第十一章_压焊工艺

1、1第十一章第十一章 压焊工艺压焊工艺 压力焊压力焊是指通过是指通过加热加热等手段使金属达到等手段使金属达到塑性状态塑性状态，加压加压使其产生使其产生塑性变形塑性变形、再结晶再结晶和和扩散扩散等作用，使两个分等作用，使两个分离表面的原子接近到晶格距离（离表面的原子接近到晶格距离（0.30.30.5nm)0.5nm)，形成，形成金属金属键键，从而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。，从而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。 热源形式为热源形式为：电阻热、高频热、摩擦热等。：电阻热、高频热、摩擦热等。 力的形式为力的形式为：静压力、冲击力（锻压力）和爆炸力等。：静压力、冲击力（锻压力）和爆炸力等。 压力焊为

2、压力焊为：冷压焊、扩散焊和热压焊：冷压焊、扩散焊和热压焊 2第一节 电阻焊一、电阻焊的原理一、电阻焊的原理 电阻焊是利用电阻热为热源，并在压力下通过塑性变形电阻焊是利用电阻热为热源，并在压力下通过塑性变形和再结晶而实现焊接的。和再结晶而实现焊接的。 1.热源热源 电阻热：电阻热：Q=I2Rt ,焊接区的总电阻为：焊接区的总电阻为： R=Rc+2Rcw+2Rw。其中其中:Rc 焊件接触电阻，焊件接触电阻， Rcw 电极与焊件间的接触电阻电极与焊件间的接触电阻 Rw 焊件电阻。焊件电阻。3(2)影响接触电阻的因素：影响接触电阻的因素： 工件表面状态工件表面状态 表面愈粗糙、氧化愈严重、接触电阻愈大

3、。表面愈粗糙、氧化愈严重、接触电阻愈大。 电极压力电极压力 压力愈高、接触电阻愈小。压力愈高、接触电阻愈小。 焊前预热焊前预热 焊前预热将会使接触电阻大大下降。焊前预热将会使接触电阻大大下降。 静压力用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性变形或在压力下结晶。静压力用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性变形或在压力下结晶。 冲击力（锻压力）用来细化晶粒，焊合缺陷等。其压力变化形式有平压冲击力（锻压力）用来细化晶粒，焊合缺陷等。其压力变化形式有平压力，阶梯压力和马鞍形压力，其中马鞍形压力较为理想。力，阶梯压力和马鞍形压力，其中马鞍形压力较为理想。(1)接触电阻接触电阻Rc+2Rcw： 因接触面上存在的

4、微观凹凸不平、因接触面上存在的微观凹凸不平、氧化物等不良导体膜，使电流线弯曲氧化物等不良导体膜，使电流线弯曲变长，实际导电面积减小。变长，实际导电面积减小。 2.压力压力43. 3. 电阻焊过程电阻焊过程 预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑性变形和再结晶预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑性变形和再结晶。 通电后，因两焊件间接触电阻的存在，贴合面处温度迅速上升通电后，因两焊件间接触电阻的存在，贴合面处温度迅速上升到熔点以上。断电后，熔核立即开始冷却结晶，由于有维持压力或到熔点以上。断电后，熔核立即开始冷却结晶，由于有维持压力或顶锻压力的作用，从而消除了缩孔和缩松等缺陷，并产生顶锻压力的作用，

5、从而消除了缩孔和缩松等缺陷，并产生塑性变形塑性变形和再结晶，细化晶粒，获得组织致密的焊点和再结晶，细化晶粒，获得组织致密的焊点。电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三种形式。电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三种形式。电阻焊电阻焊52电阻点焊电阻点焊 电阻点焊是用电阻点焊是用圆柱电极圆柱电极压紧工件压紧工件，通电、保压通电、保压获得获得焊点焊点的的电阻焊方法。电阻焊方法。1. 点焊时的分流现象点焊时的分流现象 点焊前先将表面清理好的两个工件点焊前先将表面清理好的两个工件预压夹紧预压夹紧，然后，然后接通电流接通电流。电极为铜或铜合金材料电极为铜或铜合金材料，其内部通有冷却水，因此，其内部通有冷却水，因此电极子会熔

