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1、第六章其他焊接方法 主编第一节电阻焊一、电阻焊的分类及特点1.电阻焊的分类 电阻焊的种类很多，分类的方法也很多。应用较多的是按工艺方法分类，如图61所示。表61列出了常用电阻焊种类的基本特征。图6-1按工艺方法划分的电阻焊种类第一节电阻焊表6-1电阻焊的种类及特征第一节电阻焊(1)点焊点焊及其接头如图6-2a所示，接头形式为搭接，电源通过铜电极向焊件通电加热，在焊件内部的熔化核心达到预定要求后切断电源，在压力作用下凝固结晶形成焊点。 点焊按供电方式不同分为单面点焊和双面点焊；点焊还可按一次形成的焊点数目分为单点、双点和多点焊等几种类型。图6-2电阻焊接头示意图a)点焊接头b)缝焊接头c)对焊接
2、头第一节电阻焊(2)缝焊缝焊及其接头如图6-2b所示，它实际上是点焊的延伸，使用两个可以旋转的圆盘状电极代替点焊时的柱状电极。(3)对焊对焊及其接头如图6-2c所示，接头形式一般为对接。(4)凸焊凸焊是点焊的一种变型，是在一工件的贴合面上预先加工出一个或多个突起点，使其与另一工件表面相接触并通电加热，然后压塌，使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。 凸焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。板件凸焊最适宜的厚度为054mm。焊接更薄件时，凸点设计要求严格，需要随动性极好的焊机，因此厚度小于025mm的板件更宜于采用点焊。第一节电阻焊2.电阻焊的特点 电阻焊利用的是热能集中的内部热源(电阻热)，且焊
3、接接头是在压力作用下形成的。经分析归纳，电阻焊具有下列优点：(1)焊接生产率高如点焊时，通用点焊机的生产率约为每分钟60点，若用快速点焊机则可达到每分钟500点以上；对焊直径为40mm的棒材每分钟可焊一个接头；缝焊厚度为13mm的薄板时，其焊速可达每分钟0.51m。(2)焊缝质量好电阻焊冶金过程简单，焊缝化学成分基本不变；焊缝因在压力作用下结晶而致密；由于是内部热源，热量集中，加热范围小，因此热影响区和焊接变形都很小。(3)焊接成本低电阻焊不使用焊条、焊丝等填充材料，也不使用保护气等，所以焊接成本低。第一节电阻焊(4)操作简便电阻焊一般使用机械化或自动化焊接，焊接过程没有弧光辐射，也不产生有害
4、气体，劳动条件好。 电阻焊的优点突出，但同时还存在以下缺点，正是这些缺点限制了电阻焊更广泛的应用。1)目前尚缺乏可靠、易行的无损检测方法来检测焊接接头质量，焊接质量只能靠工艺试样和焊件的破坏性检验来检查；另外，由于电阻焊过程很快，焊接过程中工艺因素发生变化时往往来不及调整而影响接头质量。2)设备价格高，一次性投资大。3)焊件的厚度、形状和接头形式受限制。4)闪光对焊时有飞溅。第一节电阻焊二、电阻焊的基本原理1.电阻焊的热源 电阻焊的热源是电流流过电极间(焊件本身及其接触处)产生的电阻热，该热源产生于焊件内部，属于内部热源。2.影响电阻焊产热的因素 从式(61)可以看出，影响电阻焊产热的因素包括
