721024386170电阻焊知识Word格式文档下载.docx
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焊接电流或电压、功率
2.
焊接时间
3.
压力
另外决定焊接质量的因素为
焊接材料的形状
焊接材料的尺寸
焊接材料的表面电镀层材料及厚度
4.
电极的材料及形状
5.
理想的焊接电源及焊头的选定
伊萨焊接公司焊接技术简介
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摘要:
伊萨焊接公司焊接技术简介
1焊接工艺——WeldingProcesses
更多的焊接过程需要高温以便使金属接合。
热源的类型常作为描述焊接过程的基础，例如气焊，弧焊。
一个主要的问题存在于焊接过程中的是，随着温度的升高金属将与大气产生激烈的反应。
如何保护这些高温金属免受空气的影响是另一个重要的问题。
该项技术从焊剂，利用它形成的渣进行保护，到惰性气体保护。
某些情况下利用真空室将气体隔离。
一些工艺有它特殊的应用领域，而其它的工艺可以灵活的应用在很多方面。
虽然焊接主要是应用于同种甚至于异类金属材料间的连接，但同时也应用于对损坏工件的修复领域。
同时，在新的部件上"
硬面堆焊"
这个新领域的应用也得到了发展，结果是使部件表面具有耐腐蚀，耐磨，耐冲击等性能。
在这个应用领域主要是通过在廉价或耐磨基体材料表面上，堆焊一层合适的的材质。
自从在19世纪开始应用弧焊技术以来，该技术一直是焊接领域中应用最广和最大量的一项技术。
正如这个名字一样，它的热源源之焊接部件和金属焊条间所形成的电弧。
通过将电能转换为热能，使电弧温度达到7,000°
C（10,000°
F）,该温度将使金属熔化而连接在一起。
设备的大小和复杂程度有所不同，但主要的分类是基于所使用的保护方式和耗材或填充材料的类型。
电弧焊包括手工电弧焊，气保焊，气保钨极氩弧焊及埋弧焊。
2了解不同的焊接工艺
2。
1手工电弧焊－－MMA/SMAW
手工电弧焊，为人们所知的是保护金属弧焊，焊条焊接或者电弧焊。
这是最古老同时也是应用最广泛的一种焊接工艺。
电弧形成于金属药皮焊条的端部和工件之间。
熔融的熔滴能量来源于电弧热，同时这些熔融的熔滴进入熔池，焊条药皮分解所产生的气体将保护熔池使免受大气的影响。
融渣浮在金属熔池表面，在金属凝固的过程中起到保护熔池免受大气影响的目的。
在焊完每一道焊缝之后，焊渣必须尽快清除。
许多电焊条在生产过程中加入许多合金元素，是为了达到提高焊缝金属的力学性能，延展性等力学性能的目的。
这种方法常用于钢合金焊条，用于造船和通用的机械工业领域。
尽管因为在更换焊条和焊渣的去除使得相关的融敷效率降低，但是这种灵活的焊接工艺在一些受局限的工作场合仍有它相当的优势。
2气体保护弧焊－GMAW
气体保护焊（正如我们所知的气弧焊，MIG或MAG焊接），电弧产生于实芯焊丝和工件之间。
电弧与熔池被惰性气体或活性气体所保护。
该焊接过程适合大多数金属及多种合金焊丝。
气体保护焊的效率就是比要经常更换焊条的手工弧焊的效率来得高。
手工电弧焊因为有夹持端所引起材料的浪费。
每吨药皮焊条，大约只有百分之六十五的焊材进入焊缝（其余被丢弃）。
使用实芯焊丝和药芯焊丝将使熔敷率提高到85－90%。
气体保护焊是一种多功能焊接法，可进行全位置高效焊接。
该焊接方法常用于薄板中厚度的钢构件和铝合金结构，特别是在要求高速的人工焊接的作业中。
在重钢结构中药芯焊丝正逐步得到应用和推广。
3药芯焊丝弧焊－FCAW
从操作方法和设备方面来看，药芯焊丝焊接（FCAW）与MIG/MAG焊接工艺很相似。
