一、小断面工件的对焊
直径d≤5mm的线材多采用电阻对焊,其工艺参数可参考下表:
线材电阻对焊的焊接条件
金属种类 | 直径(mm) | 伸出长度(mm) | 焊接电流(A) | 焊接时间(s) | 顶锻压力(N) |
碳钢 铜 铝 镍铬合金 | 0.8 2.0 3.0 2.0 2.0 1.85 | 3 6 6 7 5 6 | 300 750 1200 1500 900 400 | 0.3 1.0 1.3 0.2 0.3 0.7 | 20 80 140 100 50 80 |
注:顶锻留量等于线材直径,有电流顶锻量等于直径的0.2-0.3倍。
直径很小的线材、不同材料的线材,以及线材与冲压件(如电阻器和二极管的端盖)可采用电容储能式对焊,其特点在于焊接条件非常硬,加热范围极窄,大大减轻了被焊金属热物理性能对接头形成的影响。
二、杆件的对焊
多用于建筑业的钢筋对焊,通常直径d<10mm者用电阻对焊;d>10mm用连续闪光对焊;d>30mm用预热闪光对焊。用手动对焊机时,由于焊机功率较小(通常不超过50KVA)d=15-20mm时,一般就要用预热闪光对焊。
杆件对焊时可使用半圆形或V形夹钳电极,后者可用于各种直径,因而获得广泛应用。杆件属实心断面,刚性较大,可采用较长的伸出长度。低碳钢棒材电阻对焊和闪光对焊的工艺参数可参考下面两表:
低碳钢棒材电阻对焊的焊接条件
断面积(mm2) | 伸出长度(mm) | 焊接缩短量(mm) | 电流密度(A/mm2) | 焊接时间(S) | 焊接压强(Mpa) |
有电 | 无电 |
25 50 100 250 | 6+6 8+8 10+10 12+12 | 0.5 0.5 0.5 10 | 0.9 0.9 1.0 1.8 | 200 160 140 90 | 0.6 0.8 1.0 1.5 | 10-20 |
1)焊接淬火钢时增加20-30%
2)对于淬火钢增加100%
低碳钢棒材闪光对焊的时间和流量
焊接直径 (mm) | 预热闪光对焊 | 连续闪光对焊 |
留量(mm) | 时间(s) | 留量(mm) | 时间(s) |
总流量 | 预热与闪光 | 顶锻 | 预热 | 闪光与顶锻 | 总流量 | 闪光 | 顶锻 |
5 10 15 20 30 40 50 70 90 | - - 9 11 16 20 22 26 32 | - - 6.5 7.5 12 14.5 15.5 19 24 | - - 2.5 3.5 4 5.5 6.5 7 8 | - - 3 5 8 20 30 70 120 | - - 4 6 7 8 10 15 20 | 6 8 13 17 25 40 - - - | 4.5 6 10.5 14 21.5 35.5 - - - | 1.5 2 2.5 3 3.5 4.5 - - - | 2 3 6 10 20 40 - - - |
三、管子对焊
管子对焊广泛用于锅炉制造、管道工程及石油设备制造。根据管子的断面和材料选择连续或预热闪光对焊。夹钳电极可以用半圆形或V形。通常当管径与壁厚的比值大于10时可选用半圆形,以防管子被压扁。比值小于10时可选用V形。为避免管子在夹钳电极中滑移,夹钳电极应有适当的工作长度。管径为20-50mm时,工件长度为管径的2-2.5倍;管径为200-300mm时为1-1.5倍。低碳钢和合金钢管连续闪光对焊的工艺参数可参考下表:
20号钢、12Cr1MoV及12Cr18Ni12Ti刚管连续闪光对焊的焊接条件
钢种 | 尺寸(mm) | 次级空载电压(V) | 伸出长度2L(mm) | 闪光留量(mm) | 平均闪光速度(mm/s) | 顶锻留量(mm) | 有电流顶锻量(mm) |
20 | 25×3 32×3 32×4 32×5 60×3 | 6.5-7.0 | 60-70 | 11-12 11-12 15 15 15 | 1.37-1.5 1.22-1.33 1.25 1.0 1.15-1.0 | 3.5 2.5-4.0 4.5-5.0 5.0-5.5 4.0-4.5 | 3.0 3.0 3.5 4.0 3.0 |
12Cr1MoV | 324 | 6-6.5 | 60-70 | 17 | 1.0 | 5.0 | 4.0 |
12Cr18Ni12Ti | 324 | 6.5-7.0 | 60-70 | 15 | 1.0 | 5.0 | 4.0 |
大直径厚臂钢管一半用预热闪光对焊,其工艺参数可参考下表:
大断面低碳钢管预热闪光对焊的焊接条件
管子截面 (mm2) | 次级空载电压(v) | 伸出长度2L(mm) | 预热时间(S) | 闪光留量 (mm) | 平均闪光速度(mm/s) | 顶锻留量 (mm) | 有电流顶锻量(mm) |
总时间 | 脉冲时间 |
