第二节点焊

第二节点焊点焊是一种高速、经济的连接方法。它适用于制造可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于3mm的冲压，轧制的薄板构件。这种方法广泛用于汽车驾驶室、金属车厢复板、家具等低碳钢产品的焊接。在航空航天工业中，多用于连接飞机、喷气发动机、火箭、低合金钢、不锈钢、铝合金、钛合金等材料制成的导弹的部件。点焊有时也用于连接厚度达6mm的或更厚的金属板，但与熔焊的对接接头相比较，点焊的承载能力低，搭接接头增加了构件的重量和成本。且需要昂贵的特殊焊机，因而是不经济的。一、点焊电极点焊电极是保证点焊质量的重要零件，它的主要功能有：(1)向工件传导电流；(2)向工件传递压力；，(3)迅速导散焊接区的热量。基于电极的上述功能，就要求制造电极的材料应具有足够高的电导率、热导率和高温硬度，电极的结构必须有足够的强度和刚度，以及充分冷却的条件。此外，电极与工件间的接触电阻应足够低，以防止工件表面熔化或电极与工件表面之间的合金化。电极材料按我国航空航天工业部航空工业标准HB5420—89的规定，分为4类，但常用的是前三类。1类高电导率、中等硬度的铜及铜合金。这类材料主要通过冷作变形方法达到其硬度要求。适用于制造焊铝及铝合金的电极，也可用于镀层钢板的点焊，但性能不如2类合金。1类合金还常用于制造不受力或低应力的导电部件。2类具有较高的电导率、硬度高于1类合金。这类合金可通过冷作变形与热处理相结合的方法达到其性能要求。与l类合金相比，它具有较高的力学性能，适中的电导率，在中等程度的压力下，有较强的抗变形能力，因此是最通用的电极材料，广泛地用于点焊低碳钢、低合金钢、不锈钢、高温合金、电导率低的铜合金，以及镀层钢等。2类合金还适用于制造轴、夹钳、台板、电极夹头、机臂等电阻焊机中各种导电构件。3类电导率低于1类和2类，硬度高于2类的合金。这类合金可通过热处理或冷作变形与热处理相结合的方法达到其性能要求。这类合金具有更高的力学性能和耐磨性能好，软化温度高，但电导率较低。因此适用于点焊电阻率和高温高强度的材料，如不锈钢、高温合金等。这类合金也适于制造各种受力的导电构件。点焊电极由四部分组成，端部、主体、尾部和冷却水孔。标准电极(即直电极)有五种形式。电极的端面直接与高温的工件表面接触，在焊接生产中反复承受高温和高压，因此，粘附、合金化和变形是电极设计中应着重考虑的问题。二、点焊方法和工艺点焊通常分为双面点焊和单面点焊。双面点焊时，电极由工件的两侧向焊接处馈电。单面点焊时，电极由工件的同一侧向焊接处馈电。在大量生产中，单面多点点焊获得广泛应用，其各个焊点的工艺参数可以单独调节，全部焊点可以同时焊接，生产率高。各焊点工艺参数选择方法通常是根据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件表选取。首先确定电极的端面形状和尺寸；其次初步选定电极压力和焊接时间，然后调节焊接电流，以不同的电流焊接试样。经检验熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调节电极压力，焊接时间和电流，进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。无论是点焊、缝焊或凸焊，在焊前必须进行工件表面清理，以保证接头质量稳定。清理方法分机械清理和化学清理两种。常用的机械清理方法有喷砂、喷丸、抛光以及用砂布或钢丝刷等。不同的金属和合金，须采用不同的清理方法。简介如下：铝及其合金对表面清理的要求十分严格，由于铝对氧的化学亲合力极强，刚清理过的表面上会很快被氧化，形成氧化铝薄膜。因此，清理后的表面在焊前允许保持的时间是有严格限制的。铝合金的氧化膜主要用化学方法去除，在碱溶液中去油和冲洗后，将工件放进正磷酸溶液中腐蚀。铝合金也可用机械方法清理。如用0～00号砂布，或用电动或风动的钢丝刷等。