焊接工艺教材

焊接培训教材焊接工艺基础1第一节焊接工艺概述一、焊接技术的发展从人类的发展角度来看，所以的知识都是劳动人民智慧的结晶。焊接技术作为知识长河中的一朵浪花，同样也是与千千万万的劳动人民的辛勤劳作息息相关的。早期的焊接，是把两块熟铁（钢）加热到红热状态以后用锻打的方法连接在一起的锻接；用火烙铁加热低熔点铅锡合金的软钎焊，已经有几百年甚至更长的应用历史了；但是，在目前工业生产中广泛使用的焊接方法几乎都是19世纪末、20世纪初的现代科学技术，特别是电子工业技术迅速发展以后所带来的现代工业的产物，这些焊接方法与金属切削加工、压力加工、铸造、热处理等其他金属加工方法一起构成的金属加工技术是现代一切机器制造工艺，其中包括汽车、船舰、飞机、航天、原子能、石油化工、电子等工业部门的基本生产工艺。可以毫不夸张地说，没有焊接方法的发展，就不会有现代工业和科学的今天，同样，没有我们焊装车间，就没有奇瑞的今天。1885年俄国人别那尔道斯发明了碳极电弧可以看作是电弧作为工业热源应用的创造。而电弧焊真正应用于工业则是在1892年发现金属极电弧后，特别是1930年前后出现了薄皮和厚皮焊条以后才逐渐开始的。电阻焊是1886年由美国人发明的，它的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的作用还是微不足道的，当时造船、锅炉、飞机等制造工业基本上还是铆焊方法。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、飞机等产品的发展要求，因此自从1930年以后，电弧焊和电阻焊就逐渐取代铆焊，成为机器制造工业中的一种基本加工工艺。到目前为止，已经发展为20多种基本焊接方法，派生方法就更多了。由此可见，从电弧焊和电阻焊的大量应用算起，至现代焊接方法只有半个多世纪的历史。50年来正是现代工业和科学技术发展的年代，特别是航天、原子能、电子、石油化工、海洋开发等部门迅猛发展的时代。一方面：这些工业和科学技术的发展不断啊提出了各种使用要求（动载、强韧性、高压、高温、低温、耐腐蚀、耐磨损等），各种结构形式（壁厚式截面直径从几微米到几千毫米）及各种黑色和有色金属材料的焊接问题。例如：造船和海洋开发工业的发展；要求解决各种耐高、低温及耐腐蚀介质的压力容器的焊接。另一方面：现代工业和科学的大量成就又成为焊接方法的发展提供了宽广的技术基础，焊接方法就是在现代工业和科学技术推动下相辅相成地蓬勃发展起来的，80年代还进行了太空焊接试验，在现代还进行了水下焊接实验，可以预料，随着工业和科学技术的不断发展、焊接也必定有新的跃进！随着现代技术的发展，焊接技术的发展也有了新的趋向：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）、功能材料：c)设备上：自动化、机械化、智能化d)微观上：高性能、高生产率焊接培训教材焊接工艺基础2二、焊接本质和分类金属等固体所以能保持固定的形状是因为内部原子之间间距（晶格）十分小，原子之间形成了牢固的结合力，除非施加足够的外力破坏这些原子间结合力，否则，一块固体金属是不会变形或分离成两块的。要实现两个分离的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的构件的连接表面上的原子彼此接近到金属的晶格距离金属等固体所以能保持固定的形状是因为其内部原子之间距（晶格）十分小，原子之间形成牢固的结合力。除非施加足够的外力破坏这些原子间结合力，否则，一块固体金属是不会变形或分离成两块的。要使两个分离的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的连接表面上的原子彼此接近到金属晶格距离。在一般情况下，当我们把两个金属构件放在一起时；由于①表面的粗糙度，即使是精密磨削加工的金属表面粗糙度仍然有几到几十微米（1μm=10-8mm1A=10-10mm）;②表面存在的氧化膜和其他污染物阻碍着实际金属表面原子之间接近到晶格距离并形成结合力。目前找到的基本途径，就形成了焊接的基本分类。焊接分类（按照形成晶格距离连接的途径）：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本焊接方法电阻点、缝焊电阻对焊冷压焊超声波焊压力焊接爆炸焊焊接培训教材焊接工艺基础3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）电阻焊定义与分类：电阻焊是工件组合后通过电极施加压力，利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊的两个显著特点：一是焊接的热源是电阻热，故称电阻焊；二是焊接时需要加压力，故属于压焊。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影响接触电阻的因素：（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：一般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。wwcR总ew被焊工件电极电极ew电阻焊的用途：主要用于板材的连接，并承受一定的应力凸焊的用途：低碳钢和低合金钢的板件、螺母、螺钉的连接，并承受一定的应力（二）电阻焊的原理电阻焊的热源是电流通过焊接区产生电阻热。根据焦耳定律，总热量：Q=I2RT焊接培训教材焊接工艺基础4R总——焊接区总电阻Rew——电极与焊件之间接触电阻Rw——焊件内部电阻Rc——焊件之间接触电阻2)点焊时的电流场和电流密度的特点a)电流线在两焊件的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，因而将首先出现塑性连接区，保证熔核正常生长；c)通过选择不同的焊接电流波形、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，以达到控制熔核形状及位置的目的。3）电阻的特性研究表明，接触电阻Rc+2Rew所产生的热量约占总热量的10%左右；而而焊件内部电阻2Rw所产生的热量约占总热量的90%左右。