对压焊认识与展望

对压焊认识与展望班级：材成113姓名：龙维峰学号：5901211125摘要：压焊是焊接科学技术的重要组成之一，种类繁多，广泛应用于航天、航空，原子能、信息工程等工业部门。统计资料表明，用压焊完成的焊接量占世界总焊接量的1/3,并继续增加关键字：压焊未来发展原理功能压焊是指利用焊接时施加一定压力而完成焊接的方法，压力焊是典型的固相焊接方法，固相焊接时必须利用压力使待焊部位的表面在固态下直接紧密接触，并使待焊接部位的温度升高，通过调节温度，压力和时间，使待焊表面充分进行扩散而实现原子间结合。众所周知，焊接过程的本质就是通过适当的物理—化学过程，使两个分离端面的金属原子接近到晶格距离（0.3-0.5），形成金属键，从而使金属连为一体，达到焊接目的。这一适当的物理—化学过程，在压焊中是通过对焊接区施加一定的压力而实现的。压力的大小同材料的种类、所处温度、焊接环境和介质有关，而压力的性质可以是静压力、冲击压力或爆炸力。在少数压焊过程中（点焊、缝焊等），焊接区金属融化并同时被施加压力：加热—熔化—冶金反应—凝固—固态相变—形成接头，类似于熔焊的一般过程。但是，由于有压力的作用，提高了焊接接头的质量。在多数压焊过程中，焊接区金属仍处于固相状态依赖于在压力（不加热或伴以加热）作用下经过塑形变形、再结晶和扩散等过程而形成接头。这里强调了压力对形成接头的主导作用；但是对加热可促进焊接过程的进行和更易于实行焊接，也应予以充分注意。因为加热可以提高金属的塑性，降低金属的变形阻力，显著减小所需压力。同时加热又能增加金属原子的活动能力和扩散速度，促进原子间的相互作用。例如，铝在室温下其对界断面的变形度要达到60%以上才可以实现焊接，而当接端面被加热至400摄氏度时，则只需8%的变形度就可以实现焊接。当然，此时所施加的压力已将大幅度降低。压力与加热温度之间存在一定的关系，焊接区金属加热的温度越低，实现焊接所需压力就越大。一般来说，这种固相焊接接头的质量，主要取决于对口表面氧化膜（室温下其厚度为1-5mm）和其他不洁物在焊接过程中被清除的程度，并总是与接头部位的温度、压力、变形和若干场合下的其他因素有关。压焊主要包括：电阻焊、高频焊、扩散焊、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊、变形焊、气压焊、磁力脉冲焊、旋弧焊，电阻焊认识与展望。其中电阻焊是最为普遍和常用的，电阻焊是工件组合后通过电极施加压力，利用电流通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，属压焊。电阻焊主要包括：点焊、缝焊、凸焊、对焊、高频对接缝焊。它的物理本质是利用焊接区本身的电阻热和大量塑性变形能量，使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离形成金属键，在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点、焊缝、或对接焊头。电阻焊是一种焊接质量稳定，生产效率高，易于实现自动化、机械化的连接方法，广泛应用于汽车、航空航天、电子、家用电器等领域。高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。扩散焊：是指将两个待焊工件紧压在一起，并置于真空或保护气氛炉内加热，使两焊接表面微小的不平处产生微观塑性变形，而达到紧密接触，在随后的加热保温中，原子间相互扩散而形成冶金连接的焊接方法，通常这类扩散焊称为固相扩散焊。前三个都是其中之一，只是加不加助剂，没有确切的定义。过渡液相扩散（TLP）：在待焊表面间加一层有利于扩散的中间材料，该材料在加热保温中熔化，并形成少量的液相，这些液相金属可填充缝隙，也使液相中的某些元素向母材扩散，最后形成冶金连接。