困難。同時，由于需要的焊接電流增加，會增大過梁爆破后的火口深度，因此將會降低接頭質(zhì)量。選擇vf時還應(yīng)考慮下列因素：1)被焊材料的成分和性能含有易氧化元素多的或?qū)щ妼?dǎo)熱性好的材料，vf應(yīng)較大。例如，焊奧氏體不銹鋼和鋁合金時，vf要比焊低鋼時大；2)是否有預(yù)熱有預(yù)熱時容易激發(fā)閃光，因而可提高vf；3)頂鍛前應(yīng)有強烈閃光vf應(yīng)較大，以保證在端面上獲得均勻的金屬層。(5)頂鍛留量影響液態(tài)金屬的排除和塑性變形的大小。過小時，液態(tài)金屬殘留在接口中，易

12、形成疏松、縮孔、裂紋等缺陷；過大時，也會因晶紋彎曲嚴(yán)重，降低接頭的沖擊韌度。應(yīng)根據(jù)工件斷面積選取，隨著斷面積的增大而增大。頂鍛時，為防止接口氧化，在端面接口閉合前不馬上切斷電流，因此頂鍛留量應(yīng)包括兩部分有電流頂鍛留量和無電流頂鍛留量，前者為后者的051倍。(6)頂鍛速度vu為避免接口區(qū)因金屬冷卻而造成液態(tài)金屬排除及塑性金屬變形的困難，以及防止端面金屬氧化，頂鍛速度越快越好。最小的頂鍛速度取決于金屬的性能。焊接奧氏體鋼的最小頂鍛速度約為焊接珠光體鋼的2倍(圖3)。導(dǎo)熱性好的金屬(如鋁合金)焊接時需要很多的頂鍛速度(150200mms)。對于同一種金屬，接口區(qū)溫度梯度大的，由于接頭的冷卻速度快，也

13、需要提高頂鍛速度。    圖3頂鍛速度對接頭沖擊韌度的影響1-2mml5CrMo低合金鋼管2-32mmlCrl8Ni1M02Ti不銹鋼管   (7)頂鍛壓力FF通常以單位面積的壓力，即頂鍛壓強來表示。頂鍛壓強的大小應(yīng)保證能擠出接口內(nèi)的液態(tài)金屬，并在接頭處產(chǎn)生一定的塑性變形。頂鍛壓強過大，則變形不足，接頭強度下降；頂鍛壓強過小，則變形量過大，晶紋彎曲嚴(yán)重，又會降低接頭沖擊韌度。頂鍛壓強的大小取決于金屬性能、溫度分布特點、頂鍛留量和速度、工件端面形狀等因素。高溫強度大的金屬要求大的頂鍛壓強。增大溫度梯度就要提高頂鍛壓強。由于高的

14、閃光速度會導(dǎo)致溫度梯度增大，因此焊接導(dǎo)熱性好的金屬(銅、鋁合金)時，需要大的頂鍛壓強(150400MPa)。(8)預(yù)熱閃光對焊參數(shù)除上述工藝參數(shù)外，還應(yīng)考慮預(yù)熱溫度和預(yù)熱時間。預(yù)熱溫度根據(jù)工件斷面和材料性能選擇，焊接低碳鋼時，一般不超過700900。隨著工件斷面積增大，預(yù)熱溫度應(yīng)相應(yīng)提高。預(yù)熱時間與焊機功率、工件斷面大小及金屬的性能有關(guān)，可在較大范圍內(nèi)變化。預(yù)熱時間取決于所需預(yù)熱溫度。預(yù)熱過程中，預(yù)熱造成的縮短量很小，不作為工藝參數(shù)來規(guī)定。(9)夾鉗的夾持力Fc必須保證：工件在預(yù)鍛時不打滑，F(xiàn)c與頂鍛壓力Fu和工件與夾鉗間的摩擦系數(shù)f有關(guān)，它們的關(guān)系是： FcFu2f。通常F=(1540)Fu

15、，斷面緊湊的低碳鋼取下限，冷扎不銹鋼板取上限，當(dāng)夾具上帶有頂撐裝置時，夾緊力可以大大降低，此時F=0.5F就足夠了。工件準(zhǔn)備閃光對焊的工件準(zhǔn)備包括：端面幾何形狀、毛坯端頭的加工和表面清理。閃光對焊時，兩工件對接面的幾何形狀和尺寸應(yīng)基本一致(如圖4)。否則將不能保證兩工件的加熱和塑性變形一致，從而將會影響接頭質(zhì)量。在生產(chǎn)中，圓形工件直徑的差別不應(yīng)超過15，方形工件和管形工件不應(yīng)超過10。在閃光對焊大斷面工件時，最好將一個工件的端部倒角，使電流密度增大，以便于激發(fā)閃光。這樣就可以不用預(yù)熱或在閃光初期提高二次電壓，圖5是推薦的棒、管、板材的倒角尺寸。對焊毛坯端頭的加工可以在剪床、沖床、車床上進行，也

