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1、焊 接 技 能 综 合 实 训,新世纪高职高专教材编审委员会 组编 主编 张红兵 主审 雷世明,任务一,陶瓷Al2O3钎焊,任务二,电阻焊,任务三,激光焊等其他自动焊,模块七 其他焊接实训,真空钎焊使用方法。 在真空设备上进行硬钎焊。,真空钎焊设备结构、特点及应用情况。 真空系统原理及操作程序。,任务一 陶瓷Al2O3钎焊,如图7-1所示，这是一个不锈钢管与Al2O3的复合管接头。一侧是金属，一侧是陶瓷。如何焊接呢？,提出任务,任务一 陶瓷Al2O3钎焊,图7-1 双材料管接头,分析任务,任务一 陶瓷Al2O3钎焊,用常用的金属熔化焊方法，如果接头两侧材料的熔点相差太大，则难以焊接。另一方面，
2、即使是同种材料，如钢材，随着含碳量的上升以及合金元素含量的上升，用电弧焊方法难以实现有效焊接。 应该采用第三种材料，浸润到接缝中以实现有效的连接。这种方法就是钎焊。焊接时，用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散，形成连接。,钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构、透平叶片、硬质合金刀具和印刷电路板等。利用活性钎料在真空条件下钎焊陶瓷、金刚石等极难润湿类材料时，因氧气被隔绝、降低了表面张力并且钎料中的活性组分得到了很好的保护，可以获得很理想的焊接头。真空钎焊炉见图7-2。钎焊前对工件必须进行细致加工和严
3、格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙。间隙一般要求为 0.010.1 mm。,任务一 陶瓷Al2O3钎焊,图7-2 真空钎焊炉,任务一 陶瓷Al2O3钎焊,安全与防护,目前真空管式高频电源、IGBT逆变电源都可用于感应钎焊。高频感应加热电源在工作过程中高频电磁场泄漏严重，对其周围环境构成严重电磁波污染，主要表现为无线电波干扰和对人员身体健康的危害两个方面，同时污染的强度又和高频电源的功率成正比，所以在进行感应钎焊时，必须对高频电磁场泄漏采取防护措施，以降低对环境和人体的污染，使其达到无害的程度。 高频电磁场对人体的危害主要是引起中枢神经系统的机能障碍和交感神经紧张为主的植物神经失调
4、。主要症状是头昏、头痛、全身无力、疲劳、失眠、健忘、易激动，工作效能低，还有多汗消瘦等症状发生。但是造成上述机能的障碍，不属于器质性的改变，只要脱离工作现场一段时间，人体即可恢复正常。,任务一 陶瓷Al2O3钎焊,采用整体屏蔽，即将高频设备和馈线、感应线圈等都放置在屏蔽室内，操作人员在屏蔽室外进行操作。屏蔽室的墙壁一般用铝板、铜板或钢板制成，板厚一般为1215 mm。操作时对需要观察的部位可装活动门或开窗口，一般用40目(孔径0.450 mm)的铜丝屏蔽活动门或窗口。对于功率较大的高频设备还可用复合屏蔽的方法增强防护效果。通常是在屏蔽室内将高频变压器和馈线等高频泄漏源先用金属板或双层金属网进行
5、局部屏蔽，为了解决高场强的近区装置的发热间题，屏蔽罩需留有适当的缝隙，以切断感生电流，这当然对高频防护是不利的。 为了高频加热设备工作安全，要求安装专用地线，接地电阻要小于4 。而在设备周围，特别是工人操作位置要铺耐压35 kV绝缘橡胶板。设备启动操作前，仔细检查冷却水系统，只有当水冷系统工作正常时，才允许通电预热振荡管。 设备检修一般不允许带电操作，如实在需要带电检修，操作者必须穿绝缘鞋，带绝缘手套，必须另有专人监护。停电检修时，必须切断总电源开关，并用放电棒将各个电容器组放电后，才允许进行检修工作。,设备仪器及材料的选用,任务一 陶瓷Al2O3钎焊,任务一 陶瓷Al2O3钎焊,操作要领,1
