鋁合金的點(diǎn)焊工藝

1、1 1 鋁合金的焊接技術(shù)特點(diǎn) 由于鋁合金所具有的獨(dú)特的物理、化學(xué)性能，使其在焊接過程中有以下幾大特點(diǎn)：1.1 極強(qiáng)的氧化能力極強(qiáng)的氧化能力 鋁合金與氧的親和力很大，在空氣中極易與氧化合在其表面生成致密 的、厚度約為0.1m的氧化膜(Al2O3) ，其熔點(diǎn)極高（約2050）、密度大(3.954.10kg/m),屬于難熔物質(zhì)，焊接時(shí)會(huì)阻礙金屬之間的良好結(jié)合，導(dǎo)致未焊透“焊縫夾渣”不熔合現(xiàn)象，且由于氧化膜吸附大量水分，容易使焊縫產(chǎn)生氣孔 。1.2 高的熱導(dǎo)率和導(dǎo)電性高的熱導(dǎo)率和導(dǎo)電性 鋁合金具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容，比熱容比鋼約大2倍，導(dǎo)熱性約大3倍。因此焊接時(shí)為保證良好熔合，必須采用能量集中、功

2、率大的熱源，有時(shí)需采用預(yù)熱等工藝措施。經(jīng)驗(yàn)表明：相同焊接速度下，焊接鋁合金的熱輸入量要比焊接鋼材大23 倍。1.3 線膨脹系數(shù)大線膨脹系數(shù)大 鋁的線膨脹系數(shù)約比鋼大2倍，因此，在拘束條件下焊接時(shí)易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力和變形!或在脆性溫度區(qū)間內(nèi)導(dǎo)致熱裂紋， 生產(chǎn)中常采用調(diào)整焊絲成分的方法防止裂紋的產(chǎn)生。1.4 高溫下的強(qiáng)度和塑性低高溫下的強(qiáng)度和塑性低 鋁合金焊接接頭強(qiáng)度低于母材，即有軟化現(xiàn)象。焊接接頭力學(xué)性能較難保證，抗拉強(qiáng)度低，塑性不足，是鋁合金應(yīng)用的一大障礙。1.5 加熱時(shí)無(wú)色澤變化加熱時(shí)無(wú)色澤變化 鋁合金從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，無(wú)明顯的顏色變化，這給焊接操作者帶來不少困難。2 壓焊 壓焊是在加壓條

3、件下，使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。 常用的壓焊工藝是電阻對(duì)焊，當(dāng)電流通過兩工件的連接端時(shí)，該處因電阻很大而溫度上升，當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時(shí)，在軸向壓力作用下連接成為一體。壓焊可分為：電阻焊、凸焊、電阻點(diǎn)焊、縫焊、熱壓焊、冷壓焊、爆炸焊等。 此次我以電阻點(diǎn)焊為對(duì)象，簡(jiǎn)單介紹其焊接工藝。2.1 清洗清洗 清洗是表面準(zhǔn)備的第一步，可以使用工業(yè)溶液去除材料表面上的油類、污物或標(biāo)記。無(wú)論是點(diǎn)焊、縫焊或凸焊，在焊前必須進(jìn)行工件表面清理，以保證接頭質(zhì)量穩(wěn)定。鋁合金表面進(jìn)行除油處理時(shí)，可以利用稀釋劑、汽油、石油醚、三氯乙烯和全氯乙烯等有機(jī)溶劑將其浸泡清洗，或用浸有這些溶劑的清潔布擦洗。2.2 氧

4、化膜的清除氧化膜的清除 材料表面上的氧化膜不能用上述有機(jī)溶劑清除，必須用機(jī)械或化學(xué)的方法進(jìn)行清除?；瘜W(xué)方法： 用酸或堿溶解材料表面，也可以與除油工序同時(shí)進(jìn)行。 最常用的方法是:在510的氫氧化鈉溶液(約7）中浸泡3060s后用清水沖洗，然后在約15的硝酸水溶液(常溫)中浸泡約2min，用清水沖洗后，再用溫水沖洗干凈，最后進(jìn)行干燥處理。最好在臨焊前進(jìn)行化學(xué)清理，即使集中清理，也應(yīng)只清理當(dāng)天能夠焊完的預(yù)定數(shù)量。在這種情況下。材料的坡口表面臨焊前最好也用鋼絲刷進(jìn)行清理。機(jī)械方法： 當(dāng)產(chǎn)量很小，或組合件的尺寸不允許用化學(xué)方法還原氧化物時(shí)，使用機(jī)械的方法去除氧化物。 機(jī)械方法有機(jī)械切削、吹砂處理或用于鑄

