焊接原理與工藝1.

1、焊接原理與工藝焊接過程的本質(zhì)就是通過適當?shù)奈锢砘瘜W過程，使兩個分離表面的金屬原子接近到晶格距離(0.30.5nm)，形成金屬鍵，從而使兩金屬連為一體的加工方法。比較常見的有以下幾類A.鎢極氬弧焊英文全稱Tungsten Inert Gas Arc Welding，又稱GTAW，Gas Tungsten Arc Welding，簡稱TIG焊保護氣體一般為Ar或He。焊接時，電極和電弧區(qū)及熔化金屬都處在氬氣保護之中，使之與空氣隔離，電極為鎢或鎢的合金棒，電弧燃燒過程中，電極不熔化，焊接過程穩(wěn)定，當保護氣體采用氦氣時稱為氦弧焊，有時也采用氦或氬的混和氣體。TIG焊應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛用于飛機制造、原子能、

2、化工、紡織等工業(yè)中，可焊接易氧化的有色金屬及其合金、不銹鋼、高溫合金、鈦及鈦合金以及難熔的活性金屬(如鉬、鈮、鋯)等，脈沖鎢極氬弧焊適宜于焊接薄板，特別適用于全位置管道對接焊，它使原子能和電站鍋爐工程的焊縫質(zhì)量得到了顯著提高。但是鎢電極的載流能力有限，電弧功率受到限制，致使焊縫熔深淺，焊接速度低。所以，鎢極氬弧焊一般只適于焊接厚度小于6mm的工件。一般來說低周波的脈沖可以有效地采用于熱容量小的薄板或材料不同的焊接(板厚或材質(zhì)不同材料的焊接)但是這種方法在一定的周期內(nèi)電流會發(fā)生變化所以難以定速手工作業(yè)焊接困難這時電流的變化只能靠作業(yè)者自身憑感覺控制脈沖而高周波的脈沖中,脈沖電流的流動時間極其短暫

3、,電弧一瞬間就會收縮,成了一種指向性高的狀態(tài),高精度的薄板焊接和每分鍾數(shù)米的高速焊接時,這種方法被有效的采用。圖2-4表示的就是利用高周波脈沖控制的薄板高速焊接可達到的范圍,改善了一般方法下不連續(xù)焊道和咬邊等非正常焊道的狀態(tài),并且提高了焊接中數(shù)倍的速度。B.熔化極氬弧焊MIG(英文全稱Metal Inert Gas Arc Welding)，保護氣體為Ar氣又稱GMAW，Gas Metal Arc Welding，如果用Ar-O2Ar-CO2或者Ar-CO2-O2等作保護氣體則稱MAG焊接(Metal Active Gas Arc Welding)，上述混和氣體一般為富Ar氣體。特點：1. 和

4、TIG焊一樣，幾乎可焊接所有的金屬，尤其適合于焊接鋁及鋁合金，銅及銅合金以及不銹鋼等材料2. 由于用焊絲作電極，可采用高密度電流，因而母材熔深大，填充金屬熔敷速度快，用于焊接厚板鋁、銅等金屬時生產(chǎn)率比TIG焊高，焊件變形比TIG焊小3. 熔化極氬弧焊可直流反接焊接鋁及鋁合金時有良好的陰極霧化作用4. 熔化極氬弧焊焊接鋁及鋁合金時亞射流電弧的固有自調(diào)節(jié)作用較為顯著。C.焊焊利用某些熔點低于被連接構(gòu)件材料熔點的熔化金屬(焊料)作連接的媒介物在連接界面上的流散浸潤作用，然后冷卻結(jié)晶形成結(jié)合面的方法稱為焊焊。顯然焊焊過程必須采取加熱(以使焊料熔化，但母材不熔化)和保護措施(以使熔化的焊料不與空氣接觸)

5、。按照熱源和保護條件的不同，焊焊方法分為：火焰焊焊(以氧乙炔燃燒火焰為熱源)；真空或充氣感應(yīng)焊焊(以高頻感應(yīng)電流的電阻熱為熱源)；電阻爐焊焊(以電阻爐輻射熱為熱源)；鹽浴焊焊(以高溫鹽浴為熱源)等若干種。通?？煞譃檐浐负讣訜釡囟仍?00以下又稱銀焊英文名稱SOLDERING硬焊焊加熱溫度在500以上又稱銅焊英文名稱BRAZING。以前焊焊技術(shù)在鈑金加工中具有封密性好,不易發(fā)生變形的優(yōu)點,所以在鈑金產(chǎn)品加工時用于修補或不同材質(zhì)材料接頭的連接,現(xiàn)在又開發(fā)了以電弧為熱源的焊焊方法。(一)焊材的選擇焊焊作業(yè)中為了得到良好的接頭,應(yīng)該根據(jù)母材的材質(zhì),接頭的利用條件及可使用的焊焊方法選擇合適的材料,所以在

6、現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的各種焊材中,以各種焊材中,以各種焊材的特性為基準進行了下列分類。(I)鋁合金焊:焊焊的焊接范圍在560640之間可利用鋁以及鋁和其它金屬合金的焊接爐中焊焊等方法這種焊材的接頭強度高所以必須清除殘留焊劑。焊焊范圍在200350的鋁軟焊料可以使焊劑也可以讓鋁和其它金屬連接。(II)銀焊:根據(jù)焊材的種類焊焊可在620900范圍內(nèi)焊接但除Al,Mg以外。(III)黃銅焊:銀焊可焊接材料的范圍在820980這種焊材如照片2-23(a)的一般焊焊以及(b)所示的流動焊焊(銅焊) 。(IV)磷銅焊:在各種焊焊方法中可進行700900的焊焊作業(yè)主要是銅以銅合金。這種焊材可使用焊劑。(V)鎳焊:熔