6、化电极子会熔化，而两工件相互接触处则由于电阻热很大，温度迅速升高，而两工件相互接触处则由于电阻热很大，温度迅速升高，金属熔化金属熔化形成液态熔核形成液态熔核。断电后，继续。断电后，继续维持或加大压力维持或加大压力，使熔核在压力下，使熔核在压力下凝凝固结晶，形成组织致密的焊点固结晶，形成组织致密的焊点。移动焊件，依次形成其他焊点。移动焊件，依次形成其他焊点。 因已焊点形成导电通道，在焊下一点时，焊接电流一部分将因已焊点形成导电通道，在焊下一点时，焊接电流一部分将从已焊点流过，使待焊点电流减少的现象称为分流。（图从已焊点流过，使待焊点电流减少的现象称为分流。（图11-4），），分流减小了焊接电流，

7、使焊点品质下降。分流减小了焊接电流，使焊点品质下降。6 从上式中可见，焊件愈厚，导电性愈好，则分流愈严重。因此，为防止分流，对不同的材质和板厚的材料，应满足不同的最小点距要求。见表11-17点焊时的熔核偏移点焊时的熔核偏移 在焊接不同厚度或不同材料时，因薄板或导热性好的材在焊接不同厚度或不同材料时，因薄板或导热性好的材料，吸热少，而散热快，导致熔核偏向厚板或导热差的材料料，吸热少，而散热快，导致熔核偏向厚板或导热差的材料的现象称为的现象称为熔核偏移熔核偏移。（见图。（见图11-511-5） 熔核偏移易使焊点减少，接头性能变差。可采用特殊电熔核偏移易使焊点减少，接头性能变差。可采用特殊电极和工艺

8、垫片的措施，防止熔核偏移，如图极和工艺垫片的措施，防止熔核偏移，如图11-611-6所示。所示。8p 点焊工艺参数点焊工艺参数点焊的工艺参数为点焊的工艺参数为电流、压力和时间电流、压力和时间。大电流，短时间大电流，短时间称为强规范。主要用于称为强规范。主要用于薄板和导热性好的金属的薄板和导热性好的金属的焊接焊接，也可用于不同厚度或不同材质及多层薄板的点焊。，也可用于不同厚度或不同材质及多层薄板的点焊。小电流，长时间小电流，长时间称为弱规范。主要用于称为弱规范。主要用于稍厚板和淬火钢的点焊稍厚板和淬火钢的点焊。9p点焊焊件都采用点焊焊件都采用搭接接头搭接接头应用：应用： 点焊主要适用于点焊主要适

9、用于厚度为厚度为4 mm以下的薄板、冲压结构及线材以下的薄板、冲压结构及线材的焊接的焊接，每次焊一个点或一次，每次焊一个点或一次焊多个点。焊多个点。 目前，点焊已目前，点焊已广泛用于制造广泛用于制造汽车、车厢、飞机等薄壁结构汽车、车厢、飞机等薄壁结构以及罩壳和轻工、生活用品以及罩壳和轻工、生活用品等。等。103电阻缝焊电阻缝焊 缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的盘状电极代缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重叠的连续焊缝（图替了柱状电极，焊后获得相互重叠的连续焊缝（图11-8）。）。缝焊分流严重，通常采用强规范焊接，焊接电流比点焊大1.52倍。电阻缝焊

10、电阻缝焊缝焊主要用于：缝焊主要用于：低压容器低压容器的焊接的焊接。 如汽车、摩托车的油箱、气体如汽车、摩托车的油箱、气体静化器等。静化器等。11 四、对焊四、对焊 先将工件先将工件夹紧并加压夹紧并加压，然后，然后通电通电使接触面温度达到塑性温度使接触面温度达到塑性温度(950 1000)。在压力下。在压力下塑变塑变和和再结晶再结晶形成形成固态焊接接头固态焊接接头。 电阻对焊要求对接处电阻对焊要求对接处 焊前焊前严格清理，严格清理， 所焊截面积较小。所焊截面积较小。 对焊是利用电阻热将杆状焊件端面对接的一种电阻焊工艺。对焊是利用电阻热将杆状焊件端面对接的一种电阻焊工艺。电阻对焊电阻对焊1. 1.