为了确保焊接质量的稳定性，目前国内各工厂多在化学清理后，在焊前再用钢丝刷清理工件搭接的内表面。镁合金一般使用化学清理，经腐蚀后再在铬酐溶液中钝化。这样处理后会在表面形成薄而致密的氧化膜，它具有稳定的电气性能，可以保持10昼夜或更长时间，性能仍几乎不变。镁合金也可以用钢丝刷清理。铜合金可以通过在硝酸及盐酸中处理，然后进行中和并清除焊接处残留物。不锈钢、高温合金电阻焊时，保持工件表面的高度清洁十分重要，因为油、尘土、油漆的存在，能增加硫脆化的可能性，从而使接头产生缺陷。清理方法可用抛光、喷丸、钢丝刷或化学腐蚀。对于特别重要的工件，有时用电解抛光，但这种方法复杂而且生产率低。钛合金的氧化皮，可在盐酸、硝酸及磷酸钠的混合溶液中进行深度腐蚀加以去除，也可以用钢丝刷或喷丸处理。低碳钢和低合金钢在大气中的抗腐蚀能力较低。因此，这些金属在运输、存放和加工过程中常常用抗蚀油保护。如果涂油表面未被车间的脏物或其他不良导电材料所污染，在电极的压力下，油膜很容易被挤开，不会影响接头质量。钢的供货状态有：热轧，不酸洗；热轧，酸洗并涂油；冷轧。未酸洗的热轧钢焊接时，必须用喷砂、喷丸，或者用化学腐蚀的方法清除氧化皮，可在硫酸及盐酸溶液中，或者在以磷酸为主但含有硫脲的溶液中进行腐蚀，后一种成份可有效地同时进行除油和腐蚀。有镀层的钢板，除了少数例外，一般不用特殊清理就可以进行焊接，镀铝钢板则需要用钢丝刷或化学腐蚀清理。带有磷酸盐涂层的钢板，其表面电阻会高到在低电极压力下焊接电流无法通过的程度。只有采用较高的压力才能进行焊接。三、常用金属的点焊(一)低碳钢的点焊低碳钢的含碳量低于0．25％。其电阻率适中，需要的焊机功率不大；塑性温度区宽，易于获得所需的塑性变形而不必使用很大的电极压力；碳与微量元素含量低，无高熔点氧化物，一般不产生淬火组织或夹杂物；结晶温度区间窄、高温强度低、热膨胀系数小，因而开裂倾向小。这类钢具有良好的焊接性，其焊接电流、电极压力和通电时间等工艺参数具有较大的调节范围。(二)淬火钢的点焊由于冷却速度极快，在点焊淬火钢时必然产生硬脆的马氏体组织，在应力较大时还会产生裂纹。为了消除淬火组织、改善接头性能，通常采用电极间焊后回火的双脉冲点焊方法。这种方法的第一个电流脉冲为焊接脉冲，第二个为回火热处理脉冲。使用这种方法时应注意两点：(1)两脉冲之间的间隔时间一定要保证使焊点冷却到马氏体转变点Ms温度以下；(2)回火电流脉冲幅值要适当，以避免焊接区的金属重新超过奥氏体相变点而引起二次淬火。(三)镀层钢板的点焊1．焊接时的主要问题(1)表层易破坏，失去原有镀层的作用。(2)电极易与镀层粘附，缩短电极使用寿命。(3)与低碳钢相比，适用的焊接工艺参数范围较窄，易于形成未焊透或飞溅，因而必须精确控制工艺参数。(4)镀层金属的熔点通常比低碳钢低，加热时先熔化的镀层金属使两板间的接触面扩大、电流密度减小。因此，焊接电流应比无镀层时大。(5)为了将已熔化的镀层金属排挤出接合面，电极压力应比无镀层时高。贴聚氯乙烯塑料面的钢板焊接时，除保证必要的强度外，还应保护贴塑面不被破坏。因此必须采用单面点焊，并采用较短的焊接时间。2．镀锌钢板的点焊镀锌钢板大致分为电镀锌钢板和热浸镀锌钢板，前者的镀层比后者薄。点焊镀锌钢板用的电极，推荐采用2类电极合金。当对焊点外观要求很高时，可以采用1类合金。推荐用锥形电极形状，锥角120°～140°。使用焊钳时，推荐采用端面半径为25～50mm的球面电极。镀锌钢板点焊时应采取有效的通风装置，因为ZnO烟尘有害于人体健康。3．镀铝钢板的点焊镀铝钢板分为两类，第一类以耐热为主，表面镀有一层厚20～25μm的Al-Si合金(含Si6％～8．5％)，可耐640℃高温。第二类以耐腐蚀为主，为纯铝镀层，镀层厚为第一类的2～3倍。点焊这两类镀铝钢板时都可以获得强度良好的焊点。由于镀层的导电、导热性好，因此需要较大的焊接电流。并应采用硬铜合金的球面电极。4．镀铜钢板的点焊镀铜钢板是在低碳钢板上镀以?5％铜和25％锡的铜-锡合金镀层。这种材料价格较贵，较少使用。