对焊

3.对焊对焊的应用一、电阻对焊焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法；主要适用于断面小于250mm2的丝材、棒材、板条和厚壁管材的接长。1、电阻对焊的电阻R=Rc+2RwRc=rc‘/Fwα变化值rt’=Rc（1-（t‘/t）1/2）rt’—t’瞬时的接触电阻；t’—某瞬时间；t—焊接时间2Rw=mρT2l/Sm—趋表效应系数l—焊件的调伸长度S—焊件的截面积工件与电极之间的接触电阻由于阻值小，且离接合面较远，通常忽略不计2、加热特点：焊件内部电阻起主要作用，接触电阻析热量占总析热量的110-15%，但由于热量集中在对口，使对口接合面温度迅速提高，从而使变形集中，有利于焊接。电阻对焊温度场可看成由2Rw所产生的电阻热使焊接区加热到T1，由Rc产生的电阻热使接合面处金属加热到T2。电阻对焊对口处焊接温度Tw通常为焊件金属材料熔点Tm的0.8-0.9倍，属固相接头。3、焊接循环预压：作用与点焊相同，但接口接触表面上压强小，作用不如点焊充分；加热：首先是接触点被加热压溃而使接触表面紧密贴合，随着通电加热的进行，在压力作用下焊件发生塑性变形，动夹具位移量增大。若在空气中加热，金属将被强烈氧化，对口中易生成氧化夹杂。顶锻：有等压的和加大锻压力的两种。前者加压机构简单，便于实现。后者有利于提高焊接质量，主要用于合金钢，有色金属及其合金的电阻对焊，为了获得足够的塑性变形和进一步改善接头质量，还应设置电流顶锻程序。a、等压式b、变压式电阻对焊时，两工件始终压紧，当端面温升高到焊接温度Tw时，两工件端面的距离小到只有几个埃，端面间原子发生相互作用，在接合上产生共同晶粒，从而形成接头。4、规范参数（1）调伸长度l即工件伸出夹钳电极端面的长度。选择调伸长度时，要考虑两个因素：顶锻时工件的稳定性和向夹钳的散热。l过长，则顶锻时工件会失稳旁弯。l过短，则由于向钳口的散热增强，使工件冷却过于强烈，会增加塑性变形的困难。对于直径为d的工件，一般低碳钢：l=(0.6-1)d，铝和黄铜：l=(1-2)d，铜：l=（1.5-2.5)d。（2）焊接电流I和焊接时间t在电阻对焊时，焊接电流常以电流密度j来表示。j和t是决定工件加热的两个主要参数。二者可以在一定范围内相应地调配。可以采用大电流密度、短时间（强条件），也可以采用小电流密度、长时间（弱条件）。但条件过强时，容易产生未焊透缺陷；过软时，会使接口端面严重氧化、接头区晶粒粗大、影响接头强度。jt1/2=Ku’×103Ku’系数：钢当d10mm,取10；d10mm，取8铝取20，铜取27（3）焊接压力Fw与顶锻压力FuFw对接头处的产热和塑性变形都有影响。减小Fw有利于产热，但不利于塑性变形。因此，易用较小的Fw进行加热，而以大得多的Fu进行顶锻。但是Fw也不能过低，否则会引起飞溅、增加端面氧化，并在接口附近造成疏松。Fu常以单位压力p表示，等压式电阻对焊中，焊钢pw=pu=20-40MPa，焊有色金属pw=pu=10-20MPa；变压式电阻对焊中，焊钢pw=10-15MPa，焊有色金属pw=1-8MPa5、工件准备电阻对焊时，两工件的端面形状和尺寸应该相同，以保证工件的加热和塑性变形一致。工件的端面，以及与夹钳接触的表面必须进行严格清理。端面的氧化物和赃物将会直接影响到接头的质量。与夹钳接触的工件表面的氧化物和赃物将会增大接触处电阻，使工件表面烧伤、钳口磨损加剧，并增大功率损耗。清理工件可以用砂轮、钢丝刷等机械手段，也可以用酸洗。电阻焊接头中易产生氧化物夹杂。对于焊接质量要求高的稀有金属、某些合金钢和有色金属时，常采用氩、氦等保护氛来解决。6、获得优质接头的基本条件（1）端面焊接温度Tw=0.8-0.9Tm，端面严格清理；（2）对口及邻近区域必须产生足够的塑性变形，标志为：Ku=Sb/Sf=2-3Ku--截面系数Sb—焊后对口处截面积Sf—焊前焊件端面面积（3）焊缝中不应有氧化夹杂。