然而，作为电极的焊丝不是实芯的而是在焊剂外面包裹了一层金属。
药芯焊丝开始于金属带，首先将其加工成“U”型，焊剂和合金材料放置在这‘U’型糟里，然后在一系列型轮作用下将其卷成管状。
在进行MIG/MAG焊接时，药芯焊丝有赖于气体保护，从而达到使焊接区域免受大气影响的目的。
如果保护气体与焊丝是分离的话，在这种情况下焊丝作为熔化极，那么这就是气体保护药芯焊丝。
若保护气体是产生于焊接过程中，通过焊剂的分解而产生，那么焊丝就是自保护药芯焊丝。
除了气体保护外，药芯焊丝焊接产生一层焊渣覆盖在焊缝表面上使其在冷却的过程中得到进一步的保护。
焊渣将在随后的焊接前被清除。
4钨极氩弧焊－－GTAW/TIG
钨极氩弧气保焊接是一种以不消耗的钨棒作为电极的焊接方法（如我们所知的TIG焊）。
惰性气体同时保护着焊接熔融金属、电弧以及电极。
如果需要加入填充金属，将材料加入熔融金属的前端就可以了。
钨极氩弧焊产生特别清洁、高质量的焊缝。
因为在焊接过程中不产生焊渣，焊缝金属夹渣的可能完全被排除，而且焊接完成后无需清洁。
钨极氩弧焊被认为可以用于几乎可以焊接所有的金属，并且可以手工或自动方式来进行。
钨极氩弧最常用于焊接那些对焊接效果要求极高的铝合金和不锈钢作业。
在核电，化工，航空，和食品工业的高质量的焊接作业中被广泛应用。
5等离子弧焊－－PAW
等离子弧焊（PAW）,这种焊接工艺与钨极氩弧焊非常相似。
它是由钨极氩弧发展而来，主要目的在于提高生产率。
等离子弧焊气流有两部分组成，等离子气体围绕着钨棒，形成等离子弧，而同时保护气体起到保护熔池的作用。
等离子弧焊有三种模式:
1．微等离子弧焊，焊接电流从0.1A到20A
2．中等等离子弧焊，焊接电流从20A到100A
3．穿孔等离子弧焊，超过100A,等离子弧可穿透厚墙。
广泛应用于航空/航天，加工，石化和核工业上的高质量焊接。
6电阻焊－ResistanceWelding
在60年代中叶，伊萨从一家从30年代就开发并制造电阻焊接设备的企业－ASEA集团中收购了ASEA-SVETS公司，使得伊萨公司的产品线中增加了电阻焊。
伊萨电阻焊接系列包括所有的设备。
从小的，手控的点焊机一直到成套设备，包括全自动船用链条生产线。
今日的设备的开发以及制造被分为三个单元，每一个单元都有其特点。
全球都知道我们广泛的焊接系列涵盖几乎这一领域的每一层面。
电阻焊就是金属的被焊部分在没有添加填料的情况下被施以压力和电流而接合。
焊接的热能等取决于是焊接处的电阻。
这是该种工艺的最重要因素，电阻焊的名字由此而来。
主要的电阻焊种类包括:
*点焊
*凸焊
*缝焊
*电阻对焊
*闪光对焊
7修复焊/堆焊－R&
M/Hardfacing
更换在使用的过程逐渐磨损或损坏的部件的成本促进了一系列被称为"
堆焊"
的技术的发展，通过部件修复使其性能恢复并再次被使用。
许多经过修复后的部件其工作寿命超过了其最初设计寿命。
因为堆焊工艺能够在表层覆盖比原材料具有更高的耐磨，耐腐蚀，耐冲击性能的材料。
因此，堆焊已广泛应用于许多生产部件上。
堆焊层的通常比较厚（2mm或更厚），在有些应用领域中需要解决中间层问题，以便最终解决表层与基材的冶金学问题。
电焊条和焊丝能提供不同的等级的耐磨，腐蚀和耐热性能，可以堆焊在部件的某些局部部位，如，阀和阀座，或者大区域如，轴承表面或轧辊表面等。
堆焊工艺更多应用于那些推土/挖泥机，碎施机以及加工行业。
8埋弧焊－－SAW
在埋弧焊，电弧产生于工件和融化电极间，在焊接过程中工件，融化式电极以及电弧都被一层焊剂所覆盖（因此叫埋弧），这时电弧是被隐藏起来的。
一部分的焊剂会融化形成焊渣达到保护熔池的目的。