7、點為1000使用于高溫下的接頭或真空零部件的焊焊。(二)焊劑的選擇與使用方法在眾多焊焊作業(yè)中,為了得到好的焊焊結(jié)果,必須對照焊材選用合適的焊劑?；镜母骱覆南鄳?yīng)的焊劑成分選擇基準如表2-8所示。焊劑在焊焊中的作用是防止母材和焊材氧化以及清除生成的氧化物不使用焊劑焊材的母材表面會產(chǎn)生大面積的球狀現(xiàn)象,而使用了焊劑則產(chǎn)生良好的濕潤現(xiàn)象。 焊劑除了有清除之個氧化物的作用之外,還有穩(wěn)定焊溫度的作用,穩(wěn)定焊焊的溫度在焊焊作業(yè)非常重要,焊材從熔化開始前到滲透整個接頭,焊劑的除氧和防氧化作用是必不可少的。表2-8焊用的焊劑焊材適合的母材焊劑成分鋁焊鋁及鋁合金氯化物,氟化物銀焊鋁,鎂以外的金屬硼酸,硼氯酸,氧

8、化物,硼氟化物濕溫劑黃銅焊焊,鎂以外的金屬硼酸,硼氯酸,氬化物,硼氟化物濕潤劑磷銅焊銅及銅合金氯化物,氯化物,硼氯酸,潤滑劑鎳焊鋁,鎂,銅以外的金屬硼砂,硼酸,硼酸氯濕潤劑 焊劑濃度越高焊焊作業(yè)越容易即固定熱源的一點對于加熱母材中心位置而局部溫度上升的狀況使用濃度有活性的焊劑就可以控制溫度上升為擴散母材的焊焊溫度區(qū)域起到了一個有效的穩(wěn)定溫度的作用。所以焊劑有清潔母材的作用清潔之后還可以保持有控制母材的加熱狀態(tài)等作用。(1) 焊焊接頭的設(shè)定為了得到良好的焊焊接頭除了合適的焊材和焊劑外設(shè)定接頭的形狀和接頭的間隙也是非常重要的。 基本的焊焊接頭有1.重迭接頭2.對接接頭3.嵌接接頭強度最大氣密性最好

9、的是重迭接頭嵌接接頭和對接接頭次之接頭的形態(tài)在焊焊部要求盡可能應(yīng)力集中以便達到焊接要求的強度。 接頭間隙和接頭強度的關(guān)系任何一種接頭形狀都是間隙越小接頭強度越大。接頭強度要求很高時應(yīng)該將間隙設(shè)定為0.050.1mm用稍高一些的溫度進行焊焊。(2) 各種焊焊法的注意事項(I)TORCH焊焊:TORCH焊焊是以吹管中可烯性氣體燃燒的氣焰為熱源的焊焊法。一般是手工作業(yè)時使用現(xiàn)在多用于專用的自動焊焊裝置上這種可能會在局部加熱所以作業(yè)時應(yīng)該觀察焊焊現(xiàn)象防止發(fā)生變形特別是手工作業(yè)時應(yīng)該相當熟練才能得到良好的焊焊效果。熟練和不熟練不同結(jié)果的比較熟練者作業(yè)時母材加熱狀態(tài)下各測試點的差別很少幾乎是平衡的溫度所以

10、焊焊的效果整體情況很好。相反如果是不熟練者加熱不均衡使母材各位置的溫度相差過大部分位置過熱致使焊劑和焊材受到破壞母材加熱不足。()爐中焊焊:這種焊焊法是均行加熱材料的同時調(diào)整溫度,一爐加可同時焊焊多件,所以效率高質(zhì)量好.由于不用清除焊焊后的焊渣。 所以說相對TORCH焊焊法是均衡加熱材料的同時調(diào)整溫度一爐可同時焊焊多件所以效率高質(zhì)量好。由于不用清除焊焊后的焊劑,所以用爐中的氣體在材料和焊材中焊焊可良好地焊接。()MIG焊焊:板金加工焊接時最主要的是將薄板焊接時的變形控制到最小上述的TORCH焊焊難免會產(chǎn)生變形所以為了提高熱源的集中性可以利用電弧電源方法進行電弧焊焊高效率焊焊的MIG焊焊。這種方

11、法主要是在MIG焊的電極焊絲中使用焊材MIG焊焊時為了達到長弧狀態(tài)應(yīng)該設(shè)定稍高一些的電壓提高焊接速度。(IV)其它焊焊:除了上述的焊焊外還有高周波焊焊電阻焊焊浸沾焊焊等等,高周波焊焊與TORCH焊焊相比加熱效果好但價格昂貴設(shè)備費高給成本帶來很大的問題電阻焊焊比點焊復(fù)雜焊接銅和銅合金時按照點焊的方法操作浸沾焊焊是將工件浸入到熔入到熔化的焊料和焊劑中的焊接方法。D.點焊焊件裝配成搭接接頭并壓緊在兩電極之間利用電阻熱熔化母材金屬形成焊點的電阻焊方法。點焊調(diào)整中最主要的因素是加壓力焊接電流通電時間以及電極。一、一般的接頭形成過程(1)預(yù)壓階段:預(yù)壓階段的機電過程特點是Fw>0I=0其作用是在電極

12、壓力作用下清除一部分接觸表面的不平和氧化膜形成物理接觸點這就為以后焊接電流的順利通過及表面原子的鍵合作好準備。(2)通電加熱階段:通電加熱階段的機電特點是Fw>0I>0其作用是在熱與機械(力)作用下形成塑性環(huán)-熔核并隨著通電加熱的進行而長大直到獲得需要的熔核尺寸。(3)冷卻結(jié)晶階段:冷卻結(jié)晶階段的機電特點是Fw>0I=0其作用是使液態(tài)熔核在壓力作用下冷卻結(jié)晶。二、判斷金屬材料點焊焊接性的主要標志(1) 材料的導電性和導熱性電阻率()小而熱導率()大的金屬材料其焊接性較差。(2) 材料的高溫塑性及塑性溫度范圍。高溫屈服強度大的材料，點焊時塑性變形困難、易產(chǎn)生噴濺，這就要求選用熱

