焊接工艺教材模板.doc
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1、第一节 焊接工艺概述一、焊接技术发展从人类发展角度来看,所以知识全部是劳感人民智慧结晶。焊接技术作为知识长河中一朵浪花,一样也是和千千万万劳感人民辛勤劳作息息相关。 早期焊接,是把两块熟铁(钢)加热到红热状态以后用锻打方法连接在一起锻接;用火烙铁加热低熔点铅锡合金软钎焊,已经有几百年甚至更长应用历史了;不过,在现在工业生产中广泛使用焊接方法几乎全部是19世纪末、20世纪初现代科学技术,尤其是电子工业技术快速发展以后所带来现代工业产物,这些焊接方法和金属切削加工、压力加工、铸造、热处理等其它金属加工方法一起组成金属加工技术是现代一切机器制造工艺,其中包含汽车、船舰、飞机、航天、原子能、石油化工、
2、电子等工业部门基础生产工艺。能够毫不夸张地说,没有焊接方法发展,就不会有现代工业和科学今天,一样,没有我们焊装车间,就没有奇瑞今天。1885年俄国人别那尔道斯发明了碳极电弧能够看作是电弧作为工业热源应用发明。而电弧焊真正应用于工业则是在1892年发觉金属极电弧后,尤其是1930年前后出现了薄皮和厚皮焊条以后才逐步开始。电阻焊是1886年由美国人发明,它大规模工业应用也几乎跟电弧焊同时代。1930年以前,焊接在机器制造工业中作用还是微不足道,当初造船、锅炉、飞机等制造工业基础上还是铆焊方法。这种铆焊方法不仅生产效率低,而且连接质量也不能满足船体、飞机等产品发展要求,所以自从1930年以后,电弧焊
3、和电阻焊就逐步替换铆焊,成为机器制造工业中一个基础加工工艺。到现在为止,已经发展为20多个基础焊接方法,派生方法就更多了。由此可见,从电弧焊和电阻焊大量应用算起,至现代焊接方法只有半个多世纪历史。50年来正是现代工业和科学技术发展年代,尤其是航天、原子能、电子、石油化工、海洋开发等部门迅猛发展时代。首先:这些工业和科学技术发展不停啊提出了多种使用要求(动载、强韧性、高压、高温、低温、耐腐蚀、耐磨损等),多种结构形式(壁厚式截面直径从几微米到几千毫米)及多种黑色和有色金属材料焊接问题。比如:造船和海洋开发工业发展;要求处理多种耐高、低温及耐腐蚀介质压力容器焊接。其次:现代工业和科学大量成就又成为
4、焊接方法发展提供了宽广技术基础,焊接方法就是在现代工业和科学技术推进下相辅相成地蓬勃发展起来,80年代还进行了太空焊接试验,在现代还进行了水下焊接试验,能够预料,伴随工业和科学技术不停发展、焊接也肯定有新跃进!伴随现代技术发展,焊接技术发展也有了新趋向:a) 宏观上:大容量、高参数、高寿命、高质量;b)材料上:活性材料、符合材料、非金属材料(有机、无机)、功效材料:c)设备上:自动化、机械化、智能化d)微观上:高性能、高生产率二、焊接本质和分类金属等固体所以能保持固定形状是因为内部原子之间间距(晶格)十分小,原子之间形成了牢靠结协力,除非施加足够外力破坏这些原子间结协力,不然,一块固体金属是不
5、会变形或分离成两块。要实现两个分离金属构件连接在一起,从物理本质上来看就是要使这两个分离构件连接表面上原子相互靠近到金属晶格距离金属等固体所以能保持固定形状是因为其内部原子之间距(晶格)十分小,原子之间形成牢靠结协力。除非施加足够外力破坏这些原子间结协力,不然,一块固体金属是不会变形或分离成两块。要使两个分离金属构件连接在一起,从物理本质上来看就是要使这两个构件连接表面上原子相互靠近到金属晶格距离。在通常情况下,当我们把两个金属构件放在一起时;因为表面粗糙度,即使是精密磨削加工金属表面粗糙度仍然有几到几十微米(1m=10-8mm1A=10-10mm);表面存在氧化膜和其它污染物阻碍着实际金属表