(四)不锈钢的点焊不锈钢一般分为：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢三种。由于不锈钢的电阻率高、导热性差，因此与低碳钢相比，可采用较小的焊接电流和较短的焊接时间。这类材料有较高的高温强度，必须采用较高的电极压力，以防止产生缩孔、裂纹等缺陷。不锈钢的热敏感性强，通常采用较短的焊接时间、强有力的内部和外部水冷却，并且要准确地控制加热时间和焊接电流，以防热影响区晶粒长大和出现晶间腐蚀现象。点焊不锈钢的电极推荐用2类或3类电极合金，以满足高电极压力的需要。马氏体不锈钢由于有淬火倾向，点焊时要求采用较长焊接时间。为消除淬硬组织，最好采用焊后回火的双脉冲点焊。点焊时一般不采用电极的外部水冷却，以免因淬火而产生裂纹。(五)高温合金的点焊高温合金分为铁基和镍基合金，它们的电阻率和高温强度比不锈钢更大，因而要用较小的焊接电流和较大的电极压力。为了减少高温合金点焊时出现裂纹和胡须等缺陷，还应尽量避免焊点过热。所用电极推荐采用3类电极合金，以减少电极的变形和消耗。点焊较厚板件(2mm以上)时，最好在焊接脉冲之后再加缓冷脉冲并施加锻压力，以防止缩孔和裂纹；同时采用球面电极，以利于熔核的压固和散热。(六)铝合金的点焊铝合金的应用十分广泛，分为冷作强化和热处理强化两大类。铝合金点焊的焊接性较差，尤其是热处理强化的铝合金。其原因及应采取的工艺措施如下：(1)电导率和热导率较高必须采用较大电流和较短时间，才能做到既有足够的热量形成熔核；又能减少表面过热、避免电极粘附和电极铜离子向纯铝包复层扩散、降低接头的抗腐蚀性。(2)塑性温度范围窄、线膨胀系数大必须采用较大的电极压力，电极随动性好，才能避免熔核凝固时，因过大的内部拉应力而引起的裂纹。对裂纹倾向大的铝合金，如LF6、LY12、LC4等，还必须采用加大锻压力的方法，使熔核凝固时有足够的塑性变形、减少拉应力，以避免裂纹产生。在弯电极难以承受大的顶锻压力时，也可以采用在焊接脉冲之后加缓冷脉冲的方法避免裂纹。对于大厚度的铝合金可以两种方法并用。(3)表面易生成氧化膜焊前必须严格清理，否则极易引起飞溅和熔核成形不良(撕开检查时，熔核形状不规则，凸台和孔不呈圆形)，使焊点强度降低。清理不均匀则将引起焊点强度不稳定。基于上述原因，点焊铝合金应选用具有下列特性的焊机：(1)能在短时间内提供大电流；(2)电流波形最好有缓升缓降的特点；(3)能精确控制工艺参数，且不受电网电压波动影响；(4)能提供阶形和马鞍形电极压力；(5)机头的惯性和摩擦力小，电极随动性好。当前国内使用的多为300～600kVA的直流脉冲、三相低频和次级整流焊机，个别的达1000kVA，均具有上述特性。也有采用单相交流焊机的，但仅限于不重要工件。点焊铝合金的电极应采用1类电极合金，球形端面，以利于压固熔核和散热。(七)铜和铜合金的点焊铜合金与铝合金相比，电阻率稍高而导热性稍差，所以点焊并无太大困难。厚度小于1．5mm的铜合金，尤其是低电导率的铜合金在生产中用得最广泛。纯铜电导率极高，点焊比较困难。通常需要在电极与工件间加垫片，或使用在电极端头嵌入钨的复合电极，以减少向电极的散热。钨棒直径通常为3～4mm。焊接铜和高电导率的黄铜和青铜时，一般采用1类电极合金做电极，焊接低电导率的黄铜、青铜和铜镍合金时，采用2类电极合金。也可以用嵌有钨的复合电极焊接铜合金。由于钨的导热性差，故可使用小得多的焊接电流，在常用的中等功率的焊机上进行点焊。但钨电极容易和工件粘着，影响工件的外观。铜和高电导率的铜合金因电极粘附严重，很少采用点焊，即使用复合电极，也只限于点焊薄铜板。(八)钦合金的点焊钛合金的比强度高，耐腐蚀性强，并有良好的热强性。因而广泛应用于航空航天及化工工业。钛合金的焊接性与不锈钢相似，工艺参数也大致相同。焊前一般不需要特别清理，有氧化膜时可进行酸洗。钛合金的热敏感性强，即使采用较硬规范，晶粒也会严重长大。焊透率可高达90％，但对质量无明显影响。由于钛合金的高温强度大，电极最好用2类电极合金，球形端面。