对焊方法及工艺 -工程
对接电阻焊（以下简称对焊）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方法，
对焊方法及工艺
。对焊的生产率高、易于实现自动化，因而获得广泛应用。其应用范围可归纳如下：（1）工件的接长例如带钢、型材、线材、钢筋、钢轨、锅炉钢管、石油和天然气输送等管道的对焊。（2）环形工件的对焊例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。（3）部件的组焊将简单轧制、锻造、冲压或机加工件对焊成复杂的零件，以降低成本。例如汽车方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。（4）异种金属的对焊可以节约贵重金属，提高产品性能。例如刀具的工作部分（高速钢）与尾部（中碳钢）的对焊，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。对焊分为电阻对焊和闪光对焊两种。对接电阻焊（以下简称对焊）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方法。对焊的生产率高、易于实现自动化，因而获得广泛应用。其应用范围可归纳如下：（1）工件的接长例如带钢、型材、线材、钢筋、钢轨、锅炉钢管、石油和天然气输送等管道的对焊。（2）环形工件的对焊例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。（3）部件的组焊将简单轧制、锻造、冲压或机加工件对焊成复杂的零件，以降低成本。例如汽车方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。（4）异种金属的对焊可以节约贵重金属，提高产品性能。例如刀具的工作部分（高速钢）与尾部（中碳钢）的对焊，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。对焊分为电阻对焊和闪光对焊两种。3、工件准备电阻对焊时，两工件的端面形状和尺寸应该相同，以保证工件的加热和塑性变形一致。工件的端面，以及与夹钳接触的表面必须进行严格清理。端面的氧化物和赃物将会直接影响到接头的质量。与夹钳接触的工件表面的氧化物和赃物将会增大接触处电阻，使工件表面烧伤、钳口磨损加剧，并增大功率损耗。清理工件可以用砂轮、钢丝刷等机械手段，也可以用酸洗。电阻焊接头中易产生氧化物夹杂。对于焊接质量要求高的稀有金属、某些合金钢和有色金属时，常采用氩、氦等保护氛来解决。电阻对焊虽有接头光滑、毛刺小、焊接过程简单等优点，但其接头的力学性能较低，对工件端面的准备工作要求高，因此仅用于小断面（小于250mm2）金属型材的对接。三、闪光对焊的焊接循环、工艺参数和工件准备1、焊接循环闪光对焊的焊接循环14-7所示，图中复位时间是指动夹钳由松开工件至回到原位的时间。预热方法有两种：电阻预热和闪光预热，图中（b）采用的是电阻预热。2、工艺参数闪光对焊的主要参数有：伸出长度、闪光电流、闪光流量、闪光速度、顶锻流量、顶锻速度、顶锻压力、顶锻电流、夹钳夹持力等。图14-8是连续闪光对焊各流量和伸出长度的示意图。下面介绍各工艺参数对焊接质量的影响及选用原则：（1）伸长长度l0和电阻对焊一样，l0影响沿工件轴向的温度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，棒材和厚臂管材l0=（0.7-1.0）d，d为圆棒料的直径或方棒料的边长。对于薄板（δ=1-4mm）为了顶锻时不失稳，一般取l0=（4-5）δ。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。（2）闪光电流If和顶锻电流IuIf取决于工件的断面积和闪光所需要的电流密度jf。jf的大小又与被焊金属的物理性能、闪光速度、工件断面的面积和形状，以及端面的加热状态有关。在闪光过程中，随着vf的逐渐提高和接触电阻Rc的逐渐减小，jf将增大。顶锻时，Rc迅速消失，电流将急剧增大到顶锻电流Iu。（5）顶锻流量δuδu 影响液体金属的排除和塑性变形的大小。δu 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；δu 过大时，也会因晶纹弯曲严重，降低接头的冲击韧度。δu 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立刻切断电流，因此顶锻流量应包括两部分----有电流顶锻留量和无电流顶锻留量，前者为后者的0.5-1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均为焊接珠光体钢的两倍。导热性好的金属（如铝合金）焊接时需要很高的顶锻速度（150-200mm/s）。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。（7）顶锻压力FuFu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。顶锻压强过小，则变形不足，接头强度下降；顶锻压强过大，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、工件断面形状等因素。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（150-400Mpa）。（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700-900度。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必须保证工件在顶锻时不打滑Fc与顶锻压力Fu和工件与夹钳间的摩擦系数f有关，他们的关系是：Fc≥Fu/2f。通常F0=（1.5-4.0）Fu，断面紧凑的低碳钢取下限，冷轧不锈钢板取上限。当夹具上带有顶撑装置时，加紧力可以大大降低，此时Fc=0.5Fu就足够了。3、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。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，以便于激光闪发。这样就可以不用预热或闪光初期提高次级电压。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，应和电阻对焊一样。四、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。现分析如下：（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，应采用增大温塑性区的宽度，采用较大的顶锻力。（3）结晶温度区间结晶温度区间越大，半熔化区越宽，应采用较大的顶锻压力和顶锻留量，以便把半溶化区中的熔化金属全部排挤进去，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，工程
《对焊方法及工艺》()。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是提高接头质量的关键。金属的成分不同，其氧化性的生成也不同。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、Al2O3、Cr2O3等，就必须在被焊金属还处在溶化状态时，才有可能将他们排出。因此，在焊接含有较多硅、铝、铬、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。下面介绍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具有电阻系数高，加热时碳元素的氧化为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。随着钢中的含碳量的增加，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，半溶化区内含碳量高的溶化金属被挤出，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。甚至对溶焊来说比较难焊的铸铁也是一样。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）钢中的铝、铬、硅、钼等元素易生成高熔点氧化物，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。下表是碳素钢和合金钢闪光对焊工艺参数的参考值。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、塑性温度区窄等特点，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，极易产生氧化夹杂物、疏松等缺陷，使接头强度和塑性急剧降低。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形成的顶锻模式。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热性比铝好，熔点较高，因而比铝要难焊的多。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，也应采用很高的最后闪光速度、顶锻速度和顶锻压强。铝、铜及其合金闪光对焊的工艺参数可参考下表：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4-5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下表。铝和铜对焊时，可能形成金属间化合物CuAL2，增加接头脆性。因此，必须在顶锻时尽可能将CuAL2从接口中排挤出去。铜于铝闪光对焊的焊接条件 注：顶锻留量等于线材直径，有电流顶锻量等于直径的0.2-0.3倍。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硬，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。二、杆件的对焊多用于建筑业的钢筋对焊，通常直径d<10mm者用电阻对焊；d>10mm用连续闪光对焊；d>30mm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=15-20mm时，一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下面两表：三、管子对焊管子对焊广泛用于锅炉制造、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时可选用半圆形，以防管子被压扁。比值小于10时可选用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20-50mm时，工件长度为管径的2-2.5倍；管径为200-300mm时为1-1.5倍。低碳钢和合金钢管连续闪光对焊的工艺参数可参考下表：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，又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在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。四、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应用。板材宽度从300到1500mm以上，厚度从小于1mm到十几mm。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，并生产很大的塑性变形，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顶锻速度。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参考下面两表：五、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，需用功率要增大15-50%。分流虽环形件直径的减小，断面的增大，以及材料电阻率