6、.检查真空系统主阀、前级阀、粗抽阀、放气阀是否处于关闭状态，如有开启应先关闭。 2.启动水泵，接通冷却水，水压在0.2 MPa左右。 3.开启控制柜电源，打开真空计开关，启动机械泵。 4.打开前级阀，启动扩散泵预热。 5.将母材和钎料表面氧化膜打磨干净，用丙酮清洗去除油污装配好，放入炉内，关闭炉门。 6.预热40分钟后，关闭前级阀，打开粗抽阀，粗抽真空约10分钟，真空度应在1.310-2 Pa左右。因扩散泵处于加热工作状态，为避免扩散泵油过热，前级阀不能长时间关闭。此时，如果真空计示值偏大则可能有泄漏，应关闭粗抽阀，打开前级阀，进行检查。,7.关闭粗抽阀，打开前级阀，打开主阀，真空室抽真空。
7、8.根据实验要求，当真空室到适当真空度后即可开启主加热电源升温。到温后保温适当时间，完成焊接，即可关闭主加热电源，随后冷却。 9.真空系统不能马上关闭，要待真空室冷却到适当温度后才可关闭。关闭顺序为：关主阀、关扩散泵加热电源、关前级阀、关机械泵。 10.当真空室冷却到80 以下时，即可打开放气阀，打开炉门，尽快取出工件；再关上炉门，关闭放气阀，启动机械泵，打开粗抽阀，粗抽真空度到1.310-2 Pa左右，关闭粗抽阀，关闭机械泵，以免炉内保温材料吸潮。 11.最后，关闭水泵，关闭控制柜及所有电源。 12.如用自制真空装置，到适当真空度后即可用高频感应电源做外热电源进行焊接。每焊完一件即可关闭真空
8、室挡板阀，开启放气阀，打开真空室，取出工件。然后再装入工件，关闭放气阀，打开真空室挡板阀，抽到真空后又可进行焊接。完成工作后停泵顺序如上所述，并且没有真空室冷却过程，效率较高。,任务一 陶瓷Al2O3钎焊,任务二 电阻焊,熔核的形成过程。 选择点焊规范参数的一般原则和方法。,焊接规范参数对熔核尺寸及接头强度的影响。,提出任务,任务二 电阻焊,电阻焊是压力焊的一种，它是利用电流通过焊件及其接触面产生的电阻热加热金属，在压力作用下实现焊接的。电阻焊的类型(按接头形式和工艺方法分类)有：点焊、缝焊、凸焊和对焊等。 点焊的特点：以强大电流短时间通过被圆柱形电极压紧的搭接工件，在电阻热及其压力下形成熔核
9、。在形成熔核的同时，熔核周围金属也被加热到高温，在电极压力作用下产生塑性变形及强烈的再结晶过程，并在结合面上形成共同晶粒。熔核周围这一环状塑性区域称为塑性环，它也有助于点焊接头承受载荷。 点焊工艺过程是被焊接金属受到热和机械力作用的过程，而施加焊接压力和通以焊接电流是形成点焊接头的基本条件。,任务二 电阻焊,1.接头的形成过程,分析任务,任务二 电阻焊,2.接头强度和熔核直径的关系,点焊接头的静载强度，一般包括拉剪强度、正拉强度及扭转强度等。接头的静载强度除决定于母材的强度和厚度外，还受到熔核的形状和尺寸、接头的组织，内部和外部的缺陷。残余应力、接头搭边尺寸、焊点的间距和排列等因素的影响，而最
10、重要的影响因素是熔核直径。一般情况下，低碳钢板在不同的规范条件下焊接时接头的拉剪强度与熔核直径、塑性环直径之间基本上成正比关系，因此只要获得符合技术条件要求的熔核尺寸，一般都能保证足够的静载强度。 接头的塑性指标用延性比来表示，延性比是正拉强度/拉剪强度的比率。延性比的值是：碳素结构钢一般大于0.25；低碳钢在0.30.7范围内变动。一般而论，含碳量越高，延性比往往越低。焊接规范，特别是焊接时间，对于延性比的影响较大。,3.参数对于熔核尺寸和接头强度的影响,任务二 电阻焊,点焊的基本参数有焊接电流IW(kA)、通电时间tW(周)、焊接压力FW(N)、电极端面形状和尺寸等。其中前三个参数是形成点
11、焊接头的三大要素。点焊时合理地选择这些参数，并使这些参数保持稳定，是获得优质接头的重要条件。 (1)焊接电流IW(kA) 焊接电流是最重要的点焊参数。点焊时产生的热量为Q=I2WRtW，当其他参数不变时，Q与IW2的平方成正比。当焊接电流较小时，加热量不足，不能形成熔核或熔核尺寸很小。随着焊接电流的增加，熔核尺寸迅速扩大。但焊接电流过大，加热过于强烈，熔核扩展速度大于塑性环扩展速度时，将会产生严重飞溅，使焊接质量下降。因此，焊接电流的选择应以不产生飞溅。 在点焊过程中，由于电源电压的波动、多台焊机同时通电的相互干扰、焊接电流的分流、磁性材料伸入焊接回路等，都可能导致焊接电流的变化。保证在通电中