13、硬性好的電極和能提供大壓力的設(shè)備。塑性溫度區(qū)間較窄的材料(如鋁合金)，對點焊規(guī)范參數(shù)的波動非常敏感，這就對設(shè)備及其控制裝置提出較高的要求。因此，高溫塑性差、塑性溫度區(qū)間窄的金屬材料其焊接性較差。(3) 材料對熱循環(huán)的敏感性。由于點焊熱循環(huán)的作用，接頭中出現(xiàn)某些焊接缺陷(淬硬組織及冷裂紋、熱裂紋、軟化.)使接頭承載能力降低，故易生成與熱循環(huán)有關(guān)的焊接缺陷的金屬材料其焊接性較差。熔點高線脹系數(shù)大硬度高等的金屬材料焊接性一般也較差。E.電焊利用藥皮焊條做焊接材料的電弧焊方法。藥皮的作用是提供焊接時的保護環(huán)境同時對焊縫金屬起物理/化學冶金作用改善/增強焊縫的力學/化學性能。英文名稱SMAW,SHIEL

14、DED METAL ARC WELDING。MIG/MAG焊使用的保護氣體及其被保護材料保護氣體焊接材料Ar除鋼材外的一切金屬Ar+He一切金屬，尤其適合于銅和鋁的合金的焊接He除鋼材外的一切金屬Ar+O20.5%1%鋁Ar+O21%高合金鋼Ar+O21%3%合金鋼Ar+O21%5%非合金鋼及低合金鋼Ar+CO225%非合金鋼Ar+CO21%3%鋁合金Ar+N20.2%鋁合金Ar+H26%鎳及鎳合金Ar+N215%20%銅N2銅CO2非合金鋼CO2+O215%20%非合金鋼水蒸氣非合金鋼Ar+O23%7%+CO213%17%非合金鋼及低合金鋼常用富氬混合氣體的特點及應(yīng)用范圍被焊材料保護氣體焊接

15、方法特點和應(yīng)用范圍碳鋼及低合金鋼Ar+O21%5%Ar+O220%熔化極采用射流過渡，使熔滴細化，降低了射流過渡的臨界電流值，提高了熔池的氧化性，提高抗N2氣孔的能力，降低焊縫含H2含O2量及夾雜物，提高焊縫的塑性及抗冷裂能力，用于焊縫要求較高的場合Ar+CO220%30%熔化極可采用各種過渡形式，飛濺極小，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫成形較好，有一定的氧化性，克服了單一Ar保護時陰極漂移及金屬粘稠的現(xiàn)象，改善蘑菇形熔深，焊縫力學性能優(yōu)于純Ar保護Ar+CO215%+O25%熔化極可采用各種過渡形式，飛濺小，電弧穩(wěn)定，成形好，有良好的焊接質(zhì)量，焊縫斷面形狀及熔深理想。是焊接碳鋼及低合金鋼的最佳混合氣體不

16、銹鋼及高強度鋼Ar+O21%2%-提高熔池的氧化性，降低焊縫金屬含H2量，增大熔深，成形好，液體金屬粘度及表面張力有所降低，不易產(chǎn)生氣孔及咬邊，克服陰極漂移現(xiàn)象Ar+CO25%+O22%-提高了氧化性，熔深大，焊縫成形良好，但焊縫可能有少量增碳鋁及其合金Ar+He(100%)Ar+He10%75%熔化極鎢 極射流及脈沖射流過渡，電弧熱量大，溫度高，飛濺較小，電弧穩(wěn)定，增加和改善熔深，減少氣孔，提高焊接速度和生產(chǎn)率。當He含量大于10%時，飛濺較大。適于焊接厚鋁板Ar+CO22%熔化極可簡化焊前清理工作，電弧穩(wěn)定，飛濺小，抗氣孔能力強，焊縫力學性能較高銅及其合金Ar+N220%熔化極穩(wěn)定的射流過

17、渡，電弧溫度比純Ar高，提高了熱功率，降低了預(yù)熱溫度，但飛濺較大，焊縫表面粗糙Ar+He50%70%熔化極采用射流過渡及短路過渡，提高熱輸入量，減少預(yù)熱溫度鈦鋯及其合金Ar+He25%熔化極鎢 極適于短路、射流及脈沖射流過渡，提高了熱輸量，改善了熔深及提高了焊縫金屬的潤濕性鎳基合金Ar+He15%20%熔化極鎢 極提高熱輸入量，改善熔化特性，提高及改善熔深形狀，提高焊縫焊縫潤濕性Ar+He60%鎢 極提高了熱功率，金屬流動性好，焊波美觀，鎢極損耗少，壽命長，能抑制和消除焊縫中的CO氣孔焊縫符號的表示方法焊縫符號是供焊接結(jié)構(gòu)圖上使用的統(tǒng)一符號或代號它是一種工程語言。各國的焊縫符號不盡相同。 在我

18、國焊縫符號由國家標準GB/T324-1988<<焊縫符號表示法>>規(guī)定(與國際標準ISO02553-84<<焊縫在圖樣上的符號表示方法>>基本相同可以等效采用)。 國家標準規(guī)定的焊縫符號包括基本符號輔助符號補充符號和焊縫尺寸符號。焊縫符號一般由基本符號與指引線組成必要時還可以加上輔助符號補充符號和焊縫尺寸符號。 基本符號是表示焊縫橫截面形狀的符號。國標中規(guī)定的一些熔焊基本符號如圖(五)所示 輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號。它往往要與基本符號配合使用當對焊縫表面形狀有明確要求時采用輔助符號如圖(六)所示圖(五)焊縫基本符號圖(六)焊縫輔助符號

19、焊縫補充符號是為了說明焊縫某些特征而采用的符號。常見的有以下幾種焊縫符號的標注方法焊縫符號和焊接方法代號必須通過指引線及有關(guān)規(guī)定才能正確地表示焊縫。指引線一般由箭頭和兩條基準線(一條為實線另一條為虛線)兩部分組成(如圖七所示)。 國標GB/T3241988中規(guī)定箭頭線相對焊縫的位置一般沒有特殊要求但是在標注V形單邊V形J形等焊縫時箭頭應(yīng)指向帶有坡口一側(cè)的工件必要時允許箭頭線彎折一次。基準線的虛線可以畫在基準線的實線的上側(cè)或下側(cè)如果焊縫和箭頭線在接縫的同一側(cè)則將焊縫基本符號標注在基準線的實線側(cè)相反如果焊縫和箭頭線不在接頭的同一側(cè)則將焊縫基本符號標注在基準線的虛線側(cè)。此外國標還規(guī)定必要時焊縫基本符