11、 电阻对焊电阻对焊一般用于钢筋的对接焊。一般用于钢筋的对接焊。12 2. 闪光对焊 先通电，后接触，因个别点接触，个别点通过的电流密度很高，可使其瞬间熔化或汽化，形成液态过梁。由于过梁上存在电磁收缩力和电磁引力及斥力而使过梁爆破飞出，形成闪光。闪光一方面排除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温度迅速升高。 闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管子等的焊接，也可用于异种金属的焊接。因接头中无过热区和铸态组织，所以性能高。 当温度分布到合适的状态后，立刻施加顶锻力，将对接处所有的液态物质全部挤出，是纯净的高温金属相互接触，在压力下产生塑性变形和再结晶，形成焊接接头。13第二节 摩擦焊一、摩擦焊的工艺过程原

12、理一、摩擦焊的工艺过程原理 摩擦焊是利用焊件摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动接触面相对旋转运动中中相互摩擦所产生的热相互摩擦所产生的热，使端部达到使端部达到塑性状态塑性状态，然后，然后迅速顶锻迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。，完成焊接的一种压焊方法。摩擦焊摩擦焊国外摩擦焊国外摩擦焊1415 焊件尺寸精度高，可以实现直接装配焊接。焊件尺寸精度高，可以实现直接装配焊接。 焊接生产率高，是闪光焊的焊接生产率高，是闪光焊的4 45 5倍。倍。 三相负载均衡，节能，改善了三相供电电网的供电条件。与闪光三相负载均衡，节能，改善了三相供电电网的供电条件。与闪光对焊比较，节省电能对焊比较，节省电能80%8

13、0%90%90%左右。左右。 由于摩擦焊金属焊接变形小，接头焊前不需特殊清理，接头上的由于摩擦焊金属焊接变形小，接头焊前不需特殊清理，接头上的飞边有时可以不必去除，焊接不需要填充材料和保护气体，加工飞边有时可以不必去除，焊接不需要填充材料和保护气体，加工成本显著降低。成本显著降低。 摩擦焊机容易实现机械化，自动化；操作技术简单，容易掌握。摩擦焊机容易实现机械化，自动化；操作技术简单，容易掌握。 摩擦焊的工作场地卫生，没有火花，弧光；没有有害气体，有利摩擦焊的工作场地卫生，没有火花，弧光；没有有害气体，有利于环境保护，适于设置在自动生产线上。于环境保护，适于设置在自动生产线上。 接头的焊接质量好

14、、稳定，其废品率是闪光对焊的接头的焊接质量好、稳定，其废品率是闪光对焊的1%1%左右。左右。 适于焊接异种钢和异种金属，如碳素结构钢适于焊接异种钢和异种金属，如碳素结构钢- -高速钢、铜高速钢、铜- -不锈不锈钢、铝钢、铝- -铜、铝铜、铝- -钢等。钢等。二、摩擦焊具有以下优点：二、摩擦焊具有以下优点：16第三节 超声波焊一、超声波焊的原理二、超声波焊的特点利用超声频的高频振荡能，通过磁致伸缩元件将超声频转化为高频振动，在上下振动极的作用下，两焊件局部接触处产生强烈的摩擦、升温好变形，从而使氧化皮等污物得以破坏或分散，并使纯净金属的原子充分靠近，形成冶金结合。可分为超声波点焊和超声波缝焊。

15、接头中无铸态组织或脆性金属间化合物，也无金属的喷溅，其力学性能比电阻焊好，稳定性高。可焊的材料范围广，特别适合于高熔点、高导热性和难熔金属的焊接及异种材料的焊接，可用于厚薄悬殊及多层箔片的焊接焊接表面清理简单，电能消耗少（为电阻焊5%）。17第四 节 扩散焊一、扩散焊的原理三、瞬时液相扩散焊过程将两焊件压紧并置于真空或保护气氛中加热，使接触面微观凹凸不平处产生塑性变形而紧密接触经过较长时间的保温和原子扩散形成固态冶金连接。分固态和瞬时液相扩散焊两种。 二、固态扩散焊过程变形-接触阶段扩散-界面推移阶段界面和孔洞消失阶段液相生成等温凝固均匀化18四、扩散焊的特点焊接温度低（熔点的40%80%），