5、件的噴丸處理和銼刀、細(xì)鋼絲刷以及鋁絲絨清理等方法。 為防止損傷工件表面，鋼絲直徑不得超過0.2mm，鋼絲長(zhǎng)度不得短于40mm，刷子壓緊于工件的力不得超過520N，而且清理后須在不超過23h內(nèi)進(jìn)行焊接。手工或電動(dòng)的細(xì)鋼絲刷清理方法是最常用的方法。3 電阻點(diǎn)焊方法 點(diǎn)焊通常分為雙面點(diǎn)焊和單面點(diǎn)焊兩大類。3.1 單面點(diǎn)焊： 電極由工件的同一側(cè)向焊接處饋電。典型的單面點(diǎn)焊方式如圖2所示。圖中1a為單面單點(diǎn)點(diǎn)焊，不形成焊點(diǎn)的電極采用大直徑和大接觸面以減小電流密度。 圖中1b為無(wú)分流的單面雙點(diǎn)點(diǎn)焊，此時(shí)焊接電流全部流經(jīng)焊接區(qū)。 圖中1c為有分流的單面雙點(diǎn)點(diǎn)焊，流經(jīng)上面工件的電流不經(jīng)過焊接區(qū)，形成分流。為了

6、給焊接電流提供低電阻的通路，在工件下面墊有銅墊板。 圖中1d為當(dāng)兩焊點(diǎn)的間距l(xiāng)很大，例如在進(jìn)行骨架構(gòu)件和復(fù)板的焊接時(shí)，為了避免不適當(dāng)?shù)募訜嵋饛?fù)板翹曲和減小兩電極間電阻，采用了特殊的銅橋A與電極同時(shí)壓緊在工件上。 3.2 雙面點(diǎn)焊： 電極由工件的兩側(cè)向焊接處饋電。典型的雙面點(diǎn)焊方式如圖2所示。圖中2a是最常用的方式。這時(shí)，工件的兩側(cè)均有電極壓痕。 圖中2b表示用大接觸面積的導(dǎo)電板做下電極，這樣可以消除或減輕下面工作的壓痕，常用于裝飾性面板的點(diǎn)焊。 圖2c為，同時(shí)焊接兩個(gè)或多個(gè)焊點(diǎn)的雙面點(diǎn)焊，使用一個(gè)變壓器而將各電極并聯(lián)。這時(shí)，所有電流通路的阻抗必須基本相等，而且每一焊接部位的表面狀態(tài)，材料厚度

7、、電極壓力都必須相同，才能保證通過各個(gè)焊點(diǎn)的電流基本一致。 圖中2d為采用多個(gè)變壓器的雙面多點(diǎn)點(diǎn)焊，這樣可以避免1c的不足。 3.3 銅芯棒的點(diǎn)焊：銅芯棒的點(diǎn)焊： 采用銅芯棒的點(diǎn)焊是單面點(diǎn)焊的特殊形一個(gè)點(diǎn)，也可焊兩個(gè)點(diǎn)。這種形式特別適于點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)空間狹小，電極難于或根本不能接近的工件。 圖3a中的芯棒實(shí)際是一塊幾毫米厚的銅板。圖3b、c是同類工件的兩種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)b不如結(jié)構(gòu)c，因?yàn)榍罢咄ㄟ^工件2的分流，不經(jīng)過兩工件的接觸面，會(huì)減少焊接區(qū)的產(chǎn)熱，因而需要增大焊接電流，這樣就會(huì)增加工件2與兩電極間接觸面的產(chǎn)熱，并且可能使工件燒穿。當(dāng)芯棒斷面較大時(shí)，為了節(jié)約銅料和制作方便，可以在夾布膠木或硬木制成的芯棒

8、上包覆銅板或嵌入銅棒(圖3d、e)。 由于芯棒與工件的接觸面遠(yuǎn)大于電極與工件的接觸面，熔核將偏向與電極接觸的工件一側(cè)。如果兩工件的厚度不同，將厚件置于芯棒接觸的一側(cè)，則可減輕熔核偏移程度。由于芯棒與工件的接觸面遠(yuǎn)大于電極與工件的接觸面，熔核將偏向與電極接觸的工件一側(cè)。如果兩工件的厚度不同，將厚件置于芯棒接觸的一側(cè)，則可減輕熔核偏移程度。 當(dāng)需要在封閉容器上焊接工件，而芯棒又無(wú)法伸入容器時(shí)，可以用Zn、Pb、A1或其他較被焊金屬熔點(diǎn)低的金屬填滿整個(gè)容器后進(jìn)行焊接(圖3f)。當(dāng)容器壁厚較大時(shí)，也可以用砂子或石蠟等不導(dǎo)電材料作為填料。焊接應(yīng)采用強(qiáng)條件，以免長(zhǎng)時(shí)間加熱使低熔點(diǎn)金屬或石蠟熔化，導(dǎo)致電極壓

9、塌工件。 在大量生產(chǎn)中，單面多點(diǎn)點(diǎn)焊獲得廣泛應(yīng)用。這時(shí)可采用由一個(gè)變壓器供電，各對(duì)電極輪流壓住工件的形式(圖4a)，也可采用各對(duì)電極均由單獨(dú)的變壓器供電，全部電極同時(shí)壓住工件的形式（圖4b）。后一形式具有較多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用也較廣泛。其優(yōu)點(diǎn)有：各變壓器可以安置得離所連電極最近，因而其功率及尺寸能顯著減速??；各個(gè)焊點(diǎn)的工藝參數(shù)可以單獨(dú)調(diào)節(jié)；全部焊點(diǎn)可能同時(shí)焊接，生產(chǎn)率高；全部電極同時(shí)壓住工件，可減少變形；多臺(tái)變壓器同時(shí)通電，能保證三相負(fù)載平衡。 3.4 不等厚度和不同材料的點(diǎn)焊不等厚度和不同材料的點(diǎn)焊 熔核偏移：當(dāng)進(jìn)行不等厚度或不同材料的點(diǎn)焊時(shí)，熔核將不對(duì)稱于其交界面，而是向厚件或?qū)щ?、?dǎo)熱性差的一邊