剩余未使用的焊剂可以回收重新使用。
埋弧焊基本上是以全自动焊方式进行的，尽管在也有适用这工艺的手持焊枪。
为了提高焊接生产率，可采用多焊丝进行焊接。
因为其高熔敷率，所以特别适合以平焊处理需要高焊接质量的长直焊缝。
广泛应用于压力容器，化工，重工业，修复和造船工业等。
9电渣焊－－ESW
当焊接开始时，电弧产生于电极与工件间。
当放在焊接部位的焊剂融化时，产生焊剂熔池，接着熔深度逐渐加大。
当焊剂温度和导电率上升时，电弧消失同时焊接电流通过熔融的焊剂传导，通过电阻产生焊接热能。
焊缝在两个水冷固定铜块或移动块以及焊接面之间形成。
焊接过程中焊头向上移动。
根据焊材的厚度可以选用一个或多个电焊条作为焊接耗材。
如果母材相当厚，可用摆动法进行焊接。
这种方法的优点在于:
*高效
*降低接头准备的成本
*无论板材的有多厚，可以单道焊完成
*对接接头时无角变形
*很小的横向应力
*氢致裂纹的发生很底
这种焊接方法的缺点就是在焊接过程中采用大线能量，有助于焊缝的缓冷，这将直接导致热影响区（HAZ）的晶粒长大。
使得热影响区（HAZ）基材金属的韧性不足，而不能满足焊接结构的要求，也不能保证防止低温裂纹（脆性断裂）的发生。
10电气焊－－Electrogaswelding
电气焊接由电渣焊发展而来，同时与其设计和使用相似。
为了替代焊渣，焊条有如MIG/MAG焊接一样，必须使其在保护气体中熔化。
这种焊接方法常用于焊接那些12到100毫米的厚板材，在厚板时采用摆动法。
接头通常是有一些间隙的1字接头，V接头也常被使用。
当进行立焊时，例如大储罐，与手工的MIG/MAG焊相比，该方法可大大节约生产成本。
与其它的气体保护焊一样，实芯焊丝和药芯焊丝都可以被使用，甚至保护气都可以是相同的。
与电渣焊相比，在焊接过程中形成的的焊缝热影响区（HAZ）较小，因而可获得比较好的韧性。
较长得干伸长，可提高焊接速度，并减少母材熔化并产生较少的热量。
11摩擦搅拌焊－－FSW
摩擦搅拌焊是一种固相焊接过程，可以在无需达到熔点的情况下将金属薄片连接在一起，目前主要应用于铝质材料的焊接。
摩擦搅拌焊是为了满足工业发展的需要，由在英国剑桥的TWI（焊接研究所）首先发明并注册了专利。
在摩擦搅拌焊设备上，装有特制切面的搅拌器在柱形肩具的旋转下慢慢的深入两个需要对接的薄板或板材中然后形成对接接头。
部件必须夹紧于衬垫上，以防止对焊的过程中，板材被分开。
摩擦热由部件以及耐磨的搅拌头摩擦产生，摩擦热造成前者在还没有达到熔点前软化，同时工具在焊缝中横向移动，塑化的材料被转移到搅拌器的动向尾端，并在搅拌器与柱形肩具之间形成同时被锻压。
冷却后在两个焊接工件之间留下固态结合缝。
摩擦搅拌焊无需填充材料和保护气体，常用于连接铝合金薄板及板材。
板材从1.6毫米到30毫米，可以被全焊透，而又不产生气孔和内部缺陷。
在许多铝合金板材而言，即使是那些传统的熔化焊接工艺难以处理的焊接材料的焊接，都可以获得低变形的全透焊焊缝。
今天摩擦搅拌焊已成功应用于包括铝合金材料，（2xxx,5xxx,6xxx,7xxxand8xxx系列）和AL-LI合金的焊接，同时有例子显示摩擦搅拌焊也可以对铅、铜、镁甚至钛合金等材料进行焊接。
压力焊技术新发展*
吉林大学赵熹华
压力焊（PressureWelding），焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法，主要由电阻焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、爆炸焊、冷压焊、旋弧焊和磁力脉冲焊等组成。
