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第二章 点焊null第二章 点焊第二章 点焊主要内容主要内容一. 概述 二. 点焊过程分析 三. 点焊规范参数及其相互关系 四. 点焊时的分流 五. 特殊情况的点焊工艺 六. 常用金属材料的点焊 一. 概述一. 概述1.1 定 义 1.2 分 类 1.3 特 点 1.4 应 用 1.1 定 义1.1 定 义 电阻点焊(resistance spot welding),简称点焊。它是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,形成焊点的电阻焊方法。 null1.2 分 ...

第二章 点焊
null第二章 点焊第二章 点焊主要内容主要内容一. 概述 二. 点焊过程分析 三. 点焊规范参数及其相互关系 四. 点焊时的分流 五. 特殊情况的点焊工艺 六. 常用金属 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的点焊 一. 概述一. 概述1.1 定 义 1.2 分 类 1.3 特 点 1.4 应 用 1.1 定 义1.1 定 义 电阻点焊(resistance spot welding),简称点焊。它是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,形成焊点的电阻焊方法。 null1.2 分 类1.2 分 类1. 按焊接电流波形分工频 50或60Hz低频 3~10Hz 2.5kHz~450kHz交流高频脉冲电容储能直流冲击波null2. 按工艺特点分双面单点单面双点单面单点1.3 特 点1.3 特 点 1)焊件间依靠尺寸不大的熔核进行连接,熔核应均匀、对称地分布在两焊件的贴合面上。 2)点焊具有大电流、短时间、压力状态下进行焊接的工艺特点。 3)点焊是热—机械(力)联合作用的焊接过程。 4)点焊接头质量主要取决于熔核尺寸(直径和焊透率)、熔核本身及其周围热影响区的金属显微组织及缺陷情况。同时,若有压痕过深、表面裂纹、粘损等表面缺陷,也会使接头疲劳强度降低。 1.4 应 用1.4 应 用电阻点焊是一种高效率、低成本的主要焊接方法,广泛地应用在汽车、电子、航空、航天等重要工业领域。 点焊适用于采用搭接、接头不 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板结构。 它也可焊接厚度达到6mm或更厚的金属构件,但效果不如其他焊接方法。nullnullnullnullnullnull电阻点焊的双机位null二. 点焊过程分析二. 点焊过程分析2.1 点焊原理 2.2 熔核2.1 点焊原理2.1 点焊原理 两电极2将焊件3压紧,增加电极压力后,阻焊变压器1向焊接区通过强大的焊接电流,在焊件接触面上形成真实的物理接触点,并随着通电加热的进行而不断扩大。 塑变能与热能使接触点的原子不断激活,消失了接触面,继续加热形成熔化核心4,简称熔核,熔核中的液态金属在电动力作用下发生强烈搅拌,熔核内金属成分均匀化,结合界面迅速消失。2.2 熔 核2.2 熔 核由于材质和焊接规范特征的不同,熔核的凝固组织可有三种: 柱状组织:纯金属(如镍、钼等)和结晶温度区间窄的合金(碳钢、合金钢、钛合金等); 等轴组织:较罕见; “柱状+等轴”组织:铝合金等。2.2.1 65Mn的熔核面SEM像2.2.1 65Mn的熔核面SEM像通常熔核以柱状晶形式生长,将合金浓度较高的成分排至晶叉及枝晶前端 ,直至生长的枝晶相互抵住,获得牢固的金属键合,接合面消失,得到了柱状晶生长较充分的焊点。2.2.2 柱状组织形成过程2.2.2 柱状组织形成过程a 凝固前:在熔合线上(固-液相界面)有许多晶粒处于半熔化状态,为异质成核进行结晶提供了有力条件。 b 随着温度的降低,由于成分过冷较大,以半熔化晶粒作底面沿<100>向长出枝晶束,由于液体金属冷却速度快,枝晶臂的间距甚小。 c 枝晶继续生长,凝固层向前推进,液体向枝晶间充填。由于65Mn合金具有较宽的凝固温度范围,故凝固层呈锯齿形起状。 2.2.2 柱状组织形成过程2.2.2 柱状组织形成过程d 凝固将结束,剩余液体金属不足以完全填充枝晶间隙,未被液体充满的枝晶暴露在前沿,形成缩松。 e 具有缩松缺陷的熔核柱状组织断口形貌。 f 优质接头的熔核柱状组织断口形貌。null塑性环(corona bond)塑性环(corona bond)熔核周围具有一定厚度的塑性金属区域称为塑性环,它有助于点焊接头承受载荷。null2.2.3 “柱状+等轴”组织形成过程2.2.3 “柱状+等轴”组织形成过程a 凝固前熔合线上许多晶粒处于半熔化状态,为异质成核结晶提供了有利条件。 