4000 10000 16000 20000 32000 | 6.5 7.4 8.5 9.3 10.4 | 240 340 380 420 440 | 60 240 420 540 720 | 5.0 5.5 6.0 6.0 8.0 | 15 20 22 23 26 | 1.8 1.2 0.8 0.6 0.5 | 9 12 14 15 16 | 6 8 10 12 12 |
由于管子是展开形断面,散热较快,端面液态金属易于冷却,顶锻时难于挤出。面积分散,又使闪光过程中自保护作用减弱。因此,当工艺参数选择不当时,非金属夹杂物会残留在接口中形成灰斑缺陷。保持稳定闪光,提高闪光和顶锻速度,并采用气体保护,能减少或消除灰斑。
管子焊后,需去除内外毛刺,以保证管子外表光洁,内部有一定的通道孔径。去除毛刺需使用专用工具。
四、薄板对焊
薄板对焊在冶金工业轧制钢板的连续生产线上广泛应用。板材宽度从300到1500mm以上,厚度从小于1mm到十几mm。材料有碳钢、合金钢及有色金属及其合金等。板材对焊后,接头由于将经受轧制,并生产很大的塑性变形,因而不仅要有一定的强度、而且应有很高的塑性。厚度小于5mm的钢板,一般采用连续闪光对焊,用平面电极单面导电,板材较厚时,采用预热闪光对焊,双面导电,以保证沿整个端面加热均匀。
薄板焊接时,因断面的长与宽之比较大,面积分散、接头冷却快,闪光过程中自保护作用较弱,同时,液态过梁细小,端面上液态金属层薄。易于氧化和凝固。因此必须提高闪光和顶锻速度。焊后须趁热用毛刺切除装置切除毛刺。低碳钢和不锈钢板闪光对焊的工艺参数参考下面两表:
低碳钢钢板的闪光和顶锻留量
厚度(mm) | 宽度(mm) | 留量(mm) |
总流量 | 闪光 留量 | 顶锻留量 |
总流量 | 有电 | 无电 |
2 | 100 400 1200 2000 | 9.5 11.05 15 17.5 | 7 9 11 15 | 2 2.5 4 4.5 | 1 1.5 2 2 | 1 1 2 2.5 |
3 | 100 400 1200 2000 | 12 15 16 20 | 9 11 13 14 | 3 4 5 6 | 2 2.5 2 3 | 1 2 3 3 |
4-5 | 100 400 1200 2000 | 14 17 20 21 | 10 12 14 15 | 4 5 6 6 | 2 2 3 3 | 2 2 3 3 |
不锈钢板闪光对焊的流量
厚度(mm) | 最终钳口距离(mm) | 闪光留量(mm) | 顶锻留量(mm) | 伸出总长(mm) |
1.0 1.5 2 2.5 3 4 5 6 10 - | 3 5 6 7 9.5 11 15 16 18 - | 5.5 8 10.5 13 15 15 18 18 20 - | 1.5 2 2.5 3.0 3.5 4 5 6 7 - | 10 15 19 23 27 30 38 40 55 - |
五、环形件对焊
环形件(如车轮辋、链环、轴承环、喷气发动机安装边等)焊接时,除了考虑对焊工艺的一般规律外,还应注意分流和环形件变形弹力的影响。由于存在分流,需用功率要增大15-50%。分流虽环形件直径的减小,断面的增大,以及材料电阻率的减小而增大。
环形件对焊时,顶锻压力的选择必须考虑变形反弹力的影响,但由于分流有对环背加热的作用,因而顶锻压力增加量不大。
自行车、摩托车钢圈、汽车轮辋均采用连续闪光对焊,夹钳电极的前口必须与工件断面相吻合。顶锻时,为了防止反弹力影响接头质量,甚至拉开接头,需要延长无电流顶锻时间。
锚链,传动链等链环多用于低碳钢和低合金钢制造,直径d<20mm时可用电阻对焊,d>20mm时可用预热闪光对焊,预热的目的是为了使接口处加热均匀,顶锻时容易产生一定的塑性变形。
链环对焊的工艺参数可参考下面两表:
锚链闪光对焊的焊接条件
锚链直径(mm) | 次级电压(V) | 初级电流(A) | 预热间断次数 | 焊接通电时间(S) | 顶锻速度(mm/s) | 闪光速度(mm/s) | 留量(mm) |
闪光 | 短路 | 自然间隙 | 等速 | 加速 | 有电项 | 无电项 | 合计 |
28 31 34 37 40 | 9.27 10.3 10.3 8.85 10.0 | 420 450 460 480 500 | 550 580 620 680 720 | 2-4 3-5 3-5 4-6 5-7 | 19±1 22±1.5 24±2 28±2 30±2 | 45-50 45-50 45-50 30 30 | 0.9-1.1 0.9-1.1 0.8-1.0 0.8-1.0 0.7-0.9 | 1.5 2 2 2.5 2 | 4 4 4 5 5 | 2 2 2 2 2 | 1.0-1.5 1.0-1.5 1.5 1.5 1.5-2 | 1.5 1.5 1.5 1.5-2 2 | 10-11 10-11 11-12 12-13 12-13 |
小直径链环电阻对焊的焊接条件