6、面原子之间靠近到晶格距离并形成结协力。现在找到基础路径,就形成了焊接基础分类。焊接分类(根据形成晶格距离连接路径):螺柱焊焊条电弧焊熔化极埋弧焊CO2电弧焊电弧焊铝热焊钨极氩弧焊电渣焊非熔化极原子能焊熔化焊接电子束焊等离子弧焊激光焊氧气气焊氧乙炔空气乙炔基础焊接方法电阻点、缝焊电阻对焊冷压焊超声波焊压力焊接爆炸焊锻焊扩散焊摩擦焊火焰钎焊钎焊感应钎焊炉钎焊盐浴钎焊 电子束钎焊三、电阻焊 (一)电阻焊定义和分类: 电阻焊是工件组合后经过电极施加压力,利用电流流过接头接触面及邻近区域产生电阻热进行焊接方法。 电阻焊两个显著特点:一是焊接热源是电阻热,故称电阻焊;二是焊接时需要加压力,故属于压焊。 电
7、阻焊用途:关键用于板材连接,并承受一定应力凸焊用途:低碳钢和低合金钢板件、螺母、螺钉连接,并承受一定应力(二) 电阻焊原理电阻焊热源 是电流经过焊接区产生电阻热。依据焦耳定律,总热量:Q = I2 R T 1)、电阻焊焊接区(点焊)电阻分布及等效电路.(1) 接触电阻Re+Rew影响接触电阻原因:(a)表面状态清洁度、粗糙度、油、锈等。(b)电极压力:压力增大电阻下降;(c)加热温度:通常情况温度增高塑性变形增大,接触电阻降低。(2)焊件内阻2Rw:取决于焊件本身材料。R总焊接区总电阻Rew电极和焊件之间接触电阻Rw焊件内部电阻Rc焊件之间接触电阻2)点焊时电流场和电流密度特点 a) 电流线在
8、两焊件贴合面处产生集中收缩,使贴合面处产生了集中加热效果;b) 贴合面边缘电流密度出现峰值,该处加热强度最大,所以将首先出现塑性连接区,确保熔核正常生长;c) 经过选择不一样焊接电流波形、改变电极形状和端面尺寸等均可改变电流场形态并控制电流密度分布,以达成控制熔核形状及位置目标。3)电阻特征 研究表明,接触电阻Rc+2Rew所产生热量约占总热量10%左右;而而焊件内部电阻2Rw所产生热量约占总热量90%左右。4)电阻热平衡 热平衡方程:Q=Q1+Q2+Q3+Q4式中:Q焊接区总热量; Q1熔化母材金属形成熔核热量; Q2经过电极热传导而损失热量; Q3经过焊件热传导而损失热量; Q4经过对流、
9、辐射散失到空气介质中热量;点焊时 Q1(1030)%Q,Q2(3050)%Q,Q320%Q,Q45%Q,所以,最高温度总是处于焊接区中心,即熔核形成于焊接中心。 四、点焊工艺(一)点焊概述 点焊焊接前 点焊焊接后定义:点焊:焊件装配成搭接接头,并压紧在两电极之间,利用电阻热熔化母材金属,形成焊点电阻焊方法。点焊(spot welding):焊件装配成搭接接头,并压紧在两电极之间,利用电阻热熔化母材金属,形成焊点电阻焊方法。以下为点焊效果图和点焊原理图 (二)点焊设备(三)组成部分悬挂式点焊机按结构来分关键分为三大部分:,第一部分是控制部分,第二部分是变压器部分,第三部分是工作部分。悬挂式点焊机
10、命名方法:、控制部分:悬挂式点焊机控制部分关键是一台微电脑控制箱,它含有存放、输出数据功效。悬挂式点焊机全部参数全部是由它来控制。在它侧面有一个接入口,经过它外接数据编程器能够对所需要参数进行设定,以达成所需要焊接效果。而且控制着它休止时间、预压时间、加压时间、回程时间四个动作时间。、变压器部分:悬挂式点焊机变压器部分关键是一台水冷式变压器,它功效关键是将380V电压变为23.8V电压。变压器、工作部分:悬挂式点焊机工作部分关键是通水电缆和焊钳。通水电缆它不仅通电,而且通水。焊钳是我们用来直接用于生产操作工具,分为“X”型和“C”型两种,经过焊钳,我们将最终需要结果焊接点焊接起来。焊钳型号表示