b 液态熔核的温度降低,熔合线处液态金属首先处于过冷状态,结果以半熔化晶粒作底面沿<001 >向(2Al2-T4铝合金属立方晶系)长出枝晶束。某些枝晶发生二次轴的熔断、游离和向熔核中心运送。 c 枝晶继续生长,锯齿形的连续凝固层向前推进,液体向枝晶间充填,使枝晶粗化;与热流方向倾斜的技晶束生长受阻,枝晶间距自动调整。 2.2.3 “柱状+等轴”组织形成过程2.2.3 “柱状+等轴”组织形成过程d 液态金用成分过冷越来越大,大量的等轴晶核以树枝晶形态迅速长大,被此相遇,以及与柱状晶的枝晶束相遇后呈现互相阻碍。 凝固即将结束,当剩余液体金属不足以完全充填枝晶间隙时,即将形成缩松缺陷。 e 具有缩松缺陷的熔核“柱状+等轴”组织断口形貌。 f 优质接头的熔核“柱状+等轴”组织断口形貌。nullnull三. 点焊规范参数及其相互关系 三. 点焊规范参数及其相互关系 3.1 焊接循环定义 3.2 点焊焊接参数 3.3 焊接参数间相互关系及选择 3.1 焊接循环定义 3.1 焊接循环定义 焊接循环(welding cycle) : 电阻焊中,完成一个焊点(缝)所包括的全部程序。 1. 焊接循环示意图1. 焊接循环示意图 3.2 点焊焊接参数3.2 点焊焊接参数1. 焊接电流 2. 焊接时间 3. 电极压力 4. 电极头端面尺寸D或R1. 焊接电流1. 焊接电流 焊接时流经焊接回路的电流称焊接电流,焊接电流是最主要的点焊参数。 AB段 曲线呈陡峭段。由于焊接电流小使热源强度不足而不能形成熔核或熔核尺寸甚小。因此焊点拉剪裁荷较低且很不稳定。 nullBC段 曲线平稳上升。随着焊接电流的增加,内部热源发热量急剧增大,熔核尺寸稳定增大,因而焊点拉剪裁荷不断提高;临近C点区域.由于板间翘离限制了熔核直径的扩大和温度场进入准稳态,因而焊点拉剪裁荷变化不大。 C点以后 由于电流过大使加热过于强烈,引起金属过热、喷溅、压痕过深等缺陷,接头性能反而降低。 上图还表明: 焊件越厚BC段越陡峭,即焊接电流的变化对焊点拉剪裁荷的影响越敏感。2. 焊接时间2. 焊接时间定义: 自焊接电流接通到停止的持续时间,称焊接通电时间,简称焊接时间。 点焊时一般在数拾周波(1周波=0.02s)以内。焊接时间对接头力学性能的影响与焊接电流相似(如右图)。 2. 焊接时间2. 焊接时间但应注意二点: ① c点以后曲线并不立即下降,这是因为尽管嫁接尺寸已达饱和。但塑性环还可有一定扩大,再加之热源加热速率较和缓,因而一般不会产生喷溅。 ② 焊接时间对接头塑性指标影响较大,尤其对承受动载或有脆性倾向的材料(可淬硬钢、铝合金等),较长的焊接时间将产生较大的不良影响。 3. 电极压力Fw 3. 电极压力Fw 点焊时通过电极施加在焊件上的压力一般要致千牛(N)。 图16表明,电极压力过大或过小都会使焊点承载能力降低和分散性变大,尤其对拉伸裁荷影响更甚。 当电极压力过小时,造成因电流密度过大而引起加热速度增大而塑性环又来不及扩展,产生严重喷溅。这不仅使焊接形状和尺寸发生变化,而且污染环境和不安全,这是绝对不允许的。 3. 电极压力Fw 3. 电极压力Fw 电极压力过大时使焊接区接触面积增大,总电阻和电流密度均减小,焊接散热增加,因此熔接尺寸下降,严重时会出现未焊透缺陷。 一般认为,在增大电极压力的同时,适当加大焊接电流或焊接时间,以维持焊接区加热程度不变。 压力增大可消除焊件装配间隙、刚性不均匀等因素引起的焊接区所受压力波动对焊点强度的不良影响。 此时不仅使焊点强度维持不变,稳定性亦可大为提高。 4. 电极头端面尺寸D或R4. 电极头端面尺寸D或R电极头是指点焊时与焊件表面相接触时的电极端头部分。 其中D为锥台形电极头端面直径,R为球面形电极头球面半径,h为端面与水冷端距离。 null电极头端面尺寸增大时,由于接触面积增大、电流密度减小、散热效果增强,均使焊接区加热程度减弱,因而熔核尺寸减小,使焊点承载能力降低。 规定:锥台形电极头端面尺寸的增大△D<15%D.同时对由于不断锉修电极头而带来的与水冷端距离h的减小也要给予控制。低碳钢点焊h>3mm,铝合金点焊h>4mm。3.3 焊接参数间相互关系及选择 3.3 焊接参数间相互关系及选择 点焊时,各焊接参数的影响是相互制约的。当电极材料、端面形状和尺寸选定以后,焊接参数的选择主要是考虑以下三点: a 焊接电流 b 焊接时间 c 电极压力 这是形成点焊接头的三大要素,其相互配合可有两种方式。 1. 焊接电流和焊接时间的适当配合 2. 焊接电流和电极压力的适当配合 1. 焊接电流和焊接时间的适当配合1. 焊接电流和焊接时间的适当配合这种配合是以反映焊接区加热速度快慢为主要特 征。 