电阻对焊的焊接循环、工艺参数和工件准备
1、焊接循环
电阻对焊时,两工件始终压紧,当端面温升高到焊接温度Tω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。电阻对焊时的焊接循环有两种:等压的和加大锻压力的。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。
2、工艺参数
电阻对焊的主要工艺参数有:极性、伸出长度、焊接电流(或焊接电流密度)、焊接通电时间、焊接压力和顶锻压力。
(1)伸出长度l0即工件伸出夹钳电极端面的长度。选择伸出长度时,要考虑两个因素:顶锻时工件的稳定性和向夹钳的散热。如果l0过长,则顶锻时工件会失稳旁弯。l0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:l0=(0.5-1)d,铝和黄铜:l0=(1-2)d,铜:l0=(1.5-2.5)d。
(2)焊接电流Iω和焊接时间tω在电阻对焊时,焊接电流常以电流密度jω来表示。jω和tω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。
(3)焊接压力Fω与顶锻压力Fu,Fω对接头处的产热和塑性变形都有影响。减小Fω有利于产热,但不利于塑性变形。因此,易用较小的Fω进行加热,而以大得多的Fu进行顶锻。但是Fω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。
3、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。
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。
闪光对焊
闪光对焊可分为连续闪光对焊和预热闪光对焊。连续闪光对焊由两个主要阶段组成:闪光阶段和顶锻阶段。预热闪光对焊只是在闪光阶段前增加了预热阶段。
一、闪光对焊的两个阶段
1、闪光阶段
闪光的主要作用是加热工件。在此阶段中,先接通电源,并使两工件端面轻微接触,形成许多接触点。电流通过时,接触点熔化,成为连接两端面的液体金属过梁。由于液体过梁中的电流密度极高,使过梁中的液体金属蒸发、过梁爆破。随着动夹钳的缓慢推进,过梁也不断产生与爆破。在蒸气压力和电磁力的作用下,液态金属微粒不断从接口间喷射出来。形成火花急流--闪光。
在闪光过程中,工件逐渐缩短,端头温度也逐渐升高。随着端头温度的升高,过梁爆破的速度将加快,动夹钳的推进速度也必须逐渐加大。在闪光过程结束前,必须使工件整个端面形成一层液体金属层,并在一定深度上使金属达到塑性变形温度。
由于过梁爆破时所产生的金属蒸气和金属微粒的强烈氧化,接口间隙中气体介质的含氧量减少,其氧化能力可降低,从而提高接头的质量。但闪光必须稳定而且强烈。所谓稳定是指在闪光过程中不发生断路和短路现象。断路会减弱焊接处的自保护作用,接头易被氧化。短路会使工件过烧,导致工件报废。所谓强烈是指在单位时间内有相当多的过梁爆破。闪光越强烈,焊接处的自保护作用越好,这在闪光后期尤为重要。
2、顶锻阶段
在闪光阶段结束时,立即对工件施加足够的顶端压力,接口间隙迅速减小过梁停止爆破,即进入顶锻阶段。顶锻的作用是密封工件端面的间隙和液体金属过梁爆破后留下的火口,同时挤出端面的液态金属及氧化夹杂物,使洁净的塑性金属紧密接触,并使接头区产生一定的塑性变形,以促进再结晶的进行、形成共同晶粒、获得牢固的接头。闪光对焊时在加热过程中虽有熔化金属,但实质上是塑性状态焊接。
预热闪光对焊是在闪光阶段之前先以断续的电流脉冲加热工件,然后在进入闪光和顶锻阶段。预热目的如下:
(1)减小需用功率可以在小容量的焊机上焊接断面面积较大的工件,因为当焊机容量不足时,若不先将工件预热到一定温度,就不可能激发连续的闪光过程。此时,预热是不得已而采取的手段。
(2)降低焊后的冷却速度这将有利于防止淬火钢接头在冷却时产生淬火组织和裂纹。
(3)缩短闪光时间可以减少闪光余量,节约贵重金属。