16、可以用等離子或氣焰切割，然后清除端面。閃光對焊時，因端部金屬在閃光時被燒掉，故對端面清理要求不甚嚴(yán)格，但對夾鉗和工件接觸面的清理要求，應(yīng)和電阻對焊時一樣。 圖4 閃光對焊的接頭形式a）合理b）不合理  圖5 大斷面工件工件的端部倒角尺寸典型工件的對焊小斷面工作的對焊直徑d5mm的線材多采用電阻對焊，其工藝參數(shù)可參考表6。直徑很小的線材、不同材料的線材，以及線材與沖壓件(如電阻器和二極管的端蓋)可采用電容儲能式對焊。其特點在于焊接條件非常強，加熱范圍極窄，大大減輕了被焊金屬熱物理性能對接頭形成的影響。 表6線材電阻對焊的焊接條件8  桿件的對焊多用于建筑業(yè)

17、的鋼筋對焊，通常直徑d<10mm用電阻對焊：d>10mm用連續(xù)閃光對焊;d>30mm用預(yù)熱閃光對焊。用手動對焊機時，由于焊機功率較小(通常不超過50kVA)：d=1520mm時，般就要用預(yù)熱閃光對焊。桿件對焊時可使用半圓形或V形夾鉗電極，后者可用于各種直徑，因而獲得廣泛地應(yīng)用。桿件屬實心斷面，剛性較大，可采用較長的伸出長度。低碳鋼棒材電阻對焊和閃光對焊的工藝參數(shù)可參考表7和表8。管于對焊管子對焊廣泛地應(yīng)用于鍋爐制造、管道工程及石油設(shè)備制造。根據(jù)管子的斷面和材料選擇連續(xù)或預(yù)熱閃光對焊。夾鉗電極可以用半圓形或V形。通常當(dāng)管徑與壁厚的比值大于10時，選用V形。為避免管子在夾鉗電極中

18、滑移，夾鉗電極應(yīng)有適當(dāng)?shù)墓ぷ鏖L度。管徑為2050mm時，工作長度為管徑的225倍；管徑為200300mm時，工作長度為管徑的115倍。低碳鋼和合金鋼管連續(xù)閃光對焊的工藝參數(shù)可參考表9。大直徑厚壁鋼管一般用預(yù)熱閃光對焊，其工藝參數(shù)可參考表10。由于管子是展開形斷面，散熱較快，端面液態(tài)金屬易于冷卻，頂鍛時難于擠出。面積分散，義使閃光過程中自保護作用減弱。因此，當(dāng)工藝參數(shù)選擇不當(dāng)時，非金屬夾雜物會殘留住接口中形成灰斑缺陷。保持穩(wěn)定閃光，提高閃光和頂鍛速度，并采用氣體保護，能減少或消除灰斑。管子焊后，需去除內(nèi)外毛刺，以保證管子外表光潔，內(nèi)部有一定的通道孔徑。去除毛刺需使用專用工具。 表7低碳

19、鋼棒材電阻對焊的焊接條 表8低碳鋼棒材閃光對焊的時間和留量   表920鋼、120r1MoV及12Crl8Nil2Ti鋼管連續(xù)閃光對焊的焊接條件    表10 大斷面低碳鋼管預(yù)熱閃光對焊的焊接條件    薄板對焊薄板對焊在冶金工業(yè)軋制鋼板的連續(xù)生產(chǎn)線上廣泛地應(yīng)用。板材寬度從300mm到1500mm以上，厚度從小于lmm到十幾毫米。材料有碳鋼、合金鋼及有色金屬及其合金等。板材對焊后，接頭由于將經(jīng)受軋制，并產(chǎn)生很大的塑性變形，因而不僅要有一定的強度，而且應(yīng)有很高的塑性。厚度小于5

20、mm的鋼板，一般采用連續(xù)閃光對焊，用平面電極單面導(dǎo)電；板材較厚時，采用預(yù)熱閃光對焊，雙面導(dǎo)電，以保證沿整個端面加熱均勻。薄板焊接時，因斷面的長與寬之比較大，面積分散，接頭冷卻快，閃光過程中自保護作用較弱。同時，液態(tài)過梁細(xì)小，端面上液態(tài)金屬層薄，易于氧化和凝固。因此必須提高閃光和項鍛速度。焊后須趁熱用毛刺切除裝置切除毛刺。低碳鋼和不銹鋼板閃光對焊的工藝參數(shù)可分別參考表1l和表12。    表11低碳鋼鋼板的閃光和頂鍛留量    表12不銹鋼板閃光對焊的留量(板寬700900mm)    環(huán)形件對焊環(huán)形件(如車輪輞、鏈環(huán)、軸承環(huán)、噴氣發(fā)動機安裝邊等)焊接時，除了考慮對焊工藝的一般規(guī)律外，還應(yīng)注意分流和環(huán)形件變形彈力的影響，由于存在分流，需要功率要增大1550。分流隨環(huán)形件直徑的減小，斷面的增大，以及材料電阻率的減小而增大。環(huán)形件對焊時，頂鍛壓力的選擇必須考慮變形反彈力的影響，但由于分流有對環(huán)背加熱的作用，因而頂鍛壓力增加量不大。自行車、摩托車鋼輞、汽車輪輞均采用連續(xù)閃光對焊