当采用大焊接电流、小焊接时间参数时,称硬规范; 当采用小焊接电流、适当长焊接时间参数时,称软规范。软规范软规范优点: 加热平稳,焊接质量对焊接参数波动的敏感性低,焊点强度稳定 温度场分布平缓,塑性区宽,在压力作用下易变形,可减少熔核内喷溅、缩孔和裂纹倾向 对有淬硬倾向的材料,可减小接头冷裂纹倾向 设备装机容量小,控制精度不高,较便宜 缺点: 易造成焊点压痕深,接头变形大,表面质量差 电极磨损快,生产效率低,能量损耗较大 硬规范硬规范硬规范的特点与软规范基本相反。 硬规范适用于铝合金、奥氏体不锈钢、低碳钢及不等厚度板材的焊接。 软规范较适用于低合金钢、可淬硬钢、耐热合金、放合金等。 调节I、t使之配合成不同的硬、软规范时,必须相应改变电极压力Fw,以适应不同加热速度及不同塑性变形能力的要求。 硬规范时所用电极压力显著大于软规范焊接时的电极压力。 2. 焊接电流和电极压力的适当配合 2. 焊接电流和电极压力的适当配合 这种配合是以焊接过程中不产生喷溅为主要原则,根据这一原则制定的I-Fw关系曲线,称喷溅临界曲线(如图)。 曲线左半区为无喷溅区,这里Fw大而I小,但焊接压力选择过大会造成固相焊接(塑性环)范围过宽,导致焊接质量不稳定。 曲线右半区为喷溅区,因为电极压力不足,加热速度过快而引起喷溅,使接头质量严重下降和不能安全生产。2. 焊接电流和电极压力的适当配合 2. 焊接电流和电极压力的适当配合 当将规范选在喷溅临界曲线附近(无喷溅区内)时,可获得最大熔核和最高拉伸载荷。同时,由于降低了焊机机械功率,也提高了经济效果。 以上讨论的两种情况,其结果常以金属材料点焊焊接参数表、列线图、曲线图和规范尺等形式表现出来,但在实际使用这些资料时均需进行试验修正。四. 点焊时的分流四. 点焊时的分流4.1 定义: 分流(shunting current) :电阻焊时从焊接区以外流过的电流。 4.2 点焊分流的影响因素 4.2 点焊分流的影响因素 1). 焊点距的影响 2). 焊接顺序的影响 3). 焊件表面状态的影响 4). 电级(或二次回路)与工件的非焊接区相接触 5). 焊件装配不良或装配过紧 6). 单面点焊工艺特点的影响 1). 焊点距的影响 1). 焊点距的影响 连续点焊时,点距愈小,板材愈厚,分流愈大。2). 焊接顺序的影响 2). 焊接顺序的影响 已焊点分布在两侧时,由于向两侧分流比仅在一侧时分流要大。 3). 焊件表面状态的影响 3). 焊件表面状态的影响 表面治理不良时,油污和氧化膜等使接触电阻Rc+2Rew增大,因而导致焊接区总电阻R增加,分路电阻却相对减小,结果使分流增大。 表面经仔细清理的钢筋网比表面有锈皮、氧化物的钢筋网点焊时分流要小的多。 4). 电级(或二次回路)与工件的非焊接区相接触4). 电级(或二次回路)与工件的非焊接区相接触这种相碰而引起的分流有时不仅很大,而且由于易烧坏工件其后果往往很严重。5). 焊件装配不良或装配过紧 5). 焊件装配不良或装配过紧 由于非焊接部位的过分紧密接触引起较大的分流。 6). 单面点焊工艺特点的影响6). 单面点焊工艺特点的影响当两焊件为相同板厚时,因分路阻抗小于焊接阻抗,此时分流将大于焊接处所通过的电流。 4.3 分流的不良影响4.3 分流的不良影响1). 使焊点强度降低 2). 单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅 1). 使焊点强度降低1). 使焊点强度降低点距过小引起的分流使焊接区的电流密度减小,因而加热不足,嫁接直径和焊透率随之降低,焊点承载能力下降,严重时产生未焊透。 同时,由于形成分流的偶然因素很多,分流数值很不稳定,因而又造成焊点质量波动很大。2). 单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅。 2). 单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅。 单面点焊由于分流严重会使电极与工件局部接触表面(偏向分流方向的部位)过热,甚至熔化,严重时形成初期表面喷溅(发生在通电焊接的起始阶段)。同时,分流还会引起熔核歪斜(图2-31)并溢出焊件表面而形成晚期喷溅(发生在焊接即将结束之时,采用软规范更为严重)。 初期表面喷溅在单面多点焊时尤为严重,它恶化了劳动条件,增加电极磨损。而且为了去除喷溅遗留下的毛刺,常常不得不打磨毛刺。 4.4 消除和减少分流的措施4.4 消除和减少分流的措施 1). 选择合理的焊点距 2). 严格清理被焊工件表面 3). 注意结构设计的合理性 4). 对开敞性差的焊件,应采用专用电极和电极 握杆 5). 