常用金属材料的点焊

常用金属材料的点焊金属材料焊接性焊接性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。判断金属材料点焊焊接性的主要标志：1．材料导电性与导热性决定焊点的形状、尺寸，结晶特点及近缝区组织变化；2、材料高温塑变能力塑变能力差的材料焊接时，易出现裂纹等不允许的缺陷；3、材料对热循环的敏感性易生成与热循环作用有关缺陷的材料，其焊接性较差；4、熔点与线膨胀系数熔点高，线膨胀系数大的金属材料、其焊接性一般较差。低碳钢的点焊特点焊接性介绍这类钢的点焊焊接性良好，焊接参数范围宽。在常用厚度范围内(0.5—3.0mm)一般无需特殊措施，采用单相工频交流电源，简单焊接循环即可获得满意结果。低碳钢的焊接技术要点试板清理：冷轧板焊前无需专门清理，热轧板则必需清除表面上的氧化层、锈蚀等杂质。如经冲压加工，则需清除冲压过程中沾上的油污。电极：选用中等电导率、中等强度的Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金电极。焊机与焊接参数–如设备容量许可，建议采用硬的焊接参数，以提高热效率和生产率，并可减少变形。–表面清理质量较差或冲压精度较差而刚度较大时，可考虑采用调幅电流(渐升)或加预热电流的措施来减少飞溅。–板厚超过3mm时，焊接电流较大，通电时间较长。为改善电极工作条件，可采用多脉冲焊接电流。可淬硬钢的点焊特点焊接性介绍这类钢的碳当量大于0.3%，淬硬性很强，一般在调质状态下应用。这类材料有碳钢(如45，50)，合金钢(如65Mn，30CrMnSiA，2Crl3)等。这类钢在点焊热循环作用下，熔核和邻近熔核的热影响区易产生马氏体组织，硬度高，脆性大；当接头应力较高时如厚板点焊时有可能产生冷裂纹；在离熔核较远处则因加热至超过回火温度而软化；可淬硬钢点焊时因强度高易发生前期飞溅，厚板点焊时易产生缩孔和疏松等缺陷。可淬硬钢焊接技术要点试板清理：与低碳钢相同电极：这类钢的热物理性能接近低碳钢，高温强度适中，一般采用Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金电极。焊机与焊接参数–材料在退火状态点焊：–厚度小于3mm时可采用单脉冲软的焊接参数，通电时间约为同厚低碳钢点焊时的3-4倍，电极压力为同厚度低碳钢点焊时1.5-1.7倍，电流需相应减小；但板厚较大时，常采用带缓冷双脉冲点焊工艺。–当板厚大于3mm时建议采用增大顶锻力的加压方式，顶锻力约为焊接时电极压力的2-2.5倍。可淬硬钢焊接技术要点–材料在调质状态钢点焊：应采用带回火双脉冲的点焊工艺。带回火双脉冲点焊的工艺是指在焊接之后待焊件冷却到完成马氏体转变之后再使其局部回火的工艺。两脉冲的间隔时间不能太短以免一次加热不能冷却到Ms点以下。–厚板材料在调质状态钢点焊：采用多脉冲回火热处理工艺（马氏体组织须充分回火，并降低焊接应力）。为防止疏松、裂纹等缺陷，当板厚大于3mm时，也采用增大顶锻力的加压方式。带回火双脉冲点焊的组织分布示意图不锈钢的点焊特点焊接性介绍不锈钢按组织可分为奥氏体型、马氏体型、铁素体型三类。奥氏体型与铁素体型不锈钢易于点焊。马氏体型不锈钢焊后硬度高、性能脆，焊接时需精确控制焊接参数，焊后常需作热处理，焊接性与可淬硬钢接近。奥氏体型不锈钢的电阻率为低碳钢的4-7倍，热导率仅为低碳钢的1／2—1／3。可用较小的焊接电流、较短的通电时间进行点焊。不锈钢的高温强度与硬度远比低碳钢高，因此必须采用比焊低碳钢时高得多的电极压力来避免飞溅和缩孔。电极材料亦需选用高温硬度高的材料．以免严重压馈。不锈钢焊接技术要点试板清理：可用酸洗、砂布打磨或毡轮抛光等方法进行焊前表面清理电极与冷却：电极压力应提高40%-80%，为此需采用软化温度高、硬度高的材料作电极。一般推荐Be-Co-Cu合金电极，尤其当点焊较厚板时，电极的冷却极为重要，可采用外水冷却。