常用金屬材料的點(diǎn)焊

常用金屬材料的點(diǎn)焊第1頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬材料焊接性焊接性用來相對(duì)衡量金屬材料在一定焊接工藝條件下，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)接頭的難易程度。判斷金屬材料點(diǎn)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(diǎn)的形狀、尺寸，結(jié)晶特點(diǎn)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(shí)，易出現(xiàn)裂紋等不允許的缺陷；3、材料對(duì)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(diǎn)與線膨脹系數(shù)熔點(diǎn)高，線膨脹系數(shù)大的金屬材料、其焊接性一般較差。第2頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月低碳鋼的點(diǎn)焊特點(diǎn)

焊接性介紹這類鋼的點(diǎn)焊焊接性良好，焊接參數(shù)范圍寬。在常用厚度范圍內(nèi)(0.5—3.0mm)一般無需特殊措施，采用單相工頻交流電源，簡(jiǎn)單焊接循環(huán)即可獲得滿意結(jié)果。第3頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月低碳鋼的焊接技術(shù)要點(diǎn)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(qiáng)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(shí)，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(shí)，焊接電流較大，通電時(shí)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，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月可淬硬鋼的點(diǎn)焊特點(diǎn)

焊接性介紹這類鋼的碳當(dāng)量大于0.3%，淬硬性很強(qiáng)，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(diǎn)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(shí)如厚板點(diǎn)焊時(shí)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(diǎn)焊時(shí)因強(qiáng)度高易發(fā)生前期飛濺，厚板點(diǎn)焊時(shí)易產(chǎn)生縮孔和疏松等缺陷。第6頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月可淬硬鋼焊接技術(shù)要點(diǎn)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(qiáng)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(diǎn)焊：厚度小于3mm時(shí)可采用單脈沖軟的焊接參數(shù)，通電時(shí)間約為同厚低碳鋼點(diǎn)焊時(shí)的3-4倍，電極壓力為同厚度低碳鋼點(diǎn)焊時(shí)1.5-1.7倍，電流需相應(yīng)減小；但板厚較大時(shí)，常采用帶緩冷雙脈沖點(diǎn)焊工藝。當(dāng)板厚大于3mm時(shí)建議采用增大頂鍛力的加壓方式，頂鍛力約為焊接時(shí)電極壓力的2-2.5倍。第7頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月可淬硬鋼焊接技術(shù)要點(diǎn)材料在調(diào)質(zhì)狀態(tài)鋼點(diǎn)焊：應(yīng)采用帶回火雙脈沖的點(diǎn)焊工藝。帶回火雙脈沖點(diǎn)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(shí)間不能太短以免一次加熱不能冷卻到Ms點(diǎn)以下。厚板材料在調(diào)質(zhì)狀態(tài)鋼點(diǎn)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(shí)，也采用增大頂鍛力的加壓方式。第8頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月帶回火雙脈沖點(diǎn)焊的組織分布示意圖第9頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月不銹鋼的點(diǎn)焊特點(diǎn)

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不銹鋼易于點(diǎn)焊。馬氏體型不銹鋼焊后硬度高、性能脆，焊接時(shí)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1／2—1／3?？捎幂^小的焊接電流、較短的通電時(shí)間進(jìn)行點(diǎn)焊。不銹鋼的高溫強(qiáng)度與硬度遠(yuǎn)比低碳鋼高，因此必須采用比焊低碳鋼時(shí)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，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月不銹鋼焊接技術(shù)要點(diǎn)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Be-Co-Cu合金電極，尤其當(dāng)點(diǎn)焊較厚板時(shí)，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(shí)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，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月不銹鋼焊接技術(shù)要點(diǎn)4）前點(diǎn)對(duì)后點(diǎn)的分流現(xiàn)象比點(diǎn)焊相同厚度低碳鋼板時(shí)小，最小點(diǎn)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(qiáng)度不夠?qū)幙稍黾狱c(diǎn)數(shù)。6）當(dāng)板厚大于3mm的奧氏體不銹鋼點(diǎn)焊時(shí)，常采用多脈沖焊接電流來改善電極工作狀況。其脈沖較點(diǎn)焊等厚低碳鋼時(shí)短且稀。這種多脈沖措施亦可用于后熱處理。第12頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月鍍層鋼板的點(diǎn)焊特點(diǎn)