连续点焊时,可适当提高焊接电流 6). 单面多点焊时,采用调幅焊接电流波形 1). 选择合理的焊点距1). 选择合理的焊点距在点焊接头设计时,应在保证强度的前题下尽量加大焊点间距。 2). 严格清理被焊工件表面 2). 严格清理被焊工件表面 3). 注意结构设计的合理性 分流过大的结构必须改变设计。 4). 对开敞性差的焊件,应采用专用电极和电极握杆4). 对开敞性差的焊件,应采用专用电极和电极握杆 在某些情况下,也可在电极或工件悬于相碰的部位临时敷以绝缘布或套管。图26 专用电机和专用电极握杆5). 连续点焊时,可适当提高焊接电流5). 连续点焊时,可适当提高焊接电流对于不锈钢和耐热合金增大5%~10%;对于铝合金增大10~20%。 6). 单面多点焊时,采用调幅焊接电流波形 调幅电流对上焊件的预热作用使分路电阻提高,因而分流减小,改善了初期表面喷溅。 五. 特殊情况的点焊工艺五. 特殊情况的点焊工艺1. 不等厚度及不同材料的点焊 2. 单面点焊 3. 微型件的点焊 4. 胶接点焊与减振钢板点焊 1. 不等厚度及不同材料的点焊 1. 不等厚度及不同材料的点焊 通常条件下,不同厚度和不同材料点焊时,熔核不以贴合面为对称,而向厚板或导电、导热性差的焊件中偏移,其结果使其在贴合面上的尺寸小于该熔核直径。 同时,也使其在薄件或导电、导热性好的焊件中焊透率小于规定数值,这均使焊点承裁能力降低。 1.1 偏移产生的原因1.1 偏移产生的原因熔核偏移的根本原因是焊接区在加热过程中两焊件析热和散热均不相等所致。 偏移方向自然向着析热多、散热缓慢的一方移动。 1.1 偏移产生的原因1.1 偏移产生的原因 : 厚件电阻大析热多,而其析热中心出于远离电极而散热缓慢。薄件糟况正相反。焊接温度场向厚板偏移。 :导电性差的工件电阻大析热多,但散热缓慢,导电性好的材料情况正相反,这同样要造成焊接温度场向导电性差的工件偏移。温度场的偏移则带来熔核的相应偏移。材料不同厚度不同 1.2 克服熔核偏移的措施 1.2 克服熔核偏移的措施 1). 采用硬规范 2). 采用不同的电极 3). 在薄件(或导电、导热性好的焊件)上附加工艺 垫片 4). 焊前在薄件或厚件上预先加工出凸点或凸缘 1).采用硬规范 1).采用硬规范 硬规范时电流场的分布,能更好的反映边缘效应对贴合面集中加热的效果,并且由于焊接时间短使热损失下降,散热的影响相对减小,均对纠正熔核偏移现象有利。 2). 采用不同的电极 2). 采用不同的电极 a)采用不同直径的电极 薄件(或导电、导热性好的焊件)那面采用小直径电极,而厚件(或导电、导热性差的焊件)那面则选择大直径电极。上、下电极直径的不同使温度场分布趋于合理,减小了熔核的偏移。 b)采用不同材料的电极 由于上、下电极材料不同,其散热度不相同。导热性好的材料放于厚件(或导电、导热性差的焊件)那面使其热损失加大,也可调节温度场分布,减小熔核偏移。 2). 采用不同的电极2). 采用不同的电极 c)使用特殊电极 在电极头部加不锈钢环、黄铜套或采用尖锹状电极头均可使焊接电流向中间集中,从面使薄件(或导电、导热性好的焊件)析热强度增加,使温度场分布趋于合理。图28 特殊电极头 a) 加不锈钢环 b)加黄铜套3). 在薄件(或导电、导热性好的焊件)上附加工艺垫片3). 在薄件(或导电、导热性好的焊件)上附加工艺垫片 工艺垫片由导热性差的材料制作,厚度为0.2~0.3mm,有降低薄件(或导电、导热性好的焊件)散热、增加电流密度的作用。 4). 焊前在薄件或厚件上预先加工出凸点或凸缘 进行凸焊或环焊是克服熔核偏移现象的一条很有效的措施。 2. 单面点焊 2. 单面点焊 单面点焊(indirect spot welding) 在点焊中,焊接电流是从焊件的一面导入,并在同一面导向焊接变压器曲成一个回路,以进行焊接。 单面点焊的形式: 1. 2. (1) 单面双点悬空焊 (2) 附加导电垫扳的单面双点焊 (3) 安装辅助电极的单面双点焊 3.单面双点焊单面单点焊单面多点焊 2.1 单面单点焊 2.1 单面单点焊 单面单点焊辅助极端面直径一定要显著大于焊接极,以使其流经焊件的电流密度降低到不足以形成熔核(如图30) 。 2.2 单面双点焊 2.2 单面双点焊 1). 单面双点悬空焊 当二焊件厚度比大于3时,由于上板(薄件)分路阻抗大于焊接阻抗,并且厚板已具有足够刚性,这时可采用悬空焊(图31)。 2). 附加导电垫板的单面双点焊 2). 附加导电垫板的单面双点焊 当二焊件厚度比比较小时,可在厚板下附加铜合金垫板(图32),既增加下板刚性又降低了焊接阻抗(下板与铜垫板相当并联电路),不仅减小分流使焊接过程稳定,同时也提高了电极使用寿命。3). 