20、號可附帶及數(shù)據(jù)其標注原則如下圖所示,這些原則有 1)焊縫橫截面上的尺寸標注在基本符號的左側(cè) 2)焊縫長度方向上的尺寸標注在基本符號的右側(cè) 3)坡角度坡口面角度根部間隙等尺寸標注在基本符號的上側(cè)或下側(cè) 4)相同數(shù)量符號標注在尾部 5)當需要標注的尺寸數(shù)據(jù)較多又不易分辨時可在數(shù)據(jù)前面增加相應(yīng)的尺寸符號。常用的焊接檢驗方法1. 非破壞性試驗1. 外觀檢查2. 無損檢測1.射線檢測(x,y射線高能射線)2.超聲波檢測3.滲透檢測(熒光著色)4.磁粉檢測5.渦流檢測6.其它3. 致密性試驗4. 水壓試驗5. 應(yīng)力測量6. 其它2. 破壞性試驗1. 力學性能檢驗1.拉伸試驗2.彎曲試驗3.硬度試驗4.沖擊

21、試驗5.斷裂韌性試驗6.疲勞試驗7.蠕變持久試驗8.爆破試驗9.其它2. 化學分析及試驗1.化學分析2.腐蝕試驗3.含氫測定3. 金相檢驗1.宏觀斷口組織2.微觀斷口組織4. 焊接性試驗5. 其它檢驗NWE現(xiàn)有焊接設(shè)備組成及其焊接能力1.點焊機固定式C型點焊機 奇龍100KVA交流IC同步控制點焊機6臺 松下100KVA交流微電腦控制次級電流補償點焊機10臺(日本技術(shù)唐山松下產(chǎn)) 以上點焊機可點焊鍍鋅鋼板、冷軋鋼板、不銹鋼板、馬口鐵、熱 軋鋼板板厚范圍0.3mm-6mm兩板搭接 NAS TOA變頻直流50KVA微電腦控制點焊機1臺(日本產(chǎn)) 可點焊板件范圍為0.3mm -3.5mm 懸掛式點焊

22、機 詮興牌48KVA懸掛式點焊機(臺灣產(chǎn))1臺 可點焊板件范圍為0.2-3mm兩板搭接 電容儲能式點焊機 鵬煜威4500J電容儲能式點焊機1臺 可點焊鋁及鋁合金板厚為0.4mm-3.0mm 三相次級整流點焊機 美通牌3X100P三相次級整流點焊可點焊鋁及鋁合金板厚0.44.5mm銅及銅合金0.24mm。2.MIG手工焊機 有OTC 350P直流脈沖MIG焊機1臺美國飛馬特MIG350A焊機3臺可焊接軟鋼能力為板厚0.8mm以上鋁及鋁合金2mm以上 Fronius TPS4000半自動MIG焊機1臺可焊接軟鋼能力為板厚0.8mm以上鋁及鋁合金1mm以上3.TIG手工焊機 日立HITACHI交直流

23、兩用脈沖TIG焊機5臺可焊接軟鋼能力為板厚為0.4mm以上鋁及鋁合金1.0mm以上。 PANASONIC 300P交直流兩用脈沖TIG焊機2臺可焊接軟鋼能力為板厚為0.4mm以上鋁及鋁合金1.0mm以上。4.MIG焊接機器人 計有瑞典ABB MIG焊接機器人4臺日本YAKAWA公司生產(chǎn)MOTOMAN WF200 MIG焊接機器人1臺；可焊接鍍鋅鋼板、冷軋鋼板、不銹鋼板、馬口鐵、熱軋鋼板板厚范圍為0.8mm以上瑞典ABB IRB1400AWI鋁焊接機器人1臺可焊接鋁及鋁合金板厚范圍為0.8mm以上5.TIG焊接機器人計有瑞典ABB TIG非填絲焊接機器人1臺可焊接0.4mm以上鍍鋅鋼板、冷軋鋼板

24、、不銹鋼板、馬口鐵、熱軋鋼板MOTOMAN UP20 TIG填絲機器人1臺可焊接0.4mm以上鍍鋅鋼板、冷軋鋼板、不銹鋼板、馬口鐵、熱軋鋼板、鋁及鋁合金6.等離子焊接機日本日鐵300ASR交直流等離子焊接機1臺可焊接0.1mm以上鍍鋅鋼板冷軋鋼板不銹鋼板馬口鐵熱軋鋼板鋁及鋁合金計算機機箱網(wǎng)絡(luò)機箱常用金屬材料及板厚范圍:1. 熱浸鍍鋅鋼板(GI)板厚范圍為0.61.5mm為最常使用之材料2. 電鍍鋅鋼板(EG)板厚范圍為0.62.3mm也為最常使用之材料3. 電鍍錫鋼板(馬口鐵SPTE)板厚范圍為0.150.6mm,通常用作彈片4. 不銹鋼板(奧氏體不銹鋼)板厚范圍為0.13.0mm5. 冷軋?zhí)?/p>

25、素鋼板(CRS)板厚范圍為0.33.2mm6. 鋁及鋁合金主要為純鋁1100及防銹鋁合金5052板厚范圍為0.53.0mm7. 熱軋鋼板(SPHC)板厚范圍為2.05.0mm薄板結(jié)構(gòu)件加工(焊接及鉚接/粘接)知識5.1焊接5.1.1焊接和各種薄材金屬零件的結(jié)合法用于進行切割、折彎及成形等塑性加工的金屬薄板零件都可以組合成更復(fù)雜的部件。表5.1.1所示為各種結(jié)合法及其特征。一般情況下,金屬薄板結(jié)構(gòu)件在組合過程中選擇焊接的比例比較多。但是像鍍鋅鋼的連接小型單層機殼的組裝以及難度大且極易變形薄板的緊固安裝等,鉚接鉚釘結(jié)合或粘接結(jié)合的方法也都會用到。表5.1.1薄材金屬零件的結(jié)合技術(shù)28結(jié)合法外觀強度