10、偏移。 偏移的結(jié)果將使薄件或?qū)щ姟?dǎo)熱性好的工件焊透率減小，焊點(diǎn)強(qiáng)度降低。熔核偏移是由兩工件產(chǎn)熱和散熱條件不相同引起的。厚度不等時(shí)，厚件一邊電阻大、交界面離電極遠(yuǎn)，故產(chǎn)熱多而散熱少，致使熔核偏向厚件；材料不同時(shí)，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性差的材料產(chǎn)熱易而散熱難，故熔核也偏向這種材料，見圖5，圖中p為電阻率。a)不等厚度(12) b)不同材料(12) 調(diào)整熔核偏移的原則：增加薄件或?qū)щ姟?dǎo)熱性好的工件的產(chǎn)熱面減少其散熱，常用的方法有采用不同接觸表面直徑或球面半徑的電極在薄件或?qū)щ姟?dǎo)熱性好的工件。采用不同的電極材料薄件或?qū)щ姡瑢?dǎo)熱性好的工件一側(cè)采用導(dǎo)熱性較差的銅合金，以減少這一側(cè)的熱損失。采用工藝墊片在薄件或

11、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好的工件一側(cè)墊一塊由導(dǎo)熱性較差的金屬制成的墊片(厚度為0.20.3mm)，以減少這一側(cè)的散熱。 采用強(qiáng)條件-因通電時(shí)間短，使工件間接觸電阻產(chǎn)熱的影響增大，電極散熱的影響降低，有利于克服核心偏移。 3.5 點(diǎn)焊接頭形式點(diǎn)焊接頭形式 點(diǎn)焊通常采用搭接接頭和折邊接頭（圖6）。接頭可以由兩個(gè)或兩個(gè)以上等厚度或不等厚度的工件組。在設(shè)計(jì)點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮電極的可達(dá)性，即電極必須能方便地抵達(dá)構(gòu)件的焊接部位。同時(shí)還應(yīng)考慮諸如邊距、搭接量、點(diǎn)距、裝配間隙和焊點(diǎn)強(qiáng)度等因素。 a）搭接接頭b）折邊接頭e-點(diǎn)距b-邊距 表1 接頭的最小搭接量（單位：mm）表2 焊點(diǎn)的最小點(diǎn)距（單位：mm）4 鋁合金的電

12、阻點(diǎn)焊原理 鋁合金的電阻點(diǎn)焊過程如圖6所示。在一個(gè)焊接循環(huán)中，首先將工件裝配好并施加電極壓力；然后通以電流，由于電流流經(jīng)工件時(shí)產(chǎn)生電阻熱，兩工件間界面上的材料受熱發(fā)生熔化形成熔核；一段時(shí)間后，撤去電流，熔核凝固形成焊點(diǎn)實(shí)現(xiàn)連接，電極壓力需繼續(xù)保持一段時(shí)間以保證焊接質(zhì)量；最后，撤去電極壓力，焊接循環(huán)結(jié)束。 由于電極發(fā)熱，鋁合金電阻點(diǎn)焊過程中，電極需冷卻。圖6電阻點(diǎn)焊示意圖5 焊接特性 與電弧焊相比，電阻點(diǎn)焊具有殘余應(yīng)力低、焊接變形小、焊接速度快、操作簡(jiǎn)便易掌握、產(chǎn)生的飛濺、煙塵及氣體少等優(yōu)點(diǎn)。但鋁合金的以下特點(diǎn)會(huì)使得其焊接規(guī)范的選擇較困難。 a. 導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好,必須采用大電流、短時(shí)間 通電的方法。 b. 凝固收縮率大（約6%7%）有些合金易產(chǎn)生縮孔和裂紋等缺陷。 c. 表面氧化膜的電阻高，當(dāng)通入大的焊接電流時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致飛濺的產(chǎn)生。 d. 在高溫下會(huì)急劇軟化。 為了保證點(diǎn)焊的質(zhì)量，要制定并遵守正確的焊接程序和焊接規(guī)范，在生產(chǎn)過程中，還要有常規(guī)的檢查程序。 a 剝離試驗(yàn)。焊接參數(shù)要周期性地進(jìn)行檢查，用與工件相同材質(zhì)和厚度的試樣，像工件一樣進(jìn)行焊接來核實(shí)焊機(jī)的調(diào)整是否正確。 b 目視。通過目視來確定電極粘連、表面燒熔、裂紋、滑移和過大的壓痕等缺陷，這是主要的檢查方法。還可用塞尺來確定板材的分離情況。 c 破壞性試驗(yàn)。主要用