安装辅助电极的单面双点焊3). 安装辅助电极的单面双点焊在铜垫板上安装辅助电极(图d),有助于焊接区电流密度的集中,当薄件位于下面时尤为显著。 由于使用中仅需修整、更换辅助电极,因而耗铜少、操作方便。2.3 单面多点焊 2.3 单面多点焊 用多个焊接变压器供电,一次可同时点焊多点。 1) 优点: 具有效率高; 节能; 三相电网负载均匀; 焊件变形小等优点。 null2) 用途2) 用途单面点焊用于钢、镍合金、钛合金组合件上,电极这面焊件厚度一般为0.1~3mm,另一面焊件厚度在8mm以下。 由于生产效率高(大约与同时能焊点数成正比)并能焊接只能从一面接近焊接区的结构,因此在汽车、机车、飞机及微电子器件中获得了广泛应用。 与双面点焊相比,单面点焊的规范特点是采用较软的规范(表2-7),但电极压力却应适当提高并选用球面形电极头。 3. 微型件的点焊 3. 微型件的点焊 3.1 微型件定义 3.2 焊接技术要点 3.3 微型件点焊的形式 3.4 微型件点焊中电极头选择3.1 微型件定义 3.1 微型件定义 微型件是指几何尺寸较小的仪表构件、元器件等,其接头组成中至少有一个为厚度或直径≤0.1mm的箔材或丝材,点焊位置空间窄小且材质往往特殊或有镀层(Au、Ag、Ni等),如可伐合金、TiNi合金、钼合金、铍青铜、AgMgNi合金等。 3.2 焊接技术要点 3.2 焊接技术要点 1) 由于焊接热惯性小,点焊时析热少,而散热强烈是其主要特点,在贴合面上难于集中加热,要求焊接电流波形应脉冲幅值大而通电时间极小,控制精度很高,如采用半波点焊、中频逆变式(IGBT)点焊、电容放电点焊等。 2) 从形成接头时焊接区金属所处的相态,可将点焊接头分为两大类:熔化连接和固相连接,这是两种本质不同的连接形式。在通常板厚零件的点焊时,优质接头必须是熔化连接,即要形成一定尺寸的熔核。 但在微型件的点焊接头中却可以有这二种连接形式,并在具体使用条件下,其中一种或两种连接形式的接头皆可为优质接头。固相连接固相连接一般情况下,同种金属材料的微型件点焊接头应选择熔化连接。以下情况可考虑选择固相连接: (1) 易再结晶热脆的金属、如钼及其合金; (2) 熔点相差悬殊的材料,如铝—镍、钼—铜的连接; (3) 热导率极高,熔化连接困难而固相接合温度较低的材料,如银等; null常用金属材料固相可能接合的温度 常用金属材料固相可能接合的温度 3.3 微型件点焊的形式3.3 微型件点焊的形式微型件点焊可采用三种基本形式; 双面点焊 单面点焊 平行间隙焊 平行间隙焊平行间隙焊平行间隙焊是通过一对靠得很近的电极,让电流通过引线形成回路,使引线本身由于电阻加热达到焊接所需温度。应用:可完成小直径(φ<0.15mm)的金、银引线与器件衬底上电极金属化层的焊接,目前广泛应用于梁式引线微波器件上。 3.4 微型件点焊中电极头选择3.4 微型件点焊中电极头选择应充分利用电极头对热平衡的调节作用和尽量减轻和避免电极与焊件表面发生粘附(结)。 要求精心设计电极头的形状、尺寸和耐心选择电极头的金属材料。 电极头工作端材料可为铜及其各种合金(NiCu、Cd、CuZrCu、CrCu、 CrZrCu、AgCu、BeCu、WCu…),结构为可拆卸式(图38)。 null电极头工作端也大量采用镶块复合电极形式,镶块材料可为钨、钼、不锈钢(1Cr18Ni9Ti)高速钢(W18Cr4V)等,基体多采用紫铜(T2)或镉铜(CdCu)。镶法有机械压配、银钎焊等(图39)。null镶块外伸长度h对焊点质量有明显影响(图40),这就表明,在使用中要注意规定允许锉修范围。 为降低焊件与电极金属的粘附(结) ,稳定质量和提高生产率,微型件的点焊有时也往往由凸焊代替。 当零件几何尺寸更加微小时,为获得优质的装配—连接,需采用机械热脉冲焊、载带自动焊、超声键合、金丝球焊、超声金丝球焊等微电子焊接技术。4. 胶接点焊与减振钢板点焊4. 胶接点焊与减振钢板点焊4.1 胶接点焊 1) 定义: 在点焊工艺中采用结构胶粘剂。可使接头性能显著提高, 这种将点焊与胶接两种工艺结合起来的连接方法称为胶接 焊,简称胶焊。 特点: 强度高 质量轻 减振 声学性能好null表3 胶焊、点焊和胶接拉剪试件强度试验结果胶焊接头的静载强度和疲劳寿命均明显高于点焊和胶接接头,尤其疲劳寿命十分优越,原因如下: 胶焊大幅度降低点焊结构中焊点的高应力值,消除了焊接边缘的应力集中,改善了应力分布。 胶焊接头应力分布均匀,外载将由焊点部位与胶接部位共同承担。 胶焊接头中焊点的存在,虽然导致焊点区域有较大的应力值,但焊点具有更高的强度,而断裂往往始于胶层,胶层破坏后,焊点仍然可承担一定的载荷。2) 胶接点焊的方法2) 胶接点焊的方法三种方法: 1. 先涂胶后点焊 2. 