氧化夹杂是固相连接中的危险缺陷。电阻对焊虽有接头光滑、毛刺小、焊接过程简单等优点，但其接头的力学性能较低，对工件端面的准备工作要求高，因此仅用于小断面（小于250mm2）金属型材的对接。二、闪光对焊1、接头形成2、加热特点析出的电阻热：接触电阻Rc即为两焊件端面间液体金属过梁的总电阻，其大小取决于同时存在的过梁数、其横截面面积以及各过梁上电流线收缩所引起的电阻增加，可由下面经验公式确定：k——考虑钢材性质的系数，对于碳钢、低合金钢，k＝1；对于奥氏体钢，k＝1.1；S——焊件的截面积（cm2）；υf——闪光速度（cm/s）；j——电流密度（A/mm2）。动态接触电阻rc较大并在闪光过程中始终存在，随着闪光过程的进行，零件的接近速度加大、过梁数目和横截面积增大，导致rc减小；焊件内部动态电阻2rw由于闪光时的加热而增大，但始终小于rc。同时，由于rc的降低超过2rw的增加，故总电阻r呈下降趋势。顶锻开始时由于两零件端面相互接触，液态过梁突然消失，因而r急剧下降，以后的变形规律同于2rw。由于电阻的上述特点，故在闪光对焊时接触电阻Rc对加热起主要作用，其产生的热量约点总析热量的85％～90％。闪光对焊加热终了时的温度分布如图。闪光过程中焊件逐层地被烧掉，对口及邻近区域温度升高，曲线A表示对口端面的温度变化规律；曲线族B表示不同烧化量时沿焊件长度获得的温度分布。当连续闪光进行到△f′时沿焊件长度的温度场进入准稳态，理论上此时即可转入顶锻阶段，但由于毛坯加热的不均匀性及端面下料误差等因素，实际焊接中还应将闪光继续进行，达到工艺上所要求的闪光留量△f（△f比△f′大50％～100％）；预热闪光对焊，通过预热提高了焊件端面温度，减小温度梯度并使闪光很快进入准稳态（△f″△f′），加热终了时其温度分布也比较平缓。3、焊接循环连续闪光对焊焊接循环由闪光、顶锻、保持、休止程序组成，其中闪光、顶锻两个连续阶段组成连续闪光对焊接头形成过程，而保持、休止等程度则是对焊操作中所必须的。预热闪光对焊，是在上述焊接循环中增设有预热程序（或预热阶段）。预热方法有两种：电阻预热和闪光预热。图中是电阻预热的闪光对焊焊接循环。（1）闪光阶段闪光指从焊件对口间飞散出闪亮的金属微滴现象，其实质是液体过梁不断形成和爆破过程，并在此过程中析出大量的热。闪光作用：A、加热焊件，热源主要来源于液体过梁的电阻热以及过梁爆破时部分金属液滴喷射在对口端面上所带来的热量；B、烧掉焊件端面上的赃物和不平，降低对焊前端面的准备要求；C、液体过梁爆破时产生金属蒸汽及气体（CO、CO2等）减少空气对对口间隙的侵入，形成自保护；同时，金属蒸汽及液滴被强烈氧化而减小了气体介质中氧的分压；D、闪光后期在端面上形成的液体金属层，为顶锻时排除氧化物和过热金属提供有利条件。为获得优质接头，闪光阶段结束时应做到：①对口处金属尽量不被氧化要求闪光应进行得稳定而又激烈，尤其应控制好从闪光后期至顶锻开始瞬间闪光不能中断和应有更高频率的过梁爆破。同时，也应控制好闪光过程中工件不应产生短路，否则将使端面局部过热；②在对口及其附近区域获得一合适的温度分布，即对口端面加热均匀；沿零件长度获得合适的温度分布；端面上有一层较厚的液态金属层。（2）顶锻阶段顶锻作用：A、封闭对口间隙，挤平因过梁爆破而留下的火口；B、彻底排除端面上的液体金属层，使焊缝中不留铸造组织；C、排除过热金属及氧化夹杂，造成洁净金属的紧密贴合；D、使对口和邻近区域获得适当的塑性变形，促进焊缝再结晶过程。顶锻阶段由有电顶锻和无电顶锻两部分组成，有电顶锻使端面液态金属不致过早冷却，使对口加热区保持一定深度，对大截面焊件尤其重要。（3）预热阶段钢预热温度800-900℃。预热的作用：A、减少需用功率，可在较小容量的焊机上对焊大截面焊件；B、加热区域较宽，使顶锻时易于产生塑性变形，并能降低焊后冷却速度，有利于可淬硬金属的焊接；C、缩短闪光加热时间、减小闪光量，既可节约金属，对管材还能减小毛刺。