相变超塑性扩散（TSB）：，即在相变点上、下附近施以循环温度而获得的异乎寻常的塑性，正是基于这种原理，将两块接触的材料在超塑性流变条件和高扩散能力的作用下，使接触面完全粘和，得到牢固的接头。摩擦焊是焊前，待焊的一对工件中，一件夹持于旋转夹具，称为旋转工件，另一件夹持于移动夹具，称为移动工件。焊接时，旋转工件在电机驱动下开始高速旋转，移动工件在轴向力作用下逐步向旋转工件靠拢，两侧工件接触并压紧后，摩擦界面上一些微凸体首先发生粘接与剪切，并产生摩擦热。随着实际接触面积增大，摩擦扭矩迅速升高，摩擦界面处温度也随之上升，摩擦界面逐渐被一层高温粘塑性金属所覆盖。此时，两侧工件的相对运动实际上已发生在这层粘塑性金属内部，产热机制已由初期的摩擦产热转变为粘塑性金属层内的塑性变形产热。在热激活作用下，这层粘塑性金属发生动态再结晶，使变形抗力降低，故摩擦扭矩升高到一定程度(前峰值扭矩)后逐渐降低。随着摩擦热量向两侧工件的传导，焊接面两侧温度亦逐渐升高，在轴向压力作用下，焊合区金属发生径向塑性流动，从而形成飞边，轴向缩短量逐渐增大。随摩擦时间延长，摩擦界面温度与摩擦扭矩基本恒定，温度分布区逐渐变宽，飞边逐渐增大，此阶段称之为准稳定摩擦阶段。在此阶段，摩擦压力与转速保持恒定。当摩擦焊接区的温度分布、变形达到一定程度后，开始刹车制动并使轴向力迅速升高到所设定的顶锻压力此时轴向缩短量急骤增大，并随着界面温度降低，摩擦压力增大，摩擦扭矩出现第二个峰值，即后峰值扭矩。在顶锻过程中及顶锻后保压过程中，焊合区金属通过相互扩散与再结晶，使两侧金属牢固焊接在一起，从而完成整个焊接过程。在整个焊接过程中，摩擦界面温度一般不会超过熔点，故摩擦焊是固态焊接。对其他特种焊接就不一一介绍。压焊具有悠久的历史，随着经济进步和社会发展，新材料，新产品的不断涌现。一些老的压焊方法逐渐退出了焊接领域，而一些新方法又萌生并迅速发展。在科学技术飞速发展的当今时代，压焊已经成功地完成了自身的蜕变。很少有人注意到这个过程何时开始，何时结束。但它确确实实地发生在过去的某个时段。我们今天面对着这样一个事实：焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。剖析现代的压焊，我们不难发现其愈发显现出的几大特征：1，压焊显现了极高的技术含量和附加值在人类社会步入21世纪的今天，焊接已经进入了一个崭新的发展阶段。当今世界的许多最新科研成果、前沿技术和高新技术，诸如：计算机、微电子、数字控制、信息处理、工业机器人、激光技术等，已经被广泛地应用于焊接领域，这使得压焊的技术含量得到了空前的提高，并在制造过程中创造了极高的附加值。2，压焊已成为关键的制造技术压焊作为组装工艺之一，通常被安排在制造流程的后期或最终阶段，因而对产品质量具有决定性作用。正因为如此，在许多行业中，焊接被视为一种关键的制造技术。3，压焊已成为现代工业不可分离的组成部分在工业化最发达的美国，压焊被视为“美国制造业的命脉，而且是美国未来竞争力的关键所在”。其主要根源就是基于这样一个事实：许多工业产品的制造已经无法离开焊接技术的使用。在人类发展史上留下辉煌篇章的三峡水利工程、西气东输工程以及“神舟”号载人飞船，哪个没有采用焊接结构？以西气东输工程项目为例，全长约4300公里的输气管道，焊接接头的数量竟达35万个以上，整个管道上压焊的长度至少1万5千公里。离开压焊，简直无法想象如何完成这样的工程，如果将压焊比喻为我们生命中的阳光、空气和水难免会感到夸张，但勿容质疑的一点却是：压焊今天已经深深地溶入了现代工业经济中，并在其中显现了十分重要、甚至是不可替代的作用。参考文献：《压焊方法及设备》机械工业出版社冯吉才赵熹华编著