先点焊后灌胶 此方法相对工艺简单,多余胶液易于清除,质量容 易保证,故常用。 3. 预置带孔胶带(膜)3) 胶接点焊技术要点3) 胶接点焊技术要点1) 点焊时应选用不宜产生喷溅和接头变形的电流波形(设 备)和焊接参数。 2) 点焊后搭接面应保持平整,便于胶液渗透到整个搭接面 而不产生缺胶现象。 3) 选用流动性良好的胶粘剂,注胶时宜将工件倾斜15°~ 45°。 4) 供先焊后胶的胶粘剂主要为改性环氧胶,有多种牌号, 如425-1、425-2、TF-3、SY201等。 4.2 减振钢板点焊4.2 减振钢板点焊1) 定义: 就是在两层金属板材之间夹一层减震胶放入钢板。 原理: 用导电板构成副导电回路,点焊时先使焊机输出电流I2从工件1的上表面通过导电板流到工件2的下表面,I2产生的电阻热使导电区域的减振胶熔化,待焊处已熔化的减振胶在电极压力的作用下被挤出。导致焊接主回路I1导通,焊接区形成熔核,这就是第1个焊点。 当焊接第2个焊点时,就以第1个焊点构成副导电回路,以此类推。null图43 非导电型减振钢板点焊原理2) 焊接技术要点2) 焊接技术要点1) 副导电回路的导电状况影响到点焊过程是否稳定。 主要因素有回路长度和导电截面大小,因此调整导电板尺寸和位置非常重要,有时可用2个副导电回路(板两端各1个)。 2) 使用球面电极能更好的挤出焊接区的减振胶,有利于保证点焊质量稳定。 3) 减振钢板点焊电流比相同厚度普通低碳钢大15%~30%,且其恒流控制精度应不低于±3%。 六. 常用金属材料的点焊 六. 常用金属材料的点焊 1. 金属材料的点焊焊接性 焊接性(weldability) 用来相对衡量金属材料在一定焊接工艺条件下,实现优质接头的难易程度的尺度。 由于点焊过程是在热—机械(力)联合作用下进行的,其焊接性一般比熔焊工艺条件下好。 例如,钛合金的TIG焊正、反两面均需同时采用氩气保护,而其点焊却可在大气中直接进行。 判断金属材料点焊焊接性的主要标志判断金属材料点焊焊接性的主要标志(1) 材料的导电性和导热性 电阻率小而热导率大的金属材料其焊接性较差。 (2) 材料的高温塑性及塑性温度范围 高温屈服强度大的材料(如耐热合金),塑性温度区间较 窄的材料(如铝合金),其焊接性较差。 (3) 材料对热循环的敏感性 即易生成与热循环作用有关缺陷(裂纹、淬硬组织等) 的材料(65Mn),其焊接性较差。 (4) 熔点高、膨胀系数大、硬度高等的金属材料焊 接性一般也较差。 2. 低碳钢的点焊 2. 低碳钢的点焊 含碳量Wc<0.25%的低碳钢和碳当量CE<0.3%的低合金钢,其点焊焊接性良好,采用普通工频交流电焊机,简单焊接循环,无需特别的工艺措施,可获得满意的焊接质量。点焊技术要点 点焊技术要点 1) 焊前冷轧板表面可不必清理(允许有防锈油膜);热轧板 应去掉氧化皮、锈。 2) 建议采用硬规范焊接,CE大者会产生一定的淬硬现 象,但一般不影响使用。 3) 厚板>3mm时建议选用带锻压力的压力曲线,带预热 电流脉冲或断续通电的多脉冲点焊方式;选用三相低频 焊机焊接等。 4) 低碳钢属铁磁性材料,当焊件尺寸大时应考虑分段调整 规范参数,以弥补因焊件伸入焊接回路过多而引起的焊 接电流减弱。低碳钢点焊焊接参数低碳钢点焊焊接参数典型低碳钢点焊优质接头金相照片典型低碳钢点焊优质接头金相照片3. 可淬硬钢的点焊 3. 可淬硬钢的点焊 可淬硬钢如45、30CrMnSiA、1Cr13、65Mn等,其点焊焊接性差,点焊接头容易产生以下缺陷: 缩松 缩孔 脆性组织 过烧组织 裂纹 不同缺陷产生原因不同缺陷产生原因缩松与缩孔缺陷均产生于熔核凝固过程的后期,分布在贴合面附近,使点焊接头力学性能变坏,尤其引发裂纹后会显著降低焊点持久强度极限; 脆性组织马氏体产生在熔核凝固后的接头继续冷却过程中,当随机回火热处理不适当时,在接头高应力区的板缝附近仍可存在并引发冷裂纹; 由于点焊接头的搭接结构特点和当前点焊质量控制技术水平所限,高应力区(残留)淬硬很难完全避免。不同缺陷产生原因不同缺陷产生原因过烧组织产生在熔核与工件表面之间,是多脉冲回火热处理点焊工艺必须重视的一种缺陷,它不仅使接头抗疲劳性能显著降低,而且使接头的耐蚀性下降; 熔核内裂纹严重时可贯穿贴合面而与板缝相通,它与热影响区产生的冷裂纹一样均是最危险的缺陷,但由于往往是由缩松或缩孔所引发,因而较易解决。点焊技术要点点焊技术要点(1)电极压力和焊接电流选择 在保证熔核直径条件下,焊接电流脉冲值应选择偏小,以使熔核焊透率接近设计值下限(50%~60%为宜),电极压力值应选择较大,为相同板厚低碳钢点焊时的1.5~1.7倍,或采用可予调制的焊接电流脉冲波形(即用热量递增控制以减轻或避免初期内喷溅)。 (2)双脉冲点焊工艺 这种点焊工艺为焊接电流脉冲加1个回火热处理脉冲,配合适当会得到高强度的点焊接头,撕破试验时接头呈韧性断裂,可撕出圆孔。这里应注意,两脉冲之间的间隔时间一定要保证使焊点冷却到马氏体转变点Ms温度以下。同时,回火电流脉冲幅值要适当,以避免焊接区金属加热重新超过奥氏体相变点而引起二次淬火。 双脉冲点焊焊接参数双脉冲点焊焊接参数 (3)多脉冲回火热处理工艺 (3)多脉冲回火热处理工艺 这种点焊工艺为焊接电流脉冲加多个回火热处理脉冲,传统的双脉冲点焊工艺,难以稳定的保证接头组织的充分回火及合理分布,在高应力区马氏体仍有存在(图27,曲线B),出现脆性断口形貌(图28a),力学性能不高; 而采用多脉冲回火点焊工艺能有效而稳定的对接头显微组织和分布予以控制,使高应力区获得充分回火(图27,曲线C),得到韧性断口形貌(图28b),使力学性能,尤其是疲劳性能获得显著提高。同时,由于增加了回火参数的调整裕度,降低了对点焊控制设备精度的要求。65Mn点焊接头显微硬度65Mn点焊接头显微硬度65Mn点焊接头高应力区断口形貌65Mn点焊接头高应力区断口形貌可淬硬钢点焊优质接头金相照片可淬硬钢点焊优质接头金相照片4. 铝合金的点焊 4. 铝合金的点焊 铝合金分类: 冷作强化型3A21(LF21)、5A02(LF2)、6A06(LF6)等。 热处理强化型2A12-T4(LY12CZ)、7A04-T6(LC4CS)等。 铝合金的焊接性均较差。 点焊技术要点点焊技术要点(1)焊前必须按工艺条件仔细进行表面化学清洗,并规定焊前存放时间。 (2)电极一般选用CdCu合金,端面推荐用球面形并注意经常清理,电极应冷却良好。 (3)采用硬规范,焊接电流常为相同板厚低碳钢的4~5倍,因此功率强大的点焊机是焊铝的基本条件。 点焊技术要点点焊技术要点(4)波形选择,除板厚δ<1.2mm的冷作强化型铝合金可 以用工频交流波形点焊外,板厚较大的冷作强化型铝 合金及所有热处理强化型铝合金一律推荐用直流冲击 波、三相低频和直流焊机点焊。 (5)焊接循环,采用缓升、缓降的焊接电流,可起到预热 和缓冷作用;具有阶梯形或马鞍形压力变化曲线可提 供较高的锻压力;高精确度的控制器可保证各程序的 准确性,尤其是锻压力的施加时间。这样的点焊循环 对防止喷溅、缩孔及裂纹等缺陷至关重要。铝合金单相交流点焊焊接参数 铝合金单相交流点焊焊接参数 铝合金直流冲击波点焊焊接参数铝合金直流冲击波点焊焊接参数铝合金在三相点焊机上的点焊焊接参数 铝合金在三相点焊机上的点焊焊接参数 铝合金点焊接头金相照片铝合金点焊接头金相照片5. 不锈钢的点焊 5. 不锈钢的点焊 按钢的组织可将不锈钢分类: 奥氏体型 铁素体型 奥氏体-铁素体型 马氏体型 沉淀硬化型等。 马氏体型不锈钢的带回火双脉冲点焊焊接参数马氏体型不锈钢的带回火双脉冲点焊焊接参数马氏体不锈钢由于可淬硬、有磁性,其点焊焊接性与前述可淬硬钢相近,考虑到该型钢具有较大的晶粒长大倾向,焊接时间参数一般应选择小些。其他不锈钢的点焊其他不锈钢的点焊奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢点焊焊接性良好,尤其是电阻率高(为低碳钢的5~6倍),热导率低(为低碳钢的1/3)以及不存在淬硬倾向和不带磁性(奥氏体-铁素体不锈钢有磁性),因此无需特殊的工艺措施,采用普通交流点焊机、简单焊接循环即可获得满意的焊接质量。 点焊技术要点 点焊技术要点 (1)可用酸洗 、砂布打磨或毡轮抛光等方法进行焊前表面 清理,但对用铅锌或铝锌模成形的焊件必须采用酸洗 方法。 (2)采用硬规范、强烈的内部和外部水冷,可显著提高生 产率和焊接质量。 (3)由于高温强度大、塑性变形困难,应选用较高的电极 压力,以避免产生喷溅和缩孔、裂纹等缺陷。 (4)板厚大于3mm时,常采用多脉冲焊接电流来改善电极 工作状况,其脉冲较点焊等厚低碳钢时要短且稀。这 种多脉冲措施亦可用后热处理。 不锈钢的点焊焊接参数不锈钢的点焊焊接参数不锈钢点焊优质接头金相照片不锈钢点焊优质接头金相照片6. 镀层钢板的点焊 6. 镀层钢板的点焊 镀层钢板分类: 镀锌板 镀铝板 镀铅板 镀锡板 贴塑板等。 其中贴聚氯乙烯塑料面钢板焊接时,除保证必要的强度外,还应保证贴塑面不被破坏,因此必须采用单面点焊和较短的焊接时间,在大多数的情况下,焊件均设计成凸焊结构。 null由于低熔点镀层的存在,不仅使焊接区的电流密度降低,而且使电流场的分布不稳定(图32);若增大焊接电流又进一步促进了电极工作端面铜与镀层金属形成固溶体及金属间化合物等合金,加快了电极粘损和镀层的破坏。 同时,低熔点的镀层金属会使熔核在结晶过程中产生裂纹和气孔。