鋁合金的點(diǎn)焊工藝

鋁合金焊接(hànjiē)工藝1鋁合金的焊接(hànjiē)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0.1μm的氧化膜(Al2O3)，其熔點(diǎn)極高（約2050℃）、密度大(3.95~4.10kg/m3),屬于難熔物質(zhì)，焊接時會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

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。因此焊接時為保證良好熔合，必須采用能量集中、功率大的熱源，有時需采用預(yù)熱等工藝措施。經(jīng)驗表明：相同焊接速度下，焊接鋁合金的熱輸入量要比焊接鋼材大2~3倍。共十六頁1.3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(chéngfèn)的方法防止裂紋的產(chǎn)生。1.4高溫下的強(qiáng)度(qiángdù)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加熱時無色澤變化鋁合金從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時，無明顯的顏色變化，這給焊接操作者帶來不少困難。2壓焊

壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實現(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焊，當(dāng)電流通過兩工件的連接端時，該處因電阻很大而溫度上升，當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時，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)焊為對象，簡單介紹其焊接工藝。共十六頁2.1清洗(qīngxǐ)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(biāojì)。無論是點(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，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。共十六頁化學(xué)方法：用酸或堿溶解材料(cáiliào)表面，也可以與除油工序同時進(jìn)行。最常用的方法是:在5％~10％的氫氧化鈉溶液(約7℃）中浸泡30~60s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，使用機(jī)械的方法去除(qùchú)氧化物。機(jī)械方法有機(jī)械切削、吹砂處理或用于鑄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，鋼絲長度不得短于40mm，刷子壓緊于工件的力不得超過5～20N，而且清理后須在不超過2～3h內(nèi)進(jìn)行焊接。手工或電動的細(xì)鋼絲刷清理方法是最常用的方法。共十六頁3電阻(diànzǔ)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(fāngshì)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為無分流的單面雙點(diǎn)點(diǎn)焊，此時焊接電流全部流經(jīng)焊接區(qū)。共十六頁圖中1c為有分流(fēnliú)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(fēnliú)。為了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(gòujiàn)和復(fù)板的焊接時，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與電極同時壓緊在工件上。共十六頁3.2雙面點(diǎn)焊：電極(diànjí)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，工件的兩側(cè)均有電極(diànjí)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(miànbǎn)的點(diǎn)焊。共十六頁圖2c為，同時焊接兩個或多個焊點(diǎn)的雙面點(diǎn)焊，使用一個變壓器而將各電極并聯(lián)。這時，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、電極壓力都必須相同(xiānɡtónɡ)，才能保證通過各個焊點(diǎn)的電流基本一致。圖中2d為采用多個變壓器的雙面多點(diǎn)點(diǎn)焊，這樣可以避免(bìmiǎn)1c的不足。共十六頁3.3

銅芯棒的點(diǎn)焊(diǎnhàn)：采用銅芯棒的點(diǎn)焊是單面點(diǎn)焊的特殊形一個點(diǎn)，也可焊兩個點(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，因為前者通過工件2的分流，不經(jīng)過兩工件的接觸面，會減少焊接區(qū)的產(chǎn)熱，因而需要增大焊接電流，這樣就會增加工件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(jiàodà)時，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。共十六頁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，而芯棒又無法伸入容器時，可以用Zn、Pb、A1或其他較被焊金屬熔點(diǎn)低的金屬填滿整個容器后進(jìn)行焊接(圖3f)。當(dāng)容器壁厚較大時，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，以免長時間加熱使低熔點(diǎn)金屬或石蠟熔化，導(dǎo)致電極壓塌工件。在大量生產(chǎn)中，單面多點(diǎn)點(diǎn)焊獲得廣泛應(yīng)用。這時可采用由一個變壓器供電，各對電極輪流壓住工件的形式(圖4a)，也可采用各對電極均由單獨(dú)的變壓器供電，全部電極同時壓住工件的形式（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)可能同時焊接，生產(chǎn)率高；全部電極同時壓住工件，可減少變形(biànxíng)；多臺變壓器同時通電，能保證三相負(fù)載平衡。共十六頁3.4不等厚度和不同材料(cáiliào)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，熔核將不對稱于其交界面，而是向厚件或?qū)щ?、?dǎo)熱性差的一邊偏移。偏移的結(jié)果將使薄件或?qū)щ?、?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(tiáojiàn)不相同引起的。厚度不等時，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，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(δ1<δ2)b)不同材料(ρ1<ρ2)共十六頁調(diào)整熔核偏移的原則：增加薄件或?qū)щ?dǎodiàn)、導(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?、?dǎo)熱性好的工件(gōngjiàn)。采用不同的電極材料薄件或?qū)щ?，?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?qū)щ?、?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0.2～0.3mm)，以減少這一側(cè)的散熱。采用強(qiáng)條件-因通電時間短，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)焊通常采用搭接接頭和折邊接頭（圖6）。接頭可以由兩個或兩個以上等厚度或不等厚度的工件組。在設(shè)計點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)時，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-邊距共十六頁表1接頭的最小搭接(dājiē)量（單位：mm）表2焊點(diǎn)(hàndiǎn)的最小點(diǎn)距（單位：mm）共十六頁4鋁合金的電阻(diànzǔ)點(diǎn)焊原理鋁合金的電阻點(diǎn)焊過程如圖6所示。在一個焊接循環(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；一段時間后，撤去電流，熔核凝固形成焊點(diǎn)實現(xiàn)連接(liánjiē)，電極壓力需繼續(xù)保持一段時間以保證焊接質(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)焊示意圖共十六頁5焊接(hànjiē)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，往往會導(dǎo)致飛濺的產(chǎn)生。d.在高溫(gāowēn)下會急劇軟化。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。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。主要用于焊接現(xiàn)場準(zhǔn)備和核實。通過放大小于10倍的宏觀檢查來確定焊點(diǎn)直徑和焊透情況。d此外，射線可以檢查內(nèi)部缺陷，確定焊接熔核的形狀和尺寸，也能確定焊接結(jié)構(gòu)；抗拉、剪試驗，可以用來確定焊接強(qiáng)度的定量數(shù)值；對于焊點(diǎn)橫面的檢查，通過對點(diǎn)焊試樣進(jìn)行拋光、腐蝕并在較高放大倍數(shù)下進(jìn)行檢查，以確定內(nèi)部裂紋、氣孔以及焊接組織。在一般情況下，以上方法主要用來確定建立焊接規(guī)范、設(shè)計點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，而