5、焊接电流、电极间电阻和通电时间；除此之外，凡是对电极间电阻有影响的因素。例如，电极压力和焊件表面状况、焊件本身的性能(导热性等)及电极形状都会影响电阻热的产生。第一节电阻焊(1)电极间电阻R电极间电阻R包括焊件本身电阻Rw、焊件间接触电阻Rc、焊件与电极间电阻Rew，如图6-3所示。1)焊件本身电阻Rw。金属的电阻率不仅与金属的成分有关，还与金属的温度有关，如图64所示，随温度升高电阻率增大，金属高温熔化时电阻率比熔化前高12倍，这使得电阻焊加热速度很快，因而焊接速度也很快。2)焊件间接触电阻Rc。3)焊件与电极间电阻Rew。第一节电阻焊图6-4各种金属高温时的电阻率1不锈钢2低碳钢3镍4黄铜
6、5铝6纯铜图6-3电阻焊时电流分布和电流线第一节电阻焊图6-5电流流经微观粗糙表面时的电流线第一节电阻焊(2)焊接电流由式(6-1)可知，电流对电阻热的影响最大，因此在点焊过程中必须严格控制电流。(3)通电时间为保证点焊时熔核尺寸和焊点强度，通电时间和电流可以在一定范围内相互补充。(4)电极压力电极压力主要是影响两极间的总电阻R。(5)电极形状和电极材料电极的接触面积决定接触面上的电流密度，电极材料的电阻率和导热性影响产热与散热，因此电极的形状和材料对形成熔核有较大影响。(6)焊件表面状况焊件表面存在氧化膜、油污及其他杂质均会增加接触电阻，过厚的氧化膜会造成电流不能流过。第一节电阻焊三、点焊与
7、缝焊1.点焊 点焊是在电极压力作用下，通过电阻热来加热焊件形成熔核，断电后在压力下结晶而形成焊点的。每焊接一个焊点称做一个点焊循环。(1)点焊过程普通的点焊循环包括预压、通电加热、锻压和休止四个相互衔接的阶段。(2)焊前清理点焊时，焊件表面的氧化膜、油污等杂质均会影响焊接质量，因此焊前必须对焊件进行彻底清理。 常用的清理方法包括机械清理法和化学清理法。机械清理可用旋转钢丝刷、砂轮及喷丸处理。该方法焊件表面易划伤，清理质量不稳定，且允许存放时间较短。第一节电阻焊(3)点焊方法 双面单点焊、单面双点焊、单面单点焊、双面双点焊和多点焊，如图66所示。图6-6点焊方法示意图a)双面单点焊b)单面双点焊
8、c)单面单点焊d)双面双点焊e)多点焊1电极2焊件3铜垫板第一节电阻焊2.缝焊 缝焊即连续点焊，其形式有三种，特点也各不相同。(1)连续缝焊盘状电极连续转动，焊件连续移动，电流连续通过。(2)断续缝焊盘状电极连续转动，焊件连续移动，电流断续通过。(3)步进缝焊盘状电极间歇式转动，焊件断续移动，电流在焊件静止时通过。 与点焊相似，缝焊最常用的接头形式是卷边接头和搭接接头。缝焊工艺包括内容较多，为保证接头质量，需要考虑的因素有焊点间距、电极压力、盘状电极直径，以及工作面形状、焊接周期、焊接速度、焊件的焊前清理与定位。第一节电阻焊四、电阻对焊与闪光对焊 电阻对焊与闪光对焊都是基本的对焊方法，焊接时将
9、焊件夹持在夹具之间，焊件两端面对准，并在接触处通电加热进行焊接。二者的区别在于操作方法不同，电阻对焊是焊件对正、加压后再通电加热；而闪光对焊则是先通电，然后使焊件接触建立闪光过程进行加热。第一节电阻焊1.电阻对焊 电阻对焊一般用于对接截面较小(一般小于250mm2、形状紧凑棒料或厚壁管等)、氧化物易于挤出的工件的焊接。2.闪光对焊 闪光对焊用于中大截面的焊接，不仅可焊接同种材料，还可焊接异种材料。闪光对焊接头组织致密，且对焊件的焊前准备要求不高。由于焊件焊后收缩量大，焊件需要预留顶锻留量。第二节钎焊一、钎焊的原理及特点(1)钎焊的原理钎焊是利用熔点比被焊金属低的钎料熔化后依靠毛细管作用填满接头