直径(mm) | 焊机额定功率(KVA) | 次级电压(V) | 焊接时间(S) | 每分钟焊接链环数 |
通电 | 断电 |
19.8 16.7 15.0 13.5 12.0 | 250 250 175 175 175 | 4.4-4.55 3.4-3.55 3.8-4.0 3.8-4.0 2.8 | 4.5 5.0 3.0 2.5 1.5 | 1.0 1.0 1.0 1.0 0.8 | 6.4 6.4 6.6 8.8 8.6 |
六、刀具对焊
刀具对焊时目前刀具制造业中用于制造毛坯的工艺方法之一,主要是高速钢(W8Cr4V,W-9Cr4V2)和中碳钢的对焊,刀具对焊有如下特点:
1)高速钢与中碳钢的导热性与电阻率差别大。在常温下,中碳钢λ=0.42W/(cm℃),ρ0=18-22uΩcm;高速钢λ=0.23W/(cm℃),ρ0=48Ωcm.为了使接合面两侧的温度分布基本一致,高速钢的伸出长度应比中碳钢小30-50%。一般情况下高速钢的伸出长度为(0.5-1.0)d。为了防止散热过快,伸出长度不小10mm。
2)高速钢淬火倾向大,焊后硬度将大大提高,并可能产生淬火裂纹。为了防止裂纹,可采用预热闪光对焊。预热时,将接口附近5-10mm范围内的金属加热到1100-1200℃。焊后在600-700℃的电炉中保温30min进行退火。
3)高速钢加热到高温时,会产生晶粒长大或在半熔化晶界上形成莱氏体共晶物,使接头变脆。莱氏体共晶物不能通过热处理消除。因此需要用充分的顶锻来消除这种组织,刀具对焊的工艺参数可参考下表:
刀具对焊的焊接条件
直径(mm) | 面积(mm2) | 次级电压(V) | 伸出长度(mm) | 留量(mm) |
预热 | 闪光 | 顶锻 | 总流量 | 工具钢留量 | 碳钢留量 |
工具钢 | 碳钢 | 有电 | 无电 |
8-10 11-15 16-20 21-22 23-24 25-30 31-32 33-35 36-40 41-46 47-50 51-55 55-30 | 50-80 80-180 200-315 250-380 415-450 490-700 750-805 855-960 1000-1260 1320-1660 1730-1965 2000-2375 - | 3.8-4 3.8-4 4-4.3 4-4.3 4-4.3 4.3-4.5 4.5-4.8 4.8-5.1 5.1-5.5 5.5-6.0 6.0-6.5 6.5-6.8 7.0-8.0 | 10 12 15 15 18 18 20 20 20 20 22 25 25 | 15 20 20 20 27 27 30 30 30 30 33 40 40 | 1 1.5 1.5 1.5 2 2 2 2 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 | 2 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3 4 | 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 1.5 | 1.5 1.5 1.5 1.5 2 2 2 2 2 2.5 2.5 3.5 4 | 5 6 6 6 7 7 7 7 8 9 9 10 12 | 3 3.5 3.5 3.5 4 4 4 4 5 5.5 5.5 6 7 | 2 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3 3 3.5 3.5 3.5 5 |
闪光对焊的新技术
1)程控降低电压闪光对焊 这种焊接方法的特点是,闪光开始阶段采用较高的次级空载电压,以利于激起闪光,当端面温度升高后,再采用低电压闪光,并保持闪光速度不变,以提高热效率。接近顶锻时,再提高次级电压,使闪光强烈,以增加自保护作用。
程控降低电压闪光对焊与预热闪光对焊相比较,具有焊接时间短、需用功率低、加热均匀等优点。
2)脉冲闪光对焊 这种焊法的特点是,在动夹钳送进的行程中,通过液压振动装置,再叠加一个往复振动行程,振幅为0.25-1.2mm,频率为3-35Hz均匀可调。由于振动使焊件端面交替的短路和拉开,从而产生脉冲闪光。
脉冲闪光对焊与普通闪光对焊相比较,由于没有过梁的自发爆破,喷溅的微粒小、火口浅,因而热效率可提高一倍多,顶锻留量可缩小到2/3-1/2。
以上两种方法主要是为了满足大断面工件闪光对焊的需要。
3)矩形波闪光对焊 这种焊法与工频交流正弦波闪光对焊相比较,能显著提高闪光的稳定性。因为正弦波电源当电压接近零位时,将使闪光瞬间中断,而矩形波可在全周期内均匀产生闪光。与电压相位无关。
矩形波电源单位时间内的闪光次数比工频交流提高30%,喷溅的金属微粒细,火口浅、热效率高。矩形波频率可在30-180Hz范围内调节。这种方法多用于薄板和铝合金轮圈的连续闪光对焊。