26、不同材質(zhì)結(jié)合精度再分離大部件結(jié)合熱影響前后處理費量產(chǎn)性設(shè)備費焊接-焊焊- -鉚接-鉚釘結(jié)合-螺柱結(jié)合-粘接- “”最好 “”良好 “”一般 “”不好 “”不可能強度高的構(gòu)件,最適合連續(xù)焊接?？墒菍τ诒〔膩碚f因為容易發(fā)生變形而難以進行連續(xù)焊接。所以可以采用的較好方法是間斷弧焊、點焊等焊接方法。鉚接、鉚釘緊固、螺柱結(jié)合等方法一般用于不需要進行表面噴漆處理的毛坯材料及不銹鋼板等零件的加工。這些方法不需要進行中間組裝可以在組裝生產(chǎn)在線直接組裝。雖然這些方法所用原材料價格昂貴,但與焊接不同的是不需要在焊接后進行精加工和噴漆處理所以不需要大型噴漆裝置。由于省去焊接之后的噴漆作業(yè)環(huán)節(jié)可以防止生產(chǎn)在線半成品積

27、壓,達到降低綜合成本的目的。噴漆前構(gòu)件要保持原來的框架狀態(tài)噴漆面要按要求碼成平面狀放置在組立現(xiàn)場的這些零部件通過采用類似裝配的方法利用鉚釘進行小批集約從而可以提高噴漆、搬運的效率和結(jié)構(gòu)件(框體)的精度也可以降低綜合成本。加工薄材金屬容器時主要也是采用焊接的結(jié)合法。但是對強度要求不高的小容器多采用鉚接、焊焊及粘接等結(jié)合方法。對于需要氣密水密的容器一般是采用密封性好的焊接工藝。具體選擇那種焊接工藝方法還要考慮工件的結(jié)構(gòu)尺寸強度材質(zhì)及后處理等問題最后選出能確保密封性要求的鉚接、焊焊或粘接的最佳(有效且整體成本低)的結(jié)合方法。綜上所述結(jié)合方法不但與材料材質(zhì)有關(guān)還將影響到整個生產(chǎn)流程的效率所以有必要進行

28、認真地檢討。5.1.2焊接焊接是將2個工件的接合部位相互熔融并且是添加填充金屬的同時熔融讓原子結(jié)合的結(jié)合方法。接合的部分基本上成為和母材保持同一強度的連接構(gòu)材。焊接一般采用電弧的熱源進行加熱。包含電弧焊在內(nèi)的各種焊接方法因為都是采用對接觸部材料進行熔融后冷卻結(jié)合成一體的方法所以在對局部進行的加熱、熔融、冷卻及凝固等處理后必然會出現(xiàn)下列復(fù)雜的變形現(xiàn)象。(1) 產(chǎn)生殘留應(yīng)力加熱板材的一個部分時雖然這個部分發(fā)熱膨脹會向周圍擴展但這部分加熱時屈服應(yīng)力變低了周圍部分的變形不會擴張變軟膨脹的部分會隆起而焊接后隨著冷卻的進行這部分收縮后會恢復(fù)到常溫時的強度所以隆起部分不會變薄導致周圍出現(xiàn)收縮拉伸變形或拉伸殘

29、留應(yīng)力現(xiàn)象。當加熱部熔融、凝固的時候這部分殘留應(yīng)力會隨之擴大。焊接部位是對接焊邊角搭接焊或其它接合方式焊時在熔融、凝固過程中由于工裝夾緊板厚差異焊縫有無開坡口焊接填充金屬量等問題會產(chǎn)生各種程度的變形收縮和殘留應(yīng)力。這些殘留應(yīng)力熔融和凝固組織是焊接部位的強度降低的原因。板材較薄時焊縫產(chǎn)生的收縮以及拉伸殘留應(yīng)力與焊縫外部的平衡壓縮應(yīng)力比較難以控制。如圖5.1.1所示板材的周邊會出現(xiàn)起伏不平的彈性縱向彎曲。彈性縱向彎曲也不好控制。要想不影響外觀是困難的所以像這樣容易變形的工件焊接只能選擇熱量輸入少殘留應(yīng)力少的焊接方法。像圖5.1.1那樣縱向彎曲時如果在圖中板材的兩側(cè)有一道焊縫和平行的折彎綾線就能防止

30、縱向彎曲。一般我們希望薄材結(jié)構(gòu)件的焊接位置是截面形狀中有剛性的位置。如果利用點焊、凸焊、激光(激光)束焊、電子束焊等熱量輸入小的焊接方法的話就可以避免這個問題。(2) 焊道熔融凝固的部分變成了和母材不同組織的焊道焊道有時比母材軟有時比母材硬。焊接薄板時為防止燒穿應(yīng)利用墊材加熱寬度也應(yīng)減窄。這是因為焊道部位一受到淬火(驟冷)作用焊道會馬上膨起比其它部位焊道的強度高出許多。不填絲焊時澆注不足(圓角)時候因為使用的是熱量集中、熱量寬度小的焊接所以焊道部位是從周圍淬火(驟冷)焊道部位就會比母材的強度高。但是因為對接部位有縫隙這個部位的焊道會變薄其厚度就會變成原先厚度的80%以下所以必須考慮對接部位的精

31、度不良問題。焊道外觀要求保證美觀時通常采用TIG焊接、等離子焊接和MIG短弧焊接。在任何時候只要在曲面部位、隅角部位等以外的平面位置焊接就不能避免板面的彈性壓彎引起的彎形。(3) 熱影響區(qū)非鐵金屬等材料在焊接加工硬化時接近焊道受電弧熱影響的部份母材區(qū)域叫熱影響區(qū)。熱影響區(qū)因受電弧熱影響而變得最軟。必須注意發(fā)熱程度和軟化程度因材而異。像激光(激光)束焊電子束焊等輸入熱量小的焊接其所產(chǎn)生的熱影響區(qū)也較小。5.1.3 用于薄材金屬結(jié)構(gòu)焊接方法的特征比較如表5.1.2所示。5.1.2薄材金屬零件之焊接方法焊接方法適用材料薄材推崇作法最小板厚接合部位外觀變形熔渣噴濺焊接速度消耗費用設(shè)備成本氣焊鋼,AL,