因此,镀层钢板合适的点焊参数范围窄,接头强度波动大,电极修整频繁,焊接性较差。 null点焊技术要点点焊技术要点(1)需要比普通钢板点焊更大的焊接电流和电极压力,约 提高1/3以上。 (2)电极材料应选用CrZrCu合金或弥散强化铜,或镶钨复 合电极(图33),并允许采用内部和外部的强烈水冷 却。同时,电极的两次修磨间的焊点数应仅为低碳钢 时的1/10~1/20。 (3)在结构允许条件下改用凸焊是一行之有效的措施,再 配之以缓升或直流焊接电流波形会进一步提高焊接质 量。 (4)点焊时应采取有效的通风措施,以防止锌、铅等元素 的金属蒸汽和氧化物尘埃对人体健康的侵害。镀层板焊接参数 镀层板焊接参数 7. 高温合金的点焊 7. 高温合金的点焊 高温合金又称耐热合金,目前生产中主要用于点焊的是固溶强化型高温合金,对时效沉淀强化型耐热合金的点焊也有应用。 高温合金点焊焊接性一般。 其中沉淀强化型高温合金焊接性比固溶强化型高温合金差, 铁基固溶强化合金的焊接性又比镍基固溶强化合金差。 由于高温合金比不锈钢具有更大的电阻率、更小的热导率和更大的高温强度,故可用较小的焊接电流,但需更大的电极压力。点焊技术要点 点焊技术要点 (1)电极可选用高温强度好的材质,如BeCoCu合金。 (2)注意焊前应仔细去除焊件表面油污、氧化膜,最好是 酸洗处理,清理不良时会产生结合线伸入缺陷。 (3)采用软规范、大电极压力,板厚大于2mm时最好施加 缓冷脉冲和锻压力。 有助于减小喷溅倾向,保证焊接区所必须的塑性变形,避免熔核 中疏松、缩孔及裂纹等内部缺陷的产生。 (4)加强冷却和尽量避免重复加热焊接区,否则易 产生熔核中的结晶偏析、热影响区胡须组织和 局部熔化等缺陷。 (5)推荐采用球面电极,尤其在板厚较大时。 高温合金的点焊焊接参数 高温合金的点焊焊接参数 高温合金点焊接头金相照片高温合金点焊接头金相照片8. 钛合金的点焊 8. 钛合金的点焊 钛及钛合金是一种优良的金属材料,点焊结构中主要用于两类: α型钛合金(TA7等) α+β型钛合金(TC4等) 由于其热物理性能与奥氏体不锈钢近似,故点焊焊接性良好,点焊时亦不需要保护气体。 点焊技术要点 点焊技术要点 (1)一般可不进行表面清理,当表面氧化膜较厚时可进行 化学清理:硝酸45%、氢氟酸20%、水35%混合液, 或氟酸20%、硫酸30%、水50%混合液中(室温)浸 蚀2~3min,然后用流动冷水冲洗干净。 (2)电极应选用CrZrCu、BeCoCu、NiSiCrCu合金,球面 形工作端面,内部水冷和必要时附加外部水冷。 (3)采用硬规范并配以较低的电极压力,以避免产生凸 肩、深压痕等外部缺陷。 (4)点焊时冷却速度高,会产生针状马氏体(α′相)组 织,使硬度提高韧性下降。因此对α型钛合金建议采 用焊后退火处理;对α+β型钛合金可采用带回火双 脉冲点焊工艺。 钛合金的点焊焊接参数 钛合金的点焊焊接参数 钛合金点焊接头金相照片 钛合金点焊接头金相照片 9. 铜合金的点焊 9. 铜合金的点焊 铜及铜合金可分类 纯铜 黄铜 青铜 白铜等 其中纯铜、无氧铜、磷脱氧铜点焊焊接性很差(不推荐),黄铜一般,青铜较好,白铜较优良。 点焊技术要点点焊技术要点(1)铜和高电导率的铜合金点焊时必须采用防止大 量散热的电极。 一般用钨、钼镶嵌型或铜钨烧结型电极(嵌块直径通常为3~4 mm),有时也可采用在电极与工件表面加工艺垫片的措施;相 对电导率小于纯铜30%的铜合金点焊时,可采用CdCu合金电极。 (2)应采用直流冲击波和电容放电型点焊电源进行 焊接。 (3)注意减小分流(如加大点距和搭边宽度等)、 喷溅和防止电极表面粘结并及时修整。铜合金的点焊焊接参数比较表 铜合金的点焊焊接参数比较表 典型铜合金点焊优质接头金相照片 典型铜合金点焊优质接头金相照片 10. 镁合金的点焊 10. 镁合金的点焊 镁合金由于具有密度低、比强度及比刚度高、导热性和电磁屏蔽性好、阻尼性能优秀、可以回收利用等优点,被认为是21世纪最有应用潜力的“绿色材料”。 目前,在点焊结构中实际应用的主要是变形镁合金(MB2等)。 镁合金点焊焊接要点基本与铝合金相同。镁合金点焊焊接参数镁合金点焊焊接参数镁合金点焊接头金相照片 镁合金点焊接头金相照片 作 业作 业1. 请叙述点焊的特点、分类和应用场合。 2. 以低碳钢为例,说明点焊接头形成过程。 3. 点焊的规范参数有哪些,试述其选择原则。 4. 试述影响分流的主要因素以及减少分流的措 施。null 谢 谢!
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分类:工学
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