焊机与焊接参数：1）为保证耐晶间腐蚀的性能，应尽量减少在敏化温度区停留（450-850度），宜选用硬的焊接参数，焊接时间一般比相同厚度低碳钢短些。2）因电阻率大、热导率小，焊接电流可比相同厚度低碳钢小些。不锈钢焊接技术要点4）前点对后点的分流现象比点焊相同厚度低碳钢板时小，最小点距可减小。5）线膨胀系数比低碳钢约大15%，易变形，应尽量采用较小的熔核直径，一般推荐不大于板厚的4倍。强度不够宁可增加点数。6）当板厚大于3mm的奥氏体不锈钢点焊时，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短且稀。这种多脉冲措施亦可用于后热处理。镀层钢板的点焊特点焊接性介绍镀层钢板主要有镀锌板、镀铝板、镀铅板、镀锡板和贴塑板。镀层钢板点焊的难点在于：1）镀层金属熔点低，早于钢板熔化。熔化的镀层金属流人缝隙，增大接触面．降低电流密度，因此需增大电流。2）镀层金属与电极在升温时往往能组成固溶体或金属间化合物等合金.一旦发生上述现象，电极端部的导电、导热性能下降，温度进一步上升，加速电极的粘污损坏，同时亦破坏了零件的镀层。3）镀层金属如进入熔化的钢质熔池将产生结晶裂纹和气孔，因此需在钢板熔化前把镀层挤出焊接区。4）贴塑板焊接时，除保证必要的强度外还应保正贴塑面不被破坏，因此必须采用单面点焊和较短时间焊接，在大多数情况下采用凸焊。镀层钢板焊接技术要点试板清理：不需清理电极与冷却：采用Cr-Zr-Cu合金电极或弥散强化电极。要加强冷却，允许外水冷。二次修磨间的焊接点数仅为焊低碳钢时的1／10-1／20。薄板(1.2mm)点焊时可采用嵌钨电极。焊机与焊接参数：与等厚低碳钢相比电流应增大30%-50%，镀层熔点越低，增加越多。电极压力则增大30%即可；电极粘污，是产生质量问题的主要原因。故在结构允许条件下改用凸焊是解决电极粘污的最佳方案；采用缓升或直流波形较好；锌、铅等元素的金属蒸气和氧化物尘埃对人体有毒，需加强通风。铝及铝合金的点焊焊接性介绍铝及铝合金的电阻率低(低碳钢的1／4-1／2)．热导率高(低碳钢的2.4倍)。焊接时需采用大电流焊接，通电时间要短，以免散热过多。一般需要焊接等厚低碳钢时的4-5倍电流，通电时间则约为焊接等厚低碳钢的1／10。铝及铝合金在空气中容易生成致密的氧化膜，因此焊前必须很好清理。清理以化学法为佳．清理后应在短期内完成焊接以免再次氧化。与纯铝相比，铝合金的优良塑性变形温度区窄，线膨胀率大，因此须精确控制焊接参数才能避免裂纹和缩孔。铝及铝合金焊接技术要点试板清理：铝及铝合金焊前必须严格清理。推荐用化学法清理工件以保证接触电阻值稳定。清理后应及时焊接，存放期不应大于72h。电极与冷却：采用电阻率低的Cd-Cu合金球面电极。焊接时必须加强水冷，有条件时可采用外加水冷以提高电极寿命。电极粘损是影响电极寿命的主要因素，要频繁地用细砂布清理电极工作面。在要求严格的场合，每几十个焊点甚至几个焊点就需清理一次。焊机与焊接参数：采用硬的焊接参数，大容量焊机。当板厚较小时，尚可采用单相工频交流电源，但大厚度及要求高的铝合金构件一般采用低频半波焊接工艺。大容量电容放电点焊机常用于点焊纯铝。厚板点焊建议采用变压式加压工艺(加顶锻力)。钛合金的点焊焊接性介绍钛合金密度小，抗拉强度大，耐蚀性好，热强性及低温韧性均优，所以广泛应用于航空、宇航和化工领域。钛合金热物理性能与奥氏体不锈钢近似，但比奥氏体不锈钢有更高的电阻率和更小的热导率，因此可采用较小容量的焊机焊接。钛在高温时大量吸收氧、氮、氢而脆化，电弧焊时需特殊保护措施，但点焊时熔化金属处于塑性壳内与大气隔绝，故焊接性甚好，一般不需保护气体。钛合金焊接技术要点试板清理：一般可不进行表面清理，但表面氧化膜较致密时可进行化学清理。电极与冷却：用高温硬度好的Cr-Cu、Cr-Zr-Cu或Be-Co-Cu合金电极，可进行内外水冷。焊机与焊接参数：钛合金的线膨胀系数仅为奥氏体不锈钢的l/2，热导率又小，所以焊接性好且表面不易过热，焊接过程中即使焊透率高达90%也不致产生飞溅。