32、黃銅鍍鋼板細徑火口0.5電焊(焊條)焊鋼,SUS,Cu 鍍鋼板細線棒1.2MIG焊鋼, SUS,AL,Ti脈沖電源0.8MAG(CO2)焊鋼,鍍鋼板Short arc0.8MAG(混氣)焊鋼,鍍鋼板Short arc0.8TIG焊大部分材料都可以脈沖電源0.5等離子焊大部分材料都可以Microplasma0.3激光焊鋼,SUS,Zn鋼板0.2縫焊鋼,SUS,Zn鋼板0.5滾焊鋼,SUS,Zn鋼板0.5點焊鋼, SUS,Zn鋼板、AL0.4凸焊鋼,Zn鋼板0.3螺柱焊鋼, SUS,Cu,ALPercussion0.5“”最好 “”良好 “”一般 “”不好 “”不可能在下表的焊接之中有氣焊包劑焊(

33、涂藥電焊)MIG焊CO2焊混合氣焊TIG焊等離子焊等焊接方式。必須注意的是輸入熱量的多少各有不同必須正確理解5.1.1項中所講到的薄材焊接的注意事項。薄材結(jié)構(gòu)件在焊道不太長的重要位置上周圍的剛性很高隅角等位置的焊接可以靈活運用上述的焊接方法。CO2激光(激光)焊、YAG激光(激光)焊等激光(激光)束焊在對接(平接)的時候既使是平板部位如果對接線精度好的話除了可以保證不變形焊接部位厚度始終不變。另外還可以進行搭接焊可以只熔穿一張板厚的板。因為輸入熱量的控制性好所以可以保證美麗的外觀不發(fā)生變形現(xiàn)象。然而這些焊接的設(shè)備價格很高必須對工藝進行變更設(shè)計以節(jié)約材料后加工等涉及加工系統(tǒng)全體整合的費用。輔助接

34、口設(shè)備必須達到高精度才能使這些設(shè)備發(fā)揮其特點?？p焊、滾焊、點焊、凸焊等電阻焊受電極形狀的限制焊融部位在板材表面不同的位置輸入熱量少所以是結(jié)合薄材結(jié)構(gòu)件非常有效的焊接方法。尤其是點焊可以承接一切薄材結(jié)構(gòu)件的加工。(1) 氣焊氣焊就是利用乙炔火焰加熱來進行焊接所以弧長和弧焊不同。其優(yōu)點是可靈活變更被加工材料和火焰之間的距離隨意調(diào)整加熱組合以適應(yīng)薄材鋼板的焊接和焊焊等。問題是加熱范圍廣加熱時間長易變形易出現(xiàn)大面積氧化現(xiàn)象。(2) 電焊(焊條)電焊就是利用焊條和被焊母材之間產(chǎn)生的電弧進行焊接。電焊設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單故可以在狹窄的空間內(nèi)進行焊接。因為它任何姿勢都可以焊接所以可以對框架結(jié)構(gòu)的機架進行焊接。(3)

35、 MIG焊接如圖5.1.2結(jié)構(gòu)所示MIG焊就是采用混合惰性氣體進行保護的焊接。焊絲和保護氣體送給實現(xiàn)自動化。MIG焊的優(yōu)點是不僅有可以焊AL等活性金屬還不要助焊劑、很少發(fā)生焊渣和飛濺。缺點是這種焊接設(shè)備價格比較高保護氣體也較貴而且電弧穩(wěn)定性易受風的影響。加工薄板時如果用細絲短弧焊接那么電弧比較穩(wěn)定輸入熱量也少焊道很光滑。雖然設(shè)備的價格稍高但如果脈沖完全相同的話粗焊絲同樣也可以進行短弧焊接。(4) CO2保護焊混合氣保護焊這兩種焊接方法為普通鋼板(軟鋼)專用其設(shè)備裝置和MIG焊相同。CO2保護焊接所使用的保護氣體CO2與MIG焊相比它具有保護氣體便宜純度高等特征但缺點是焊接時飛濺較多。焊接薄板時

36、最好是采用細絲短弧焊?；旌蠚夂甘侵副Ｗo氣體是氬氣中混合不到25%的CO2與CO2焊相比飛濺很少所以它具有適應(yīng)性廣泛(鋼材品種)的優(yōu)點。只是這種保護氣體價格較高。(5) TIG焊是一種以純氬氣為保護氣體利用鎢極和被加工母材之間產(chǎn)生的電弧并用該電弧進行焊接的焊接方法。該焊接法具有可焊接金屬材料種類多、不需要焊劑且很少產(chǎn)生焊渣和噴濺從超薄板到厚板都可以焊接無論什么部位都可以焊接等眾多優(yōu)點。其缺點是焊接速度慢電極材料和保護氣體價格都很高。雖然焊道光滑完美但如果是非鎮(zhèn)靜鋼類的軟鋼焊接焊道就會產(chǎn)生凹痕所以最好是利用含錳等脫氧劑的焊條。焊接薄材時由于是利用脈沖電源故可以防止產(chǎn)生焊渣得到美觀的底層。焊接薄材時

37、使用的鎢極直徑1.6mm-3.2mm尖端角度為45°- 60°。(6) 等離子焊等離子焊就是利用從銅造細電極中噴出的高溫TIG等離子電弧進行焊接的一種焊接方法。這個等離子電弧的周圍充滿保護氬氣。加工薄板時通過調(diào)整電極和鎢極之間的導引電弧小電流的焊接也可以用穩(wěn)定的等離子弧焊。它的用途和TIG焊差不多與TIG焊相比電極消耗少電弧的能源密度高且縱向方向的電弧均勻。所以電弧長度變化給焊接效果的影響較小。缺點是它的安裝比TIG焊復(fù)雜。(7) 激光束(激光)焊是一種以紅外線激光為熱源的焊接。激光具有高能量高密度光柱高度集中的特點。因為焊道處的輸入熱量少所以鄰接部位不會受到熱影響。即使是