10、间隙，并与母材之间相互扩散实现连接的一种焊接方法。(2)钎焊的特点1)钎焊接头平整光滑，外形美观。2)钎焊时只有钎料熔化，而对母材的加热温度较低，因此对母材的组织和性能影响较小。3)钎焊时焊件变形小，尤其是采用整体加热的钎焊方法，如炉中钎焊，焊件的变形可减小到最低程度。4)可以连接异种金属或金属与非金属。 钎焊的优点很多，但也有明显的缺点：钎焊接头强度低，耐高温能力差；接头形式以搭接为主，使结构重量增加；装配要求高等。第二节钎焊二、钎焊的分类及应用钎焊的种类很多，通常采用的分类方法如下：(1)按钎焊加热温度分类可分为低温钎焊(450C以下)、中温钎焊(450950C)、高温钎焊(950C以上)
11、。(2)按加热方法分类可分为火焰钎焊、烙铁钎焊、电阻钎焊、感应钎焊、炉中钎焊及浸渍钎焊等。表6-2各种钎焊方法的优缺点及适用范围第二节钎焊三、钎焊工艺 钎焊工艺包括钎焊的接头设计、钎料选择及钎焊工序。1.钎焊接头设计 钎焊接头的设计是影响钎焊接头性能的重要因素之一，在设计钎焊接头时必须考虑以下几方面：(1)钎焊接头形式钎焊接头形式较多，但经常使用的有搭接、对接、斜接及T形接等四种基本形式，如图6-7所示。图6-7钎焊接头的基本形式a)搭接接头b)对接接头c)对接接头斜搭接d)“T”形接头第二节钎焊图6-8锁边接头(2)搭接长度如搭接长度太长，就会耗费材料，增加构件重量；但搭接长度太短，不能满足
12、强度要求。(3)接头的装配间隙接头装配间隙大小是影响钎缝致密性和接头强度的关键因素之一。 间隙的大小与钎料和钎焊金属有无合金化、钎焊温度、钎焊时间、钎料的安置等有直接关系。一般来说，钎料与钎焊金属之间相互作用较弱，则要求较小的间隙；钎焊金属与钎料的相互作用较强，间隙就要求较大。应该指出，这里所要求的间隙是指在钎焊温度下的间隙，与室温温度时不一定相同。第二节钎焊 重量大小相同的同种金属接头，在钎焊温度下的间隙与室温差别不大；但重量相差悬殊的同种金属及异种金属的接头，由于热膨胀量不同，因此在钎焊温度下的间隙与室温不同，在这种情况下，设计时必须考虑保证在钎焊温度下接头的间隙。各种材料钎焊时推荐的接头
13、间隙见表63。表6-3各种材料钎焊接头推荐的间隙第二节钎焊2.钎料选择(1)对钎料的要求钎料是钎焊时使用的填充材料，对钎缝质量有着重要影响。1)合适的熔化温度，一般应低于被焊金属熔点几十度以上。2)在钎焊温度下能很好地润湿被钎焊的金属，并易于填充钎缝的间隙3)与钎焊金属有相互扩散作用，以获得牢固的接头。4)成分稳定且均匀，不含对被焊金属有害的元素。5)能满足钎焊接头的力学、物理及化学性能方面的要求。 此外，也必须考虑钎料的经济性、应尽量少用或不用稀有金属和贵重金属。第二节钎焊(2)钎料的分类 1)按钎料化学成分，可分为镓基、锡基、铝基、镉基、铟基、铋基、锌基、铅基、银基、铜基、锰基、锆基、钛基
14、、金基、钯基、铂基和铁基等钎料。 2)按钎料的熔点，分为熔点低于450C的软钎料，它们是锡、铅、铋、铟、镉、锌等金属的合金；熔点为450C以上的硬钎料，它们是铝、铜、银、镁、锰、金、钯、钼、钛等金属的合金。(3)钎料的牌号目前我国主要有两种编号方法。表6-4钎 料 牌 号第二节钎焊3.钎焊工艺(1)焊件的表面处理钎焊前焊件的表面处理包括去油、除氧化膜及在焊件表面镀覆镀层。图6-9钎焊接头的固定方法(2)装配与固定钎焊接头在钎焊过程中，特别是钎料开始流动时，必须保持设计时的正确位置，并保证其要求的间隙。(3)钎料的放置钎料的放置应保证使钎料和钎焊金属加热温度均匀，并尽可能使钎料在钎焊过程中依靠重
