常用金屬材料的點焊

1、常用金屬材料的點焊第1頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三金屬材料焊接性焊接性用來相對衡量金屬材料在一定焊接工藝條件下，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)接頭的難易程度。判斷金屬材料點焊焊接性的主要標(biāo)志： 1材料導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性 決定焊點的形狀、尺寸，結(jié)晶特點及近縫區(qū)組織變化； 2、材料高溫塑變能力 塑變能力差的材料焊接時，易出現(xiàn)裂紋等不允許的缺陷； 3、材料對熱循環(huán)的敏感性 易生成與熱循環(huán)作用有關(guān)缺陷的材料，其焊接性較差； 4、熔點與線膨脹系數(shù) 熔點高，線膨脹系數(shù)大的金屬材料、其焊接性一般較差。第2頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三低碳鋼的點焊特點焊接性介紹這類鋼的點焊焊接性良好，

2、焊接參數(shù)范圍寬。在常用厚度范圍內(nèi)(0.53.0mm)一般無需特殊措施，采用單相工頻交流電源，簡單焊接循環(huán)即可獲得滿意結(jié)果。第3頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三低碳鋼的焊接技術(shù)要點試板清理：冷軋板焊前無需專門清理，熱軋板則必需清除表面上的氧化層、銹蝕等雜質(zhì)。如經(jīng)沖壓加工，則需清除沖壓過程中沾上的油污。電極：選用中等電導(dǎo)率、中等強度的Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金電極。焊機(jī)與焊接參數(shù)如設(shè)備容量許可，建議采用硬的焊接參數(shù)，以提高熱效率和生產(chǎn)率，并可減少變形。表面清理質(zhì)量較差或沖壓精度較差而剛度較大時，可考慮采用調(diào)幅電流(漸升)或加預(yù)熱電流的措施來減少飛濺。板厚超過3mm時，焊

3、接電流較大，通電時間較長。為改善電極工作條件，可采用多脈沖焊接電流。第4頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三第5頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三可淬硬鋼的點焊特點焊接性介紹這類鋼的碳當(dāng)量大于0.3%，淬硬性很強，一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下應(yīng)用。這類材料有碳鋼(如45，50)，合金鋼(如65Mn，30CrMnSiA，2Crl3)等。這類鋼在點焊熱循環(huán)作用下，熔核和鄰近熔核的熱影響區(qū)易產(chǎn)生馬氏體組織，硬度高，脆性大；當(dāng)接頭應(yīng)力較高時如厚板點焊時有可能產(chǎn)生冷裂紋；在離熔核較遠(yuǎn)處則因加熱至超過回火溫度而軟化；可淬硬鋼點焊時因強度高易發(fā)生前期飛濺，厚板點焊時易產(chǎn)生縮孔和疏松

4、等缺陷。第6頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三可淬硬鋼焊接技術(shù)要點試板清理：與低碳鋼相同電極：這類鋼的熱物理性能接近低碳鋼，高溫強度適中，一般采用Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金電極。焊機(jī)與焊接參數(shù)材料在退火狀態(tài)點焊：厚度小于3mm時 可采用單脈沖軟的焊接參數(shù)，通電時間約為同厚低碳鋼點焊時的3-4倍，電極壓力為同厚度低碳鋼點焊時1.5-1.7倍，電流需相應(yīng)減??；但板厚較大時，常采用帶緩冷雙脈沖點焊工藝。當(dāng)板厚大于3mm時 建議采用增大頂鍛力的加壓方式，頂鍛力約為焊接時電極壓力的2-2.5倍。第7頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三可淬硬鋼焊接技術(shù)要點材料在

5、調(diào)質(zhì)狀態(tài)鋼點焊：應(yīng)采用帶回火雙脈沖的點焊工藝。帶回火雙脈沖點焊的工藝是指在焊接之后待焊件冷卻到完成馬氏體轉(zhuǎn)變之后再使其局部回火的工藝。兩脈沖的間隔時間不能太短以免一次加熱不能冷卻到Ms點以下。厚板材料在調(diào)質(zhì)狀態(tài)鋼點焊：采用多脈沖回火熱處理工藝（馬氏體組織須充分回火，并降低焊接應(yīng)力）。為防止疏松、裂紋等缺陷，當(dāng)板厚大于3mm時，也采用增大頂鍛力的加壓方式。第8頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三帶回火雙脈沖點焊的組織分布示意圖第9頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三不銹鋼的點焊特點焊接性介紹不銹鋼按組織可分為奧氏體型、馬氏體型、鐵素體型三類。奧氏體型與鐵素體型