0引言
压力焊是焊接科学技术的重要组成之一，广泛应用于航空、航天、能源、电子、车辆及轻工等部门。
统计资料表明，用压力焊完成的焊接量，每年约占世界总焊接量的1/3，并有继续增加的趋势。
为了适应新材料、新工艺、新产品在工业上开发应用的需要，近年来，国内外在压力焊焊接接头形成理论、焊接质量监控技术、焊接新工艺及新设备的开发和新材料焊接等方面作了大量工作。
鉴于压力焊专委会在焊接学会中的分工，本文仅就电阻焊和摩擦焊技术的新发展作一综述。
1电阻焊技术新发展
电阻焊（ResistanceWelding），工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法，主要由点焊、对焊、缝焊和高频焊等组成。
电阻焊是一种焊接质量稳定，生产效率高，易于实现机械化、自动化的连接方法。
1.1电阻焊接头形成理论研究进展
电阻焊接头形成理论研究为电阻焊新材料、新工艺、新设备、接头质量监控技术等发展创造了条件。
因此，它不仅具有较高的学术理论意义，也有很大的工程实用价值。
1．1．1点焊熔核孕育处理
国内学者赵熹华等人，在国家自然科学基金和美国GM基金资助下对多种难焊金属材料（铝合金、弹簧钢等）开展了“点焊熔核孕育处理理论与方法”的研究，现已取得如下成果：
（1）首次获得了全部凝固组织为等轴晶的点焊熔核（图1b）。
（2）首次使全部为柱状晶的点焊熔核贴合面处出现等轴晶区（图2b）。
（3）扩大熔核等轴晶区，缩小熔核柱状晶区，使凝固组织晶粒显著细化。
（a）未经孕育处理（柱状晶+等轴晶）（b）经过孕育处理（等轴晶）
图1LY12CZ铝合金点焊熔核
（a）经孕育处理（柱状晶组织及贴合面）（b）经过孕育处理（贴合面处的等轴晶组织）
图265Mn弹簧钢点焊熔核
研究结果表明，孕育处理可显著提高点焊接头力学性能，尤其是疲劳强度。
这就为点焊质量监控技术开辟了一条新路，从“质”的方面根本改善了点焊接头质量。
1．1．2电阻焊过程的数值模拟
数值模拟技术可灵活地对电阻焊过程中的各种影响因素进行研究，帮助人们进行一些不可能通过试验而完成的研究和分析，从而为电阻焊研究提供理论上的指导。
其中点焊接头形成过程的数值模拟研究一直是该领域科学研究发展的重要趋势。
目前的研究主要集中在点焊过程中的热、电、力行为，即根据物理学中描述热、电、力问题的基本方程，通过对方程中参数变化和边界条件进行假设，建立点焊过程的数学模型，进而用数值方法对点焊过程的温度场、电流场、电势场和应力、应变场进行求解，用以研究点焊过程机理。
近期研究进展见表1。
表1点焊过程数值模拟研究进展
时间（年）
研究者
内容
特点
1998
O.P.Gupta（印度）
轴对称有限元模型
该模型考虑了交流集肤效应
1999
王春生（中国）
三维有限差分模型
异质材料点焊热、电耦合行为分析
（1Cr8Ni9Ti-08F）
2000
Jamil.A.Khan
三维热模型
铝合金点焊，该模型没考虑接触面在点焊过程中变化
2001
龙昕（中国）
镀锌钢板点焊
2002
李宝清（中国）
铝合金点焊，热、电、力耦合行为分析，考虑了接触压强和温度等对接触电阻影响
1．1．3新型工业材料焊接性研究
新型工业材料—镀锌钢板和铝合金等在汽车工业中获得了大量应用，但由于其物理性能上的特殊性，其点焊焊接性很差，尤其是点焊过程中电极的磨损和沾污，严重影响了连续点焊生产。
而小焊点和粘焊等缺陷又使点焊接头力学性能和可靠性没有保障，尤其是铝合金更为严重。
因此，必须对这些材料的点焊焊接性作进一步深入细致的研究。
镀锌钢板焊接性研究主要集中在以下方面：
（1）镀层涂复方法（电镀锌、热镀锌、热镀Zn—Fe合金）及镀层厚度影响。