38、在狹窄的位置也可以焊接。目前可以用來進行焊接的激光加工機中有CO2激光、YAG激光。CO2激光的波長是10.6mYAG激光的波長是1.06m。因為CO2激光的容量大所以普及臺數(shù)多但因為波長太長所以不能用玻璃纖維輸送。激光焊接的特征如下:(1) 寬度和深度的比例是1:5所以可以進行深度焊接加工。(2) 因為熔深大所以不需要開坡口。(3) 由于輸入熱量少所以基本沒有焊接變形變形率是TIG焊的幾十分之一。(4) 因為輸入熱量少所以熱影響區(qū)小。(5) 淬火面窄所以焊道韌性比其它焊接方式強。(6) 焊接速度快。(7) 可廣泛適應(yīng)于各種金屬焊接。(8) 脈沖連續(xù)控制效果好。 缺點是:(1) 設(shè)備價格高。(

39、2) 需要激光氣體、透鏡(片)、燈等運行成本。(3) 必需備有保護透鏡(片)、焊道部位的輔助氣體。(4) 如果被加工材料中含有氣體或容易蒸發(fā)的成分焊接結(jié)果就會變差。以上特征中的(3)-(6)是針對薄板的焊接板厚或強度不同的板用激光(激光)焊接之后其成形加工可以利用定制坯料(坯件)成形法。(8)縫焊是將2張板的重迭部位(如圖5.1.3所示)夾在旋轉(zhuǎn)的圓盤形狀的電極輪上連續(xù)進行加壓、通電、點焊加工使之實現(xiàn)線狀接合的加工方法。如果對焊接線反復(fù)間斷通電進行連續(xù)點焊加工就必須準備密封接合線暫停通電的焊融部位也必須重合重合量可通過調(diào)節(jié)暫停時間來控制。焊接中會有部分無效電流縫焊所需的電流是點焊的1.52倍所

40、以也有可能會產(chǎn)生像圖5.1.1那樣的變形。(9) 擠壓滾焊如圖5.1.4所示縫焊的重迭余量是板厚的幾倍在擠壓的同時對接合部位進行焊接的方法叫擠壓滾焊。由于一焊就會發(fā)生飛濺,所以必須在鍛接的范圍內(nèi)選擇可以接合的條件進行焊接。鍛接比電焊的可靠性高作業(yè)環(huán)境好最適合于容器的縱向連接。從目前來說不同材質(zhì)板料的連接激光焊接也常使用。(10) 點焊點焊是把重迭板壓緊在2電極之間在加壓的狀態(tài)下短時間通高電流利用電阻熱熔化母材金屬形成焊點的方法。這時必須選擇合適的電流加壓力以及通電時間。母材和上下電極板與板之間的接觸電阻和材料自身存在的電阻等可以發(fā)熱焊融。但在電極的接觸位置這個熱量避開了電極所以電極接觸表面不呈

41、現(xiàn)出焊融部而電極內(nèi)側(cè)的2塊母材的接觸部位中心會產(chǎn)生透鏡形狀的熔核使之接合。熱量過大表面就會焊化板材的重迭量太少焊融金屬產(chǎn)生向外飛散現(xiàn)象。因為點焊的焊融部不出現(xiàn)在表面輸入熱量少。同時也給接合部位加壓除了在電極的加壓部產(chǎn)生淺淺的壓痕之外整塊板很少發(fā)生變形很少產(chǎn)生氧化膜所以適合薄板的焊接。被廣泛應(yīng)用于薄板結(jié)構(gòu)件的焊接。點焊時端面到焊點的距離焊接點和焊接點的距離2塊板厚度比等都有限制值所以必須非常了解這些知識靈活運用。我們推薦最好是使用如圖5.1.3所示以RVOMA(美國電阻焊機制造者協(xié)會)軟鋼板的點焊連接的尺寸為標準和表5.1.4所示的RWMA交流電源點焊(軟鋼)工藝條件。由于點焊在表面看不見熔核部

42、位所以必須按圖5.1.5的各種參數(shù)要求嚴格管理必須有非常健全的質(zhì)量管理和保證的體系。在JIS(Z3140)中規(guī)定有點焊的檢查方法。軟鋼板中板厚與強度的關(guān)系如圖5.1.b所示。圖中A.B.C線與表5.1.3中的實驗數(shù)據(jù)平均值相對應(yīng)。表5.1.3點焊部位尺寸板厚(mm)最小重迭(mm)最小間距(mm)電極(mm)0.41083.2120.611104.0120.811124.5121.012185.0121.214205.5121.616276.3132.018357.0162.320407.6163.222509.016表5.1.4 點焊的推薦條件板厚(mm)A類B類C類時間(h)加壓力(kgf

43、)電流(A)時間(h)加壓力(kgf)電流(A)時間(h)加壓力(kgf)電流(A)0.4412054008754400204035000.661506600121005500265043000.881758000161206400327050001.0102209000201507200368556001.212275100002317580004210061001.616370116003023092005213571002.0204801320038300104006017580002.3245701440043330110006520086003.2328201740060480132

44、008428510200但是加工箱狀工件時。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜形狀不同內(nèi)外電極插入加壓受到限制。這時可使用單側(cè)通電點焊法。如圖5.1.7所示的間接法及圖5.1.8所示的系列法等。間接點焊法是在下側(cè)板的下面既使是噴漆的時候沒有電流通過也可以焊接因為漆膜變冷卻所以漆膜不會磨損可直接焊接。對于有口徑的結(jié)構(gòu)件(框體)多數(shù)從外側(cè)電極通電內(nèi)側(cè)條狀電極可以使用專用機送入和取出。點焊雖然可以用于高強度鋼板、不銹鋼板、鋁、亞焊鍍鋼板等加工但由于這些材料比軟鋼材的加工條件難度高所以必須注意表5.1.3的結(jié)構(gòu)尺寸要求。加工軟鋼板時以鉻銅為焊接電極但加工高強度鋼板不銹鋼板時則以鈹銅為電極加工鋁板時以鉻銅為電極。圖5.1.5