16、可焊接熔化焊难以焊接的材料。可焊接结构复杂、要求焊接表面十分平整好光洁及精度要求高的焊接。可焊接不同材料。焊缝可与母材成分和性能相同。 四、扩散焊的应用扩散焊可用于高温合金涡轮叶片、超声速飞机中钛合金构件、钛-陶瓷静电加速管的焊接，异种钢、铝及铝合金、复合材料的焊接及金属与陶瓷等的焊接。19第五节 爆炸焊一、爆炸焊的原理二、爆炸焊的特点利用爆炸时产生的高压、高温及高速冲击波作用在腹板上，使其与基板猛烈冲击，在接触处产生射流，从而清除表面的氧化物等杂质，并在高压下形成固态接头。结合面为平坦界面时，撞击速度较低，结合面无熔化发生，因此接头性能较差。故在实际生产中不多用。结合面为波浪界面时，撞击速度

17、较高，结合面有熔化发生，因此接头性能较好。故在实际生产中尽可能使用这种结合形式。结合面为连续的熔化层时，撞击速度过高，结合面产生连续的熔化层，因此接头性能也较差。故在实际生产中尽量避免使用这种结合形式。20第十二章第十二章 钎焊、封接与粘钎焊、封接与粘接工艺接工艺 钎焊、封接与粘接工艺是一种物理和化学连接。钎焊、封接与粘接工艺是一种物理和化学连接。 它是在低于构件熔点的温度下，采用它是在低于构件熔点的温度下，采用填缝材料填缝材料，在在液态下充填缝隙液态下充填缝隙，通过，通过毛细作用及表面化学反应毛细作用及表面化学反应，待填缝材料结晶或固化后待填缝材料结晶或固化后，将两个分离的表面连接形，将两个

18、分离的表面连接形成不可拆接头。成不可拆接头。2112.1 钎焊钎焊 1硬钎焊硬钎焊 钎料熔点在钎料熔点在450以上，接头强度较高，都在以上，接头强度较高，都在200MPa以上，以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。 2软钎焊软钎焊 钎料熔点为钎料熔点为450以下，接头强度较低，一般不超过以下，接头强度较低，一般不超过70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的工件。常用的钎料所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。是锡铅合金，所以通称锡焊。钎焊：钎焊：是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后，是利用熔点

19、比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的一种焊接方法。钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的一种焊接方法。22 钎焊过程中，一般都需要使用钎焊过程中，一般都需要使用钎剂钎剂。 钎剂的作用是：钎剂的作用是：清除清除被焊金属表面的被焊金属表面的氧化膜氧化膜及其它及其它杂杂质质，改善钎料流入间隙的性能改善钎料流入间隙的性能（即润湿性），保护（即润湿性），保护钎料及钎料及焊件不被氧化焊件不被氧化。 因此钎剂对钎焊质量影响很大。因此钎剂对钎焊质量影响很大。 软钎焊时软钎焊时，常用的常用的钎剂为松香或氯化锌钎剂为松香或氯化锌溶液。溶液。 硬钎焊时，硬钎焊时，钎剂种类较多，主

20、要由钎剂种类较多，主要由硼砂、硼酸、氟化硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等组成物、氯化物等组成，应根据钎料种类选择应用。，应根据钎料种类选择应用。 钎焊的加热方法：钎焊的加热方法：烙铁加热、火焰加热、电阻加热、烙铁加热、火焰加热、电阻加热、感应加热、盐浴加热等。感应加热、盐浴加热等。钎焊钎焊233钎焊的特点：钎焊的特点： 1）工件加热温度低，所以其）工件加热温度低，所以其组织和力学性能变化很小组织和力学性能变化很小。接。接头光滑平整，焊件尺寸精确。头光滑平整，焊件尺寸精确。 2）可以焊接性能差异很大的异种金属可以焊接性能差异很大的异种金属，对焊件厚度也没有，对焊件厚度也没有严格限制。严格限制。 3）对焊件整体加热钎焊时，）对焊件整体加热钎焊时，可同时钎焊由多条可同时钎焊由多条（甚至上千（甚至上千条）条）接头组成的接头组成的、形状复杂的构件形状复杂的构件，生产率很高。，生产率很高。 4）钎焊设备简单，生产投资费用少。）钎焊设备简单，生产投资费用少。 5）钎焊接头强度低，允许的工作温度不高钎焊接头强度低，允许的工作温度不高，焊前清理要求，焊前清理要求严格，钎料价格较高。不适于一般钢结构和重载动载荷机件严格，钎料价格较高。不适于一