11、 C型焊钳: X焊钳: 按工作路线来分也分为三条路线,是水路、气路和电路。水路: 水路就是用来冷却焊接时所产生热量。为何会产生热量呢?我们就要了解焊钳工作原理。悬挂式点焊机又称压力焊,是经过两钳臂电流短路(大电流、小电压)而产生高温,其热量工式为Q=I2RT,因电流很大,通常在1万A左右,产生热量是惊人,从而达成融化工件效果,但同时在电缆和焊钳部分也会产生热量,为确保焊机正常工作,所以我们就要用循环水来冷却焊接时产生高温。电路:首先是380v电压经过一次电缆进入变压器后,将其变为24V安全电压,然后再经过二次电缆抵达焊钳两臂后,在焊接时就形成了一条焊接回路。气路:首先是管路里高压气体经过软管进
12、入附在变压器上气动三联件中油水分离器中,过滤高压空气中杂质,然后经过气动三联件中调压阀,依据需要调整气压大小(气压为0.40.6MPa),再经过气动三联件中油雾器,将油雾器里油带到高压空气管道里,在一个电磁阀动作下,带油高压空气不仅推进焊钳气缸动作同时也润滑了气缸。 另外,悬挂式点焊机还有一个关键附件。那就是平衡器。平衡器是利用其内部一个卷曲弹簧向上卷曲力,把焊钳向上拉,使其两个力大小相当,使我们操作时作到少重或无重。平衡器(四)设备工作原理图(五)点焊工艺知识1、点焊焊接循环电阻焊中,完成一个焊点(缝)所包含全部程序。通常点焊焊接循环有四个过程:加压、焊接、维持、休止。每个循环均以周波计算时
13、间。1 预压阶段:由电极开始下降到焊接电流开始接通之间时间,这一时间是为了确保在通电之前电极压紧工件,并使工件间有合适压力,为焊接电流顺利经过做好必需准备。预压时采取锥形电极并选择适宜锥角效果很好。预压力大小及预压时间应依据板料性质、厚度、表面状态等到条件进行选择。 焊接阶段:焊接电流经过工件并产生熔核时间,焊接阶段是整个焊接循环中最关键阶段。 通电加热时,在两焊件接触面中心处形成椭圆形熔化关键(图1)和此同时熔化关键周围金属达成塑性温度区,在电极压力作用下形成将液态金属关键紧紧包围攻塑性环。2、预防液态金属在加热和压力作用下向板逢中间飞溅,并避免外界空气对高温液态金属和侵袭。在加热和散热这一
14、对矛盾不停作用下,焊接区温度场不停向外扩展,直至熔化关键(焊核)形状和尺寸达成设计要求。2 1 (1熔化关键 2塑性环) 飞溅是点焊较易产生缺点之一,分为内部飞溅和外部飞溅两种。假如加热速度过快,两焊件接触面中心被急剧加热金属气化,而周围塑料环还未形成,气化金属便以飞溅形式喷向板间缝隙称为前期内部飞溅(指熔化关键还未形成发前飞溅)。形成最小尺寸熔核后,继续加热,熔核和塑性不停向外扩展,当熔核沿径向扩展速度大于塑性环扩展速度时,则产生后期内部飞溅。假如熔化关键轴向增加过高,在电极压力作用下,液态金属也可能冲破塑性环向表面喷射,从而形成外部飞溅。飞溅不仅影响环境和安全,而且较大飞溅易形成毛刺,使关
15、键液态金属降低,焊点表面形成深度压坑,影响美观,更降低了机械性能,所以焊接过程中应控制电极压力和加热速度,尽可能避免产生飞溅。锻压阶段:又称冷却结晶阶段。当建立起必需温度场,得到符合要求熔化关键后,焊接电流切断,电极继续加压,熔核开始冷却结晶,形成含有足够强度点焊焊点,这一阶段称锻压阶段。这段是境又称维持时间。休止阶段:从电极开始提起到电极再次开始下降,准备下一个焊点,这段时间称为休止时间。通电焊接必需在电极压力达成工艺要求95%F后进行,不然可能因为压力过低而产生飞溅,或因压力不均匀影响加热,造成焊点质量波动。电极抬起必需在电流全部切断以后,不然,电极和工件间将产生火花、拉弧甚至烧穿工件。为