45、影響點焊強度的因素 (11) 凸焊 點焊是在點和點接近的地方分流所以必須是在一塊板上形成一個突起的點在這個突出面上面通電焊接的方法稱為凸焊。這個方法在板厚相差超過5的情況下厚的一側(cè)凸起可以保持熱量平衡進行焊接。并且如果是利用環(huán)形回路進行凸焊的話焊接后還可以保證這個突起部的內(nèi)外密封性。 進行凸焊的同時必須有與焊接點數(shù)相同的大電流專用電極和特殊焊接電源。(12) 螺柱焊 在板材上放一個雙頭螺柱有螺柱(點焊)焊法沖擊(儲能)螺柱焊接法兩種而薄板一般采用的是沖擊螺柱焊接法。5.2焊焊 焊焊是一種不讓接合的母材相互焊融通過和母材組合不同融點的低焊焊在母材縫隙間焊接凝固焊料和母材相互熔析的接合方法。 這時

46、使用的助焊劑起破碎母材表面的氧化物保護焊焊和母材等作用。因為焊料熔化快凝固慢所以在加工各種材料時都可以使用。 一般來說由于低融點的焊料比母材的強度低所以即使焊焊處沒有空隙等缺陷接頭處的焊料強度也很低。但是在縫隙合適的情況下所結(jié)合的焊料部位的強度比母材精密比焊材單獨的拉伸強度大許多。 如果是重迭連接就要增加焊料的面積焊材部位的強度就沒有問題。但如果是接合部分無論怎樣設(shè)定浸透焊料的間隙焊料都會完全被浸透所以探討連接處的形狀成了一個重要的課題。 加工薄板時角部、彎曲處、隅角處的連接是焊料最容易浸透的部分。表5.2.1焊材和焊劑焊材主要元素焊劑溫度范圍適應(yīng)材料焊錫Pb、Sn松脂、磷、鹽、氟化物1853

47、15鋼Cu、Al、SuS鋁合金焊料Al、Si氯化物、氟化物580615Al、Al合金銀焊Ag、Cu、Zn硼酸、氟化物、硼氟化合物620800除Al、Mg以外的金屬材料磷銅焊Cu、P鹽、氟化物、硼氯酸720925Cu、Cu合金無焊劑也可以黃銅焊Cu、Zn硼氯酸、氟化物、硼氟化合物820935除Al、Mg以外的金屬材料鎳焊Ni、Cr、Si、B硼砂、硼酸、硼氯酸875-1135除Al、Mg、Cu以外的金屬材料表5.2.2焊焊法焊焊法焊材供給反應(yīng)促進、表面保護薄材結(jié)構(gòu)的應(yīng)用簡便性焊焊烙鐵焊料焊焊、焊料焊焊焊劑線、極薄板的結(jié)合、槽、縫隙等的平滑化吹(氣)管焊焊焊料焊焊、焊料焊焊還原劑、焊劑容器和管、管和

48、管的接合、球狀、角部平滑化高周波焊焊焊料焊焊焊劑容器和管、管和管的接合、凸起零件的安裝電弧焊焊焊料焊焊不活性氣體容器和管、管和管的接合、隅角、角部的平滑化爐中焊焊焊料焊焊還原性氣體、真空小型結(jié)構(gòu)的一并接合、熱交換器的接合最好 良好 普通 不好 在表5.2.1中表示的是適用于薄材結(jié)構(gòu)件的焊料及焊劑。在這些焊料中大部分都可以用于線材和板材但磷銅焊料卻是不易加工的因為它發(fā)熱時變成熱旋轉(zhuǎn)鍛造加工等的線材。只有鎳和非晶質(zhì)箔加入結(jié)合材料時多用粉末狀。在表5.2.2中表示的是這些焊焊在實際中適用的焊焊法。 焊焊的選擇與金屬有關(guān).因為金屬的種類很多,所以必須考慮到材料之間的電極電位差和母材生成的金屬化合物等情

49、況.5.3構(gòu)材相互間的鉚接結(jié)合 薄板結(jié)構(gòu)件特別是整體式車身、板材相互間的結(jié)合最好是使用鉚接法。特別是焊接不熟練時電鍍材和表面處理材利用這種結(jié)合法可以最大限度地產(chǎn)生出這些材料的特性。鉚接法不需要進行表面處理等加工可以從事信賴性極高的結(jié)合。鉚接加工中塑性加工是一個重要的部門。 關(guān)于這些鉚接部的強度因為沒有能完全除去與單純的卷邊(接縫)相關(guān)的東西所以必須根據(jù)形狀結(jié)構(gòu)參考鉚釘?shù)膹姸扔嬎惴ǖ韧扑愕膹姸取?.3.1各種鉚接法 在表5.3.1中表示的是各種構(gòu)材相互間的鉚接法.(1) 折彎折迭(堅固)是折彎板的截面插入其它構(gòu)材的結(jié)合法多用于沖床中和其它零件結(jié)合時的方法所謂縫邊實際上是折彎壓花和壓板之間的板擠壓

50、的結(jié)構(gòu)。當以折彎壓花的端面為外徑尺寸時這部分的折彎位置的移動或壁厚減少必將會影響精度的修正。表5.3.1構(gòu)材的鉚接結(jié)合截面略圖方法鉚接的位置連接位置之例使用工具縫邊鉚板邊和板邊的折彎壓花部在重迭零件的截面處連接沖床和折彎壓花模卷邊鉚板邊的折彎壓花部和板邊的折彎壓花部平板的連接、筒的縱接沖床和折彎壓花模全周邊鉚板的周邊和周圍壓端間的二重折彎部壓花容器底部和壁部的連接(可用密封劑氣密)卷邊接縫專用機折彎鉚孔穴和切口彎折凸起部的折彎,孔穴和板邊凸起部的折彎重迭板的連接交差板的連接手動折彎工具,沖壓壓花模具鈕轉(zhuǎn)鉚孔穴和切口彎板凸起部的扭轉(zhuǎn)直交板的連接手動扭轉(zhuǎn)工具翻邊鉚孔穴和翻邊起部的壓花尖端擠壓重迭板的連接沖床、鉚合模壓花鉚孔穴和板邊凸起部的壓花直交板的連接沖床和專用工具拉伸鉚孔穴和外伸部分凸起部尖端的擠壓重迭板的連接沖床和專用工具剪切鉚重迭板的剪切部的板面外部的壓花重迭板的連接(保護鉚后部的密封性)沖床和專用工具外伸鉚(或TOX鉚即