6、不銹鋼易于點焊。馬氏體型不銹鋼焊后硬度高、性能脆，焊接時需精確控制焊接參數(shù)，焊后常需作熱處理，焊接性與可淬硬鋼接近。奧氏體型不銹鋼的電阻率為低碳鋼的4-7倍，熱導(dǎo)率僅為低碳鋼的1213?？捎幂^小的焊接電流、較短的通電時間進(jìn)行點焊。不銹鋼的高溫強度與硬度遠(yuǎn)比低碳鋼高，因此必須采用比焊低碳鋼時高得多的電極壓力來避免飛濺和縮孔。電極材料亦需選用高溫硬度高的材料以免嚴(yán)重壓饋。第10頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三不銹鋼焊接技術(shù)要點試板清理：可用酸洗、砂布打磨或氈輪拋光等方法進(jìn)行焊前表面清理電極與冷卻：電極壓力應(yīng)提高40%-80%，為此需采用軟化溫度高、硬度高的材料作電極。一般推薦

7、Be-Co-Cu合金電極，尤其當(dāng)點焊較厚板時，電極的冷卻極為重要，可采用外水冷卻。焊機(jī)與焊接參數(shù)：1）為保證耐晶間腐蝕的性能，應(yīng)盡量減少在敏化溫度區(qū)停留（450-850度），宜選用硬的焊接參數(shù)，焊接時間一般比相同厚度低碳鋼短些。2）因電阻率大、熱導(dǎo)率小，焊接電流可比相同厚度低碳鋼小些。第11頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三不銹鋼焊接技術(shù)要點4）前點對后點的分流現(xiàn)象比點焊相同厚度低碳鋼板時小，最小點距可減小。5）線膨脹系數(shù)比低碳鋼約大15%，易變形，應(yīng)盡量采用較小的熔核直徑，一般推薦不大于板厚的4倍。強度不夠?qū)幙稍黾狱c數(shù)。6）當(dāng)板厚大于3mm的奧氏體不銹鋼點焊時，常采用多脈

8、沖焊接電流來改善電極工作狀況。其脈沖較點焊等厚低碳鋼時短且稀。這種多脈沖措施亦可用于后熱處理。第12頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三鍍層鋼板的點焊特點焊接性介紹鍍層鋼板主要有鍍鋅板、鍍鋁板、鍍鉛板、鍍錫板和貼塑板。鍍層鋼板點焊的難點在于： 1）鍍層金屬熔點低，早于鋼板熔化。熔化的鍍層金屬流人縫隙，增大接觸面降低電流密度，因此需增大電流。 2）鍍層金屬與電極在升溫時往往能組成固溶體或金屬間化合物等合金.一旦發(fā)生上述現(xiàn)象，電極端部的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能下降，溫度進(jìn)一步上升，加速電極的粘污損壞，同時亦破壞了零件的鍍層。 3）鍍層金屬如進(jìn)入熔化的鋼質(zhì)熔池將產(chǎn)生結(jié)晶裂紋和氣孔，因此需在鋼

9、板熔化前把鍍層擠出焊接區(qū)。 4）貼塑板焊接時，除保證必要的強度外還應(yīng)保正貼塑面不被破壞，因此必須采用單面點焊和較短時間焊接，在大多數(shù)情況下采用凸焊。第13頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三鍍層鋼板焊接技術(shù)要點試板清理：不需清理電極與冷卻：采用Cr-Zr-Cu合金電極或彌散強化電極。要加強冷卻，允許外水冷。二次修磨間的焊接點數(shù)僅為焊低碳鋼時的110-120。薄板(1.2mm)點焊時可采用嵌鎢電極。焊機(jī)與焊接參數(shù)：與等厚低碳鋼相比電流應(yīng)增大30%-50%，鍍層熔點越低，增加越多。電極壓力則增大30%即可；電極粘污，是產(chǎn)生質(zhì)量問題的主要原因。故在結(jié)構(gòu)允許條件下改用凸焊是解決電極粘

10、污的最佳方案；采用緩升或直流波形較好；鋅、鉛等元素的金屬蒸氣和氧化物塵埃對人體有毒，需加強通風(fēng)。第14頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三鋁及鋁合金的點焊焊接性介紹鋁及鋁合金的電阻率低(低碳鋼的14-12)熱導(dǎo)率高(低碳鋼的2.4倍)。焊接時需采用大電流焊接，通電時間要短，以免散熱過多。一般需要焊接等厚低碳鋼時的4-5倍電流，通電時間則約為焊接等厚低碳鋼的110。鋁及鋁合金在空氣中容易生成致密的氧化膜，因此焊前必須很好清理。清理以化學(xué)法為佳清理后應(yīng)在短期內(nèi)完成焊接以免再次氧化。與純鋁相比，鋁合金的優(yōu)良塑性變形溫度區(qū)窄，線膨脹率大，因此須精確控制焊接參數(shù)才能避免裂紋和縮孔。第1