15、力流入接头。性，需要使用焊剂。(4)钎焊工艺参数钎焊工艺参数主要是钎焊温度和保温时间。(5)钎焊后清洗钎焊时，有时为了改善焊接性，需要使用焊剂。第三节高能量密度焊一、电子束焊的特点及应用 电子束焊是利用电子枪产生的电子束流在强电场作用下以极高的速度撞击焊件表面，具有极大动能的电子将其大部分能量转化为热能使焊件熔化而形成焊缝。1.电子束焊的特点电子束焊与其他焊接方法相比，具有以下特点：(1)加热的能量密度高经过聚焦电子束的能量密度可达10108W/cm2，是通常电弧焊的1001000倍。(2)焊缝熔深与熔宽比大电子束焊的深宽比可达20，是一般电弧焊的10倍。第三节高能量密度焊(3)焊缝金属纯度高
16、真空电子束焊是在真空度很高的真空室中进行的，因此焊接过程中金属不存在污染和氧化问题，特别适于焊接化学性质活泼、纯度高和易被大气污染的金属。(4)焊接参数调节范围广，适应性强电子束焊接的各个焊接参数，不像电弧那样受焊缝成形和焊接过程稳定性的制约而相互牵连，它们不仅能各自单独进行调节且调节范围很宽。 以上是电子束焊的优点，电子束焊同时存在以下缺点：设备复杂、昂贵；焊前接头加工、装配要求严格；焊件尺寸受真空室大小的限制；电子束易受磁场干扰而影响焊接质量；焊接时产生的X射线须严加防护。第三节高能量密度焊2.电子束焊的应用 电子束焊接方法可以在一般电弧焊难以进行的场合施焊。例如，由于焊接变形量小，能焊接
17、已经精加工后的组装件或形状复杂的精密零部件；可以单道焊接厚度超过100mm的碳钢或厚度达到475mm的铝板；可以焊接热处理强化和冷作硬化的材料而不恶化接头的力学性能；可以焊接靠近热敏元件的焊件；可以焊接内部保持真空度的密封件；可以焊接难熔金属、活泼金属、异种金属及复合材料等。第三节高能量密度焊二、激光焊的特点及应用 激光焊是利用具有高能量密度的激光为热源，将金属熔化形成接头的焊接方法。激光的方向性强、单色性好，经聚焦后能量密度可达105W/cm2以上，与电子束的能量密度接近，具有很强的熔透能力。1.激光焊的特点与一般焊接方法相比，激光焊具有以下特点：1)聚焦后的激光具有很高的能量密度，因此激光
18、焊的深宽比大。2)激光的加热范围小(1mm)，因此焊接速度快，焊接变形小。3)可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，甚至可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃等。第三节高能量密度焊4)激光能反射、投射，在空间传播很远距离而衰减很小，所以可进行远距离或一些难以接近部位的焊接。5)一台激光器可供多个工作台进行不同的工作，既可用于焊接，又可用于切割和热处理，实现一机多用。 与电子束焊相比，激光焊最大的特点是不需要真空室，焊接过程不产生X射线。它的不足之处在于：焊接厚度比电子束焊要小；难以焊接高反射率的金属；设备投资较大。2.激光焊的应用 目前激光焊主要在仪器仪表业(仪表游丝、热电偶的焊接)、食品包装业(马口铁食品罐的焊接)和机械制造业(组合齿轮、电机定子及转子铁心的焊接)中应用。