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(diǎn)焊的難點(diǎn)在于：1）鍍層金屬熔點(diǎn)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(shí)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(shí)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，因此需在鋼板熔化前把鍍層擠出焊接區(qū)。4）貼塑板焊接時(shí)，除保證必要的強(qiáng)度外還應(yīng)保正貼塑面不被破壞，因此必須采用單面點(diǎn)焊和較短時(shí)間焊接，在大多數(shù)情況下采用凸焊。第13頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月鍍層鋼板焊接技術(shù)要點(diǎn)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(qiáng)化電極。要加強(qiáng)冷卻，允許外水冷。二次修磨間的焊接點(diǎn)數(shù)僅為焊低碳鋼時(shí)的1／10-1／20。薄板(<1.2mm)點(diǎn)焊時(shí)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(diǎn)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(duì)人體有毒，需加強(qiáng)通風(fēng)。第14頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月鋁及鋁合金的點(diǎn)焊

焊接性介紹鋁及鋁合金的電阻率低(低碳鋼的1／4-1／2)．熱導(dǎo)率高(低碳鋼的2.4倍)。焊接時(shí)需采用大電流焊接，通電時(shí)間要短，以免散熱過多。一般需要焊接等厚低碳鋼時(shí)的4-5倍電流，通電時(shí)間則約為焊接等厚低碳鋼的1／10。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15頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月鋁及鋁合金焊接技術(shù)要點(diǎn)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(shí)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(shí)必須加強(qiáng)水冷，有條件時(shí)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(chǎng)合，每幾十個(gè)焊點(diǎn)甚至幾個(gè)焊點(diǎn)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(shí)，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(diǎn)焊機(jī)常用于點(diǎn)焊純鋁。厚板點(diǎn)焊建議采用變壓式加壓工藝(加頂鍛力)。第16頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月鈦合金的點(diǎn)焊焊接性介紹鈦合金密度小，抗拉強(qiáng)度大，耐蝕性好，熱強(qiáng)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(shí)大量吸收氧、氮、氫而脆化，電弧焊時(shí)需特殊保護(hù)措施，但點(diǎn)焊時(shí)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，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月鈦合金焊接技術(shù)要點(diǎn)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(shí)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(qiáng)度低于奧氏體不銹鋼的高溫強(qiáng)度，可采用比點(diǎn)焊相同厚度奧氏體不銹鋼時(shí)低的電極力，以避免產(chǎn)生凸肩、深壓痕。點(diǎn)焊時(shí)冷卻速度很高，會(huì)產(chǎn)生針狀馬氏體組織，使硬度提高、韌性下降。因此對(duì)α+β型鈦合金(TC4)可以采用帶回火雙脈沖。點(diǎn)焊后的變形較難矯正，故需正確考慮點(diǎn)焊次序，盡量減小變形。第18頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月高溫合金的點(diǎn)焊

焊接性介紹高溫合金具有很好的高溫強(qiáng)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(qiáng)度，故可用較小的焊接電流，但需更大的電極壓力。第19頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月高溫合金焊接技術(shù)要點(diǎn)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(qiáng)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(qiáng)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(huì)。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(shí)效果。在有條件時(shí)應(yīng)采用加大頂鍛力的焊接參數(shù)，以減少飛濺、防止產(chǎn)生裂紋、疏松和縮孔等缺陷。第20頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月銅及銅合金的點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)焊和凸焊。第21頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月銅及銅合金焊接技術(shù)要點(diǎn)電極與冷卻：銅和高電導(dǎo)率的銅合金點(diǎn)焊時(shí)，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(duì)電導(dǎo)率小于純銅30%的銅合金點(diǎn)焊時(shí)可采用Cd-Cu合金電極。焊機(jī)與焊接參數(shù)：適當(dāng)加大點(diǎn)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，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)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(shí)，被急劇加熱的接觸點(diǎn)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(shí)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(chǎng)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(shí)則產(chǎn)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，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)合線伸入產(chǎn)生條件：當(dāng)焊接高溫合金或鋁合金時(shí)，如清理不佳，表面將殘留過厚的熔點(diǎn)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(shí)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(yùn)行時(shí)擴(kuò)展成裂紋，一般不允許存在。第24頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月裂紋裂紋的類型：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(diǎn)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(shí)，電極對(duì)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(bǔ)充到枝叉縫隙中去的能量被減少，而液態(tài)金屬自由流動(dòng)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(shí)則形成結(jié)晶裂紋。第26頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月裂紋液化裂紋

緊靠熔化核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(duì)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(huì)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(shí)就開始熔化，冷卻中容易形成熱影響區(qū)裂紋。第27頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)晶裂紋第28頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月液化裂紋第29頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月防止裂紋的措施1）熔化核心凝固時(shí)，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?yàn)橛脡嚎s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(duì)焊接區(qū)再給予小幅度附加電流(50-70％I)補(bǔ)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，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月