11、5頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三鋁及鋁合金焊接技術(shù)要點試板清理：鋁及鋁合金焊前必須嚴(yán)格清理。推薦用化學(xué)法清理工件以保證接觸電阻值穩(wěn)定。清理后應(yīng)及時焊接，存放期不應(yīng)大于72h。電極與冷卻：采用電阻率低的Cd-Cu合金球面電極。 焊接時必須加強水冷，有條件時可采用外加水冷以提高電極壽命。電極粘損是影響電極壽命的主要因素，要頻繁地用細(xì)砂布清理電極工作面。在要求嚴(yán)格的場合，每幾十個焊點甚至幾個焊點就需清理一次。焊機(jī)與焊接參數(shù)：采用硬的焊接參數(shù)，大容量焊機(jī)。當(dāng)板厚較小時，尚可采用單相工頻交流電源，但大厚度及要求高的鋁合金構(gòu)件一般采用低頻半波焊接工藝。大容量電容放電點焊機(jī)常用于點焊

12、純鋁。厚板點焊建議采用變壓式加壓工藝(加頂鍛力)。第16頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三鈦合金的點焊焊接性介紹鈦合金密度小，抗拉強度大，耐蝕性好，熱強性及低溫韌性均優(yōu)，所以廣泛應(yīng)用于航空、宇航和化工領(lǐng)域。鈦合金熱物理性能與奧氏體不銹鋼近似，但比奧氏體不銹鋼有更高的電阻率和更小的熱導(dǎo)率，因此可采用較小容量的焊機(jī)焊接。鈦在高溫時大量吸收氧、氮、氫而脆化，電弧焊時需特殊保護(hù)措施，但點焊時熔化金屬處于塑性殼內(nèi)與大氣隔絕，故焊接性甚好，一般不需保護(hù)氣體。第17頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三鈦合金焊接技術(shù)要點試板清理：一般可不進(jìn)行表面清理，但表面氧化膜較致密時

13、可進(jìn)行化學(xué)清理。電極與冷卻：用高溫硬度好的Cr-Cu、 Cr-Zr-Cu或Be-Co-Cu合金電極，可進(jìn)行內(nèi)外水冷。焊機(jī)與焊接參數(shù)：鈦合金的線膨脹系數(shù)僅為奧氏體不銹鋼的l/2，熱導(dǎo)率又小，所以焊接性好且表面不易過熱，焊接過程中即使焊透率高達(dá)90%也不致產(chǎn)生飛濺。其高溫強度低于奧氏體不銹鋼的高溫強度，可采用比點焊相同厚度奧氏體不銹鋼時低的電極力，以避免產(chǎn)生凸肩、深壓痕。點焊時冷卻速度很高，會產(chǎn)生針狀馬氏體組織，使硬度提高、韌性下降。因此對 +型鈦合金(TC4)可以采用帶回火雙脈沖。點焊后的變形較難矯正，故需正確考慮點焊次序，盡量減小變形。第18頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期

14、三高溫合金的點焊焊接性介紹高溫合金具有很好的高溫強度與熱穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于航天、航空工業(yè)。高溫合金具有比奧氏體不銹鋼更大的電阻率、更小的熱導(dǎo)率和更高的高溫強度，故可用較小的焊接電流，但需更大的電極壓力。第19頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三高溫合金焊接技術(shù)要點試板清理：高溫合金表面氧化膜致密性好，為防止形成結(jié)合線伸入等缺陷，必須加強表面清理工作。電極與冷卻：用高溫硬度好的Be-Co-Cu合金電極。加強冷卻，盡量避免反復(fù)加熱，以減少近縫區(qū)出現(xiàn)“胡須”狀缺陷的機(jī)會。焊機(jī)與焊接參數(shù)：采用軟的焊接參數(shù)、大的電極壓力，以提高電極壓力的壓實效果。在有條件時應(yīng)采用加大頂鍛力的焊接參數(shù)，

15、以減少飛濺、防止產(chǎn)生裂紋、疏松和縮孔等缺陷。第20頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三銅及銅合金的點焊焊接性介紹銅及銅合金分為：純銅、黃銅、青銅和白同銅的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能極好、因此焊接性很差。一般認(rèn)為純(紫)銅極難點焊，不能凸焊和縫焊。某些銅合金由于加入合金元素后導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能下降很多，硬度也有所提高，故已成功地進(jìn)行了點焊和凸焊。第21頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三銅及銅合金焊接技術(shù)要點電極與冷卻：銅和高電導(dǎo)率的銅合金點焊時，需采用防止大量散熱的電極，一般推薦用鎢、鉬鑲嵌型或銅鎢燒結(jié)型電極，相對電導(dǎo)率小于純銅30%的銅合金點焊時可采用Cd-Cu合金電極。