其高温强度低于奥氏体不锈钢的高温强度，可采用比点焊相同厚度奥氏体不锈钢时低的电极力，以避免产生凸肩、深压痕。点焊时冷却速度很高，会产生针状马氏体组织，使硬度提高、韧性下降。因此对α+β型钛合金(TC4)可以采用带回火双脉冲。点焊后的变形较难矫正，故需正确考虑点焊次序，尽量减小变形。高温合金的点焊焊接性介绍高温合金具有很好的高温强度与热稳定性，广泛应用于航天、航空工业。高温合金具有比奥氏体不锈钢更大的电阻率、更小的热导率和更高的高温强度，故可用较小的焊接电流，但需更大的电极压力。高温合金焊接技术要点试板清理：高温合金表面氧化膜致密性好，为防止形成结合线伸入等缺陷，必须加强表面清理工作。电极与冷却：用高温硬度好的Be-Co-Cu合金电极。加强冷却，尽量避免反复加热，以减少近缝区出现“胡须”状缺陷的机会。焊机与焊接参数：采用软的焊接参数、大的电极压力，以提高电极压力的压实效果。在有条件时应采用加大顶锻力的焊接参数，以减少飞溅、防止产生裂纹、疏松和缩孔等缺陷。铜及铜合金的点焊焊接性介绍•铜及铜合金分为：纯铜、黄铜、青铜和白同•铜的导电和导热性能极好、因此焊接性很差。•一般认为纯(紫)铜极难点焊，不能凸焊和缝焊。某些铜合金由于加入合金元素后导电、导热性能下降很多，硬度也有所提高，故已成功地进行了点焊和凸焊。铜及铜合金焊接技术要点电极与冷却：铜和高电导率的铜合金点焊时，需采用防止大量散热的电极，一般推荐用钨、钼镶嵌型或铜钨烧结型电极，相对电导率小于纯铜30%的铜合金点焊时可采用Cd-Cu合金电极。焊机与焊接参数：适当加大点距与搭边量，以防止过大的分流和飞溅。推荐采用电容放电型焊接电源，以获得峰值高、脉宽窄的电流波形。点焊过程中的缺陷飞溅飞溅包括前期飞溅、后期飞溅和外部飞溅前期飞溅金属熔化过程中，如果加热过急，而周围塑性环还未形成时，被急剧加热的接触点由于温度上升极快使内部金属气化，当内压力过大时便以飞溅形式向板间缝隙喷射，这种现象称为前期飞溅(指熔化核心尚未形成以前的飞溅)。后期飞溅形成最小尺寸熔核后，继续加热，热场不断扩展，熔化金属与塑性区温度的等温线也在不断向外扩展，当熔化核心沿径向r的扩展速度大于塑性区变形速度时则产生后期飞溅。外部飞溅如果熔化核心轴向增长过高，在电极压力作用下也可能冲破塑性环向表面喷射形成外部飞溅。危害：降低接头力学性能结合线伸入产生条件：当焊接高温合金或铝合金时，如清理不佳，表面将残留过厚的熔点高、致密且硬的氧化膜。定义：在熔核形成过程中，这层氧化膜未彻底破碎，残留在焊件表面，不但在塑性环区界面存在，而且在焊接时可能进入熔合区，且限制了枝晶的生长，在熔核边缘形成突入熔核的晶界夹杂物，称结合线伸人。危害：结合线伸人处存在应力集中，极易在运行时扩展成裂纹，一般不允许存在。裂纹•裂纹的类型：结晶裂纹（在熔核内部）、液化裂纹（熔核边缘的半熔化区）•热裂纹一般发生在铝合金和镍基合金的点焊中。•结晶裂纹金属凝固过程中，随作温度下降，枝晶不断长大，结晶固相金属所占比例相当大，核心中剩下的液态金属大为减少。这时，电极对核心内部所加压力，大部分为已结晶的枝晶所吸收，因此，用于使液态金属补充到枝叉缝隙中去的能量被减少，而液态金属自由流动的阻力却在增大。随着温度不断下降，拉伸变形在增加，当拉伸变形量一旦超过材料的允许值时则形成结晶裂纹。裂纹液化裂纹紧靠熔化核心边缘的金属层为半熔化区，金属被加热到固—液相之间的温度晶粒失去原有轧制状态，急剧长大，晶界面积相对减小，界面合金成分浓度被提高。因加热速度极快，晶粒边界合金成分来不及向晶内扩散，在半熔化区，甚至热影响区都会形成富合金成分的暗色网状晶粒边界。晶粒边界在低于材料固相线温度时就开始熔化，冷却中容易形成热影响区裂纹。结晶裂纹液化裂纹防止裂纹的措施1）熔化核心凝固时，成倍地提高电极压力，以使金属冷却中的电极压力所造成的塑性变形速度始终大于材料在冷却收缩中的变形增长率。因为用压缩变形去抵消拉伸变形减弱了部分内应力，降低了热裂纹倾向。2）在凝固开始后，对焊接区再给予小幅度附加电流(50-