12、、后期具有足够的电流密度，对于提高焊接质量有较大意义。,任务二 电阻焊,(2)焊接时间tW(周) 焊接时间的影响与焊接电流相类似。由于温度场的建立要有一个过程，当焊接时间过短时，不能形成熔核。增长焊接时间，焊接区中心部位首先出现熔核，并随时间延长迅速长大。伴随熔核长大及塑性环扩展，工件接触面积增加，工件内部电阻及电流密度降低，散热加强，熔核扩展速度缓慢，最终达到熔核尺寸的饱和值。如果在熔核尺寸饱和后继续加热，一般不会产生飞溅。这时由于塑性环还有一定扩大，拉剪强度略有增加，但强度分散性增大，正拉强度有所下降。 (3)电极压力FW(N) 电极压力主要影响焊接区金属的塑性变形及接触面积，从而影响焊接
13、区的电阻、电流密度及散热。当焊接压力过小时，由于焊接区金属的塑性变形范围及变形强度不足，造成电流密度过大，加热速度大于塑性环扩展速度，从而产生飞溅。随着焊接压力的增加，焊接区接触面积增大，工件的总电阻及电流密度减小，特别是焊透率下降更快。,如果在增大焊接压力的同时，相应增大焊接电流，则可保证焊点核心尺寸及接头强度基本不变。 电极压力的大小，对焊接区的塑性变形有很大影响。提高电极压力，将能有效地防止飞溅、裂纹、缩孔等缺陷的产生。 在焊接过程中，通电前，由于电极向下移动，摩擦力向上，使实际电极压力减小。在通电过程中，由于金属膨胀，把电极向上推移，使实际加压力增大。所以在焊接过程中，实际的电极加压是
14、一动态过程。摩擦力越大，实际电极加压的变化越大。 (4)电极端面形状和尺寸 电极端面形状和尺寸也直接影响到焊接区的接触面积及电流密度。它们对于焊点质量的影响与电极压力相类似。电极端面形状主要依据被焊接材料的特性而选定。对于低碳钢可选用锥形电极或平面电极。电极端面直径ddj主要是根据焊点核心直径dh来选择，一般选择ddj(1.11.2) dh 。,任务二 电阻焊,任务二 电阻焊,(5)规范参数的选择 当电极端面形状和尺寸选定以后，焊接规范的选择主要是考虑焊接电流、通电时间及电极压力。这三个参数与焊接时的发热、散热都有直接联系，可相互匹配成硬、中、软三种规范，或称A、B、C三种规范，各种规范分别适
15、用于A、B、C(或一、二和三)类焊接接头。 所谓硬规范是指采用大的焊接电流，短的通电时间，并相应提高电极压力。软规范是指采用小的焊接电流、小的电极压力及长的通电时间。介于二者之间的规范是中规范。,从发热考虑，产生的焦耳热与I2WtW成正比，从理论上讲，采用大电流短时间，或者小电流长时间的焊接规范，能产生同样的热量。但焊接的时间越长，热量损失越多，当焊接电流过小时，不可能获得所要求的熔核尺寸及接头强度。另外，当焊接时间达到3(为点焊时的热时间常数)时，焊接区中心部位的温度已基本稳定，熔核尺寸也接近饱和。如果选择tW 3,由于加热的时间过长，会造成焊接质量下降。所以焊接时间的选择应受加热时间常数的
16、限制，一般选在接近3为宜。或者在熔核直径扩展速率减缓到接近饱和点范围内选择。 焊接电流与电极压力的匹配，应以不产生飞溅为前题。根据这一前题所制定的焊接电流与电极压力关系曲线称为飞溅临界曲线。但焊接压力选择过大，会造成固相焊接(塑性环)范围过宽，致使焊接质量不稳定。 在一定焊接时间、焊接压力的条件下，把增大焊接电流而不产生飞溅时所获得的最大熔核直径dm定义为最大临界熔核直径。当焊接电流与电极压力的匹配满足dm=(1.151.2)dh时，能获得较稳定的焊接质量。,任务二 电阻焊,设备仪器及材料的选用,任务二 电阻焊,任务二 电阻焊,1.准备过程,操作过程,(1)用粗砂纸消除焊接试片的铁锈，直到表面有金属光泽为止。 (2)启动焊机、检查焊机工作是否正常。 (3) 选择最佳焊接规范。 初选参考焊接规范。 用一对试片焊23个焊点。试片的一端应留2030 mm长，以便撕开时夹紧试片。焊接质量应满足无飞溅。表面无严重过热。压抗深度约为板厚的10 % 15%。在虎钳上用铰杠撕开。对于1.5+1.5 mm试片。熔核直径应