16、了改善焊接接头性能,有时顺在基础焊接循环基础上增加若干辅助循环:(1)加大预压力以消除工件间间隙,使之紧密贴合。(2)增加预热脉冲提升金属塑性,使工件易于紧密贴合(3)加大锻压力以压实熔核,预防产生,预防产生裂纹和缩孔。采取回火或缓冷脉冲消除合金钢淬火组织,提升接头力学性能, 可在不加大锻压力条件下,预防裂纹和缩孔。使工2、点焊关键工艺参数:电阻,焊接电流,焊接时间,焊接压力,电极和电极加头,焊接工件等。1 电阻R 电 焊接电流焊接电流:焊接时流经焊接回路电流称为焊接电流。点焊时I通常在万安培(A)以内。焊接电流是最关键点焊参数。点焊时应选择靠近C点处,抗剪强度增加缓慢,越过C后,因为飞溅或工
17、件表面压痕过深,抗剪强度会显著降低焊接时间焊接时间:电阻焊时每一个焊接循环中,自焊接电流接通到停止连续时间,称焊接通电时间。简称焊接时间。为了确保熔核尺寸和焊点强度,焊接时间和焊接电流在一定范围内能够互为补充,为了取得一定强度焊点,能够采取大电流和短时间(强条件,又称强规范),也能够采取小电流和长时间(弱条件,又称弱规范)。选择强条件还是弱条件,则取决于金属性能、厚度和所用焊机功率,但对于不一样性能和厚度金属所需电流和时间,全部仍有一个上、下限,超出此限,将无法形成合格熔核。电极压力:焊接压力:电阻焊时,经过电极施加在焊接件上压力,通常要数千牛顿(N)。电极压力也是点焊关键参数之一,电极压力过
18、大或过小全部会使焊点承载能力降低和分散性变大,尢其对拉伸载荷影响更甚,当电极压力较小时,因为焊接区金属塑性变形范围及变形程度不足,造成因电流密度过大而引发加热速度大于塑性环扩展速度,从而产生严重喷溅。电极压力对两电极间总电阻R有显著影响,伴随电极压力增大,R显著减小,此时焊接电流虽略有增大,但不能影响因R减小而引发产热降低,回此,焊点强度总是伴随电极压力增大而降低,在增大电极压力同时,增大焊接电流或延长焊接时间,以填补电阻减小影响,能够保持焊点强度不变。采取这种焊接条件有利于提升焊点强度稳定性。电极压力过小,将引发飞溅,也会使焊点强度降低电极和电极加头点焊电极是确保点悍质量关键零件,它关键功效
19、有:1)向工件传导电流。 2)向工件传输压力; 3)快速导散焊按区热量。电极材料基于电极上述功效,就要求制造电极材料应含有足够高电导率、热导率和高温硬度,电极结构必需有足够强度和刚度,和充足冷却条件。另外,电极和工件间接触电阻应足够低,以预防工件表面熔化或电极和工件表面之间合金化。电极头端面直径:电极头是指点焊时和焊件表面相接触电极端头部分,电极头端面尺寸增大时,因为接触面积增大,电流密度减小,使焊点承载能力降低。 工 件 工件表面上氧化物,污垢、油和其它杂质增大了接触电阻。过厚氧化物层甚至会使电流不能经过。局部导通,因为电流密度过大,则会产生飞溅和表面烧损,氧化物层不均匀性还会影响各个焊点加
20、热不一致,引发焊接质量波动。所以,根本清理工件表面是确保取得优质接头必需条件。3、焊接参数相互联络预压时间:过大 增加工作时间过小 飞溅、过烧、烧穿、损坏电极电极压力:过大 虚焊、弱焊过小 飞溅、过烧、烧穿、粘电极、电极消耗加紧焊接电流:过大 飞溅、过烧、烧穿、粘电极、电极消耗加紧过小 虚焊、弱焊焊接时间:过大 飞溅、过烧、烧穿、粘电极、电极消耗加紧、接头性能下降过小 虚焊、弱焊电极直径:过大 虚焊、弱焊过小 飞溅、过烧、烧穿、粘电极、电极消耗加紧修磨次数:过快 电极寿命降低过慢 电极直径不符合要求,产生虚焊、弱焊4 、 其它 选择点焊工艺参数时能够采取计算方法或查表方法,不管采取哪种方法,所
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