（2）镀层与电极头之间相互影响，法国学者T.Dupuy对电极端部损坏作了专题研究。
（3）熔核结晶形态、缺陷产生机理、力学性能等与点焊参数的关系等。
（4）以信息和控制新技术对点焊工艺和过程进行模拟和预测。
铝合金板焊接性研究主要集中在以下方面：
（1）电极粘结和喷溅产生机理及解决措施。
例如，铝合金点焊中飞溅的小波分析研究；
在铝合金板两面分别镀不同厚度的铬酸盐层，改变接触电阻大小的效果研究等。
（2）铝合金电阻点焊过程的数值模拟及能量分析等。
（3）铝合金点焊工艺设计及质量控制的智能化研究。
1.2电阻焊质量控制技术
保证电阻焊接头质量，提高其可靠性的核心就是在生产过程中运用先进的手段和设备实施质量控制。
特别是由于点焊工艺运用的广泛性、重要性和具有代表性，点焊质量控制技术始终是电阻焊领域研究的前沿和热点。
众所周知，点焊过程是一个高度非线性、有多变量耦合作用和大量随机不确定因素的过程，具有形核过程时间极短，处于封闭状态无法观测，特征信号提取困难等自身特点。
这就造成焊点质量参数（熔核直径、强度等）无法直接测量，只能通过一些点焊过程参数（焊接电流、电极间电压、动态电阻、能量、热膨胀电极位移、声发射、红外辐射和超声波等）进行间接的推断，这就极大影响了点焊质量监控的准确性和可靠性。
经过较长时间的探索和实践，研究者已获得如下共识：
发展多参量综合监测技术是提高点焊质量监控精度的有效途径，即充分利用监测信息，采用合理的建模手段，建立合理的多元非线性监测模型并使该模型能在较宽条件内提供准确、可靠的点焊质量信息，是质量控制技术关键。
研究表明，利用神经元网络理论、模糊逻辑理论、数值模拟技术及专家系统等可望解决真正的点焊质量直接控制，将点焊质量控制技术的研究推向一个新高度。
1．2．1基于模糊分类理论的点焊质量等级评判
德国学者Burmeister认为，电阻点焊过程是一个分类过程，是不能用公式来清晰描述。
只有通过监测点焊过程参数的一些最大值或最小值来进行片面描述，这样就可以从过程的函数描述转换为过程的分类描述，并用现有的专家知识来建立分类等级。
目前，已有用模糊分类的方法来评估焊接电流引起的过程信号（电极位移特征量、电极加速度特征量）和焊点质量变化的报道。
并指出模糊分类虽然适用于描述点焊过程的复杂性和非线性，可以用于焊点质量的等级评估，但只能给出焊点质量参数的大致范围，而且评价的准确性难以避免地受到专家知识等众多人为因素的影响。
1．2．2基于回归分析理论的点焊质量多参数监测方法
铝合金点焊焊接性较差，应用又日益广泛，迫切需要解决其质量监控问题。
英国学者M.HAO等人研制了一种铝合金点焊多参数监控系统，该系统可采集点焊过程和识别较宽范围过程现象的特征量，并利用回归分析的方法估测焊点的熔核直径和拉伸强度，试验表明，回归模型的估测值有足够的准确性。
1．2．3基于神经元网络理论的点焊质量多参量综合监测
国内学者张忠典等人运用神经元网络理论，研究了低碳钢动态电阻与焊点质量之间的模型关系，建立了点焊质量模糊综合评判模型，实现了低碳钢点焊质量的多参量综合监测。
实验表明，即使在恶劣的生产条件下，该系统也能实时、准确地监测点焊质量，确定合理的质量等级，满足实时监测及焊后评估的要求。
1．2．4基于数值计算的熔核直径在线自适应控制
日本学者西口公之等人研发的该方法需在焊前预先输入被焊件及其材质的机械与热物理参数，焊接时每隔一定时间间隔检测焊接电流与电极间电压，按照热传导数学模型计算出温度场分布情况，从而实时推算出熔核的生长情况，并据此反馈控制焊接电流以改变焊接区温度上升斜率。