4）电阻的热平衡热平衡方程：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的热量；Q2——通过电极热传导而损失的热量；Q3——通过焊件热传导而损失的热量；Q4——通过对流、辐射散失到空气介质中的热量；点焊时Q1≈（10～30）%Q，Q2≈（30～50）%Q，Q3≈20%Q，Q4≈5%Q，因此，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，形成焊点的电阻焊方法。点焊（spotwelding）：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。以下为点焊的效果图和点焊的原理图焊接培训教材焊接工艺基础5（二）点焊的设备（三）组成部分悬挂式点焊机按结构来分主要分为三大部分：，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。悬挂式点焊机的命名方式：Ⅰ、控制部分：悬挂式点焊机的控制部分主要是一台微电脑控制箱，它具有存储、输出数据的功能。悬挂式点焊机的所有的参数都是由它来控制的。在它的侧面有一个接入口，通过它的外接数据编程器可以对所需要的参数进行设定，以达到所需要的焊接效果。并且控制着它的休止时间、预压时间、加压时间、回程时间四个动作的时间。Ⅱ、变压器部分：悬挂式点焊机的变压器部分主要是一台水冷式变压器，它的功能主要是将380V的电压变为23.8V的电压。焊接培训教材焊接工艺基础6Ⅲ、工作部分：悬挂式点焊机的工作部分主要是通水电缆和焊钳。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的工具，分为“X”型和“C”型两种，通过焊钳，我们将最终需要的结果—焊接点焊接起来。焊钳型号表示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的热量。为什么会产生热量呢？我们就要了解焊钳的工作原理。悬挂式点焊机又称压力焊，是通过两钳臂的电流短路（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，产生的热量是惊人的，从而达到融化工件的变压器焊接培训教材焊接工艺基础7效果，但同时在电缆和焊钳部分也会产生热量，为保证焊机的正常工作，所以我们就要用循环水来冷却焊接时产生的高温。电路：首先是380v的电压通过一次电缆进入变压器后，将其变为24V的安全电压，然后再经过二次电缆到达焊钳的两臂后，在焊接时就形成了一条焊接回路。气路：首先是管路里的高压气体通过软管进入附在变压器上的气动三联件中的油水分离器中，过滤高压空气中的杂质，然后经过气动三联件中的调压阀，根据需要调节气压的大小(气压为0.4~0.6MPa)，再经过气动三联件中的油雾器，将油雾器里的油带到高压空气管道里，在一个电磁阀的动作下，带油的高压空气不仅推动焊钳气缸动作同时也润滑了气缸。此外，悬挂式点焊机还有一个重要的附件。那就是平衡器。平衡器是利用其内部一个卷曲的弹簧的向上的卷曲力，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。（四）设备工作原理图平衡器焊接培训教材焊接工艺基础8（五）点焊的工艺知识1、点焊焊接循环——电阻焊中，完成一个焊点（缝）所包括的全部程序。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间。1预压阶段：由电极开始下降到焊接电流开始接通之间的时间，这一时间是为了确保在通电之前电极压紧工件，并使工件间有适当的压力，为焊接电流顺利通过做好必要的准备。预压时采用锥形电极并选择合适的锥角效果较好。预压力的大小及预压时间应根据板料性质、厚度、表面状态等到条件进行选择。焊接阶段：焊接电流通过工件并产生熔核的时间，焊接阶段是整个焊接循环中最关键的阶段。通电加热时，在两焊件接触面的中心处形成椭圆形熔化核心（如图1）与此同时熔化核心周围金属达到塑性温度区，在电极压力的作用下形成将液态金属核心紧紧包围攻的塑性环。2、防止液态金属在加热和压力的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。在加热和散热这一对矛盾的不断作用下，焊接区温度场不断向外扩展，直至熔化核心（焊核）的形状和尺寸达到设计要求。21(1—熔化核心2—塑性环)焊接培训教材焊接工艺基础9飞溅是点焊较易产生的缺陷之一，分为内部飞溅和外部飞溅两种。如果加热速度过快，两焊件接触面中心被急剧加热的金属气化，而周围塑料环尚未形成，气化金属便以飞溅的形式喷向板间缝隙称为前期内部飞溅（指熔化核心尚未形成发前的飞溅）。形成最小尺寸的熔核后，继续加热，熔核和塑性不断的向外扩展，当熔核沿径向的扩展速度大于塑性环扩展速度时，则产生后期内部飞溅。如果熔化核心轴向增长过高，在电极压力的作用下，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，而且较大的飞溅易形成毛刺，使核心液态金属减少，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，尽量避免产生飞溅。锻压阶段：又称冷却结晶阶段。当建立起必要的温度场，得到符合要求的熔化核心后，焊接电流切断，电极继续加压，熔核开始冷却结晶，形成具有足够强度的点焊焊点，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。通电焊接必须在电极压力达到工艺要求95%F后进行，否则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。电极抬起必须在电流全部切断之后，否则，电极与工件间将产生火花、拉弧甚至烧穿工件。为了改善焊接接头性能，有时顺在基本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的间隙，使之紧密贴合。（2）增加预热脉冲提高金属的塑性，使工件易于紧密贴合（3）加大锻压力以压实熔核，防止产生，防止产生裂纹和缩孔。采用回火或缓冷脉冲消除合金钢的淬火组织，提高接头的力学性能，可在不加大锻压力的条件下，防止裂纹和缩孔。使工点焊四个焊接程序加压程序焊接程序维持程序休止程序2、点焊的