为获得优质接头，预热阶段结束时，沿整个焊件端面（尤其是展开形焊件，例如板材等）应得到均匀的预热，并达到所需的温度值（例如，对于钢为1073～1173K）。4、闪光对焊接头特点闪光对焊接头也是固相接头，但形成过程有自身特点：A、闪光结束时端面已形成液体金属层，但随着顶锻的进行，对口中的液体金属将不断排除；B、对口处加热温度高，范围小，顶锻时塑性变形集中、变形度相对增加，可产生高的局部为错差值，促进接头形成中的再结晶发生。5、焊件准备焊件准备包括：端面几何形状、焊件端头的加工和表面清理。闪光对焊时，两焊件对接面的几何形状和尺寸应基本一致，圆形焊件直径差不超过15％，方形焊件和管形焊件尺寸差不超过10％。焊件断面大时，可将其中一个焊件端部倒角，使电流密度增大，易于激发闪光。6、闪光对焊焊接参数及选择闪光对焊焊接参数选择适当时，可以获得几乎与母材等性能的优质接头。主要焊接参数有：闪光阶段：调伸长度、闪光留量、闪光速度、闪光电流密度；顶锻阶段：顶锻留量、顶锻速度、顶锻力、夹紧力；预热阶段：预热温度、预热时间。（1）调伸长度l焊件从静夹具或活动夹具中伸出的长度，又称调置长度。它的作用是保证必要的留量（焊件缩短量）和调节加热时的温度场，可根据焊件断面和材料性质选择：A、l＝（0.7～1.0）d(d为圆材直径或方材边长)；B、l＝（4～5）δ（δ为板材厚度，δ＝1～4mm）；C、异种材料闪光对焊，l的选择见下表：（2）闪光留量△f闪光对焊时，考虑焊件因闪光而减短的预留长度，又称烧化留量。它是一重要加热参数，可使沿焊件长度获得合适的温度分布，应根据材料性质、焊件截面尺寸和是否采取预热等因素来选择。通常，△f约点总留量△（△f+△u）的70％～80％，△u为顶锻留量；预热闪光焊时△f可缩短到（1/3～1/2）△。（3）闪光速度υf在稳定闪光条件下，即为零件的瞬时接近速度，亦是动夹具的瞬时进给速度，又称烧化速度。它是一加热参数，只要按事先给定的动夹具位移曲线S变化，即可获得最佳加热效果。S应为S＝Kftb式中Kf——系数，低碳钢0.5～1.5，高合金钢2.5～3.0；t——闪光时间；b——指数，低碳钢为2.0，高合金钢为2.5。低碳钢连续闪光对焊时，平均闪光速度为0.8～1.5mm/s，顶锻前闪光速度为4～5mm/s。预热闪光对焊时，平均闪光速度为1.5～2.5mm/s。（4）闪光电流密度jf（或二次空载电压U20）jf对加热有重大影响，在实际生产中是通过调节U20来实现的，U20一般在1.5～14V之间。其选择原则：保证稳定闪光条件下尽量选用较低的U20。同时，jf的选择又与焊接方法、材料性质和焊件截面尺寸等有关，例如，连续闪光对焊导电导热性良好的材料，展开形截面的焊件，jf应取高值；预热闪光对焊大截面焊件，jf应取低值。（5）顶锻留量△u闪光对焊时，考虑两焊件因顶锻缩短而预留的长度称顶锻留量。它影响液态金属、氧化物的排出及塑性变形程度，通常△u略大些有利，可根据材料性质、焊件截面尺寸等因素来选择。通常，△u约点总留量△的20％～30％，其中有电顶锻量约为无电顶锻量的0.5～1.0倍；焊铝合金时△u值比焊同截面尺寸钢时约大50％。同时，小截面或薄壁铝件焊接时，为避免过热还应限制其有电顶锻时间不应超过0.06s。（6）顶锻速度υu闪光对焊时，顶锻阶段动夹具的移动速度称顶锻速度，它是获得优质接头的重要参数。足够高的υu能迅速封闭对口端面间隙、减少金属氧化，在高速状态下可较容易的排除液态金属和氧化夹杂，使纯净的端面金属紧密贴合，促进交互结晶。如υu较小，不仅使半合间隙和塑性变形所需时间增长，而且由于对口金属温度早已降低，导致去除和破坏氧化膜变得困难。υu的最小平均值：对低碳钢为60～80mm/s；对高合金钢为80～100mm/s；对铝合金为150～200mm/s；对铜为200～300mm/s。随着顶锻速度增加，顶锻压力Pu亦可降低。（7）顶锻力Fu闪光对焊时，顶锻阶段施加给焊件端面上的力，常用单位面积上压力Pu来表示。它主要