通过合理调控各时间段温度上升斜率，确保熔核长大过程及结束前达到要求的直径。
实际生产使用证明，本技术能较好的解决镀锌钢板的点焊质量。
缺点是该方法需进行大量在线计算，必须采用高性能计算机，使设备投资增加。
目前，用数值模拟方法模拟铝合金点焊过程热—电—力学过程，预测点焊熔核的生长、电极磨损和裂纹形成情况等的研究正在进行，并取得一定进展。
同时，把模糊控制（FLC）和人工神经网络（ANN）建模相结合，所研究出的点焊智能控制系统正受到国内外学者和企业的重视。
1.3电阻焊新工艺
1．3．1随机多脉冲回火热处理点焊
该工艺可解决焊接性较差的可淬硬钢等的接头脆性和焊接质量不稳定。
其工艺特点如下：
（1）采用增大的电极压力（为相同板厚低碳钢点焊时的1.5~1.7倍），调制焊接电流脉冲（即使用热量递增控制以减轻或避免内喷溅）以防止点焊接头宏观缺陷（缩松、缩孔、裂纹）的产生。
（2）采用随机多脉冲回火热处理（回火脉冲次数n≥3），以防止点焊接头显微组织缺陷（硬脆马氏体、过烧组织）的出现，以及准确控制点焊接头组织及其分布特征，使接头高应力区获得完全回火处理。
据报道，该工艺比通常采用的双脉冲点焊工艺，可显著提高接头强度和疲劳性能。
1．3．2精密脉冲电阻对焊
该工艺可解决形位尺寸要求严格，焊接性差和接头性能有特殊要求的精细零件对焊。
（1）采用调制焊接压力（通过由直流电磁铁为核心的电磁加压机构实现），使顶锻开始时间和顶锻力准确、及时。
（2）采用调制电流脉冲（焊接脉冲+后热处理脉冲，后热处理脉冲可为单脉冲、双脉冲及多脉冲）。
（3）调制焊接压力与调制电流脉冲可适当配合，组成最佳精密脉冲对焊焊接循环，如图3所示。
图3TiNi记忆合金精密脉冲对焊原理
据报道，该工艺可较好实现记忆合金（TiNi）、可淬硬合金以及热物理性质相差较大的异种金属的对焊。
1．3．3导热电阻缝焊
导热电阻缝焊（ConductiveHeatResistanceSeamWelding）是利用普通通用电阻焊机，通过铁的电阻热的传导，进行铝材的焊接，具有如下优点：
无热裂纹缺陷；
与电弧焊或其它电阻焊方法相比具有较少的内部气孔；
高的焊接速度（高于普通电阻缝焊和电弧焊，低于激光焊）；
中等装备成本；
不需填充金属或保护气体。
1.4电阻焊新设备
次级整流电阻焊机和逆变式电阻焊机是当今世界电阻焊机发展的主要方向；
随着现代控制理论与电子元器件发展，其技术是关键（低电压大电流给次级整流带来难度；
控制的可靠性和精确性要求更高等）已基本解决。
目前，逆变式电阻焊机是优先发展的热点。
据统计，日本的Miyachi、Seiwa，欧洲的Messer、Tecna，北美的TJSnow，韩国的Taesung，中国的天津七○七所等已有容量300KVA以下的该类焊机产品。
图4为逆变式电阻焊机原理图。
图4逆变式电阻焊机原理示意图
逆变式电阻焊机具有以下特点：
（1）响应速度快，控制精度高。
由于采用较高的逆变频率（500~2000Hz），时间调节和反馈控制周期在1ms（1000Hz）以内，大大提高了焊接电流控制精度。
（2）体积小，重量轻。
由于采用中频的工作频率，在相同的功率输出时焊接变压器体积和重量明显减小，据报道，采用逆变式的一体式焊钳其重量可减轻50%。
（3）三相负载平衡，功率因数高，节能。
（4）工艺优势明显。
焊接电流为脉动直流（且波纹度小），无交流过零不加热工件的缺点，热量集中能焊接各种材料。
同时，电极寿命获得延长。
目前，逆变式电阻焊机要继续深入研究的主要问题是：
（1）大功率开关元件的不断更新
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