16、焊機(jī)與焊接參數(shù)：適當(dāng)加大點距與搭邊量，以防止過大的分流和飛濺。推薦采用電容放電型焊接電源，以獲得峰值高、脈寬窄的電流波形。第22頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三點焊過程中的缺陷飛濺飛濺包括前期飛濺、后期飛濺和外部飛濺前期飛濺 金屬熔化過程中，如果加熱過急，而周圍塑性環(huán)還未形成時，被急劇加熱的接觸點由于溫度上升極快使內(nèi)部金屬氣化，當(dāng)內(nèi)壓力過大時便以飛濺形式向板間縫隙噴射，這種現(xiàn)象稱為前期飛濺(指熔化核心尚未形成以前的飛濺)。后期飛濺 形成最小尺寸熔核后，繼續(xù)加熱，熱場不斷擴(kuò)展，熔化金屬與塑性區(qū)溫度的等溫線也在不斷向外擴(kuò)展，當(dāng)熔化核心沿徑向r的擴(kuò)展速度大于塑性區(qū)變形速度時則產(chǎn)

17、生后期飛濺。外部飛濺 如果熔化核心軸向增長過高，在電極壓力作用下也可能沖破塑性環(huán)向表面噴射形成外部飛濺。危害：降低接頭力學(xué)性能第23頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三結(jié)合線伸入產(chǎn)生條件：當(dāng)焊接高溫合金或鋁合金時，如清理不佳，表面將殘留過厚的熔點高、致密且硬的氧化膜。定義：在熔核形成過程中，這層氧化膜未徹底破碎，殘留在焊件表面，不但在塑性環(huán)區(qū)界面存在，而且在焊接時可能進(jìn)入熔合區(qū)，且限制了枝晶的生長，在熔核邊緣形成突入熔核的晶界夾雜物，稱結(jié)合線伸人。危害：結(jié)合線伸人處存在應(yīng)力集中，極易在運行時擴(kuò)展成裂紋，一般不允許存在。第24頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期

18、三第25頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三裂紋裂紋的類型：結(jié)晶裂紋（在熔核內(nèi)部） 、液化裂紋（熔核邊緣的半熔化區(qū)）熱裂紋一般發(fā)生在鋁合金和鎳基合金的點焊中。結(jié)晶裂紋金屬凝固過程中，隨作溫度下降，枝晶不斷長大，結(jié)晶固相金屬所占比例相當(dāng)大，核心中剩下的液態(tài)金屬大為減少。這時，電極對核心內(nèi)部所加壓力，大部分為已結(jié)晶的枝晶所吸收，因此，用于使液態(tài)金屬補充到枝叉縫隙中去的能量被減少，而液態(tài)金屬自由流動的阻力卻在增大。隨著溫度不斷下降，拉伸變形在增加，當(dāng)拉伸變形量一旦超過材料的允許值時則形成結(jié)晶裂紋。第26頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三裂紋 液化裂紋 緊靠熔化核

19、心邊緣的金屬層為半熔化區(qū)，金屬被加熱到固液相之間的溫度晶粒失去原有軋制狀態(tài)，急劇長大，晶界面積相對減小，界面合金成分濃度被提高。因加熱速度極快，晶粒邊界合金成分來不及向晶內(nèi)擴(kuò)散，在半熔化區(qū)，甚至熱影響區(qū)都會形成富合金成分的暗色網(wǎng)狀晶粒邊界。晶粒邊界在低于材料固相線溫度時就開始熔化，冷卻中容易形成熱影響區(qū)裂紋。第27頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三結(jié)晶裂紋第28頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三液化裂紋第29頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三防止裂紋的措施1） 熔化核心凝固時，成倍地提高電極壓力，以使金屬冷卻中的電極壓力所造成的塑性變形速度始終大于材料在冷卻收縮中的變形增長率。因為用壓縮變形去抵消拉伸變形減弱了部分內(nèi)應(yīng)力，降低了熱裂紋傾向。2）在凝固開始后，對焊接區(qū)再給予小幅度附加電流(50-70I)補充加熱，使金屬塑性變形能力改善，使金屬的凝固收縮率降低，從而可減少熱裂紋敏感性。 第30頁，共35頁，2022年，5月20日，6點3分，星期三胡須某些材料如高溫合金和鋁合金其晶界聚集低