《压力焊机钎焊》PPT课件.ppt
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1、第第1 1章章点点 焊焊第一篇第一篇 电阻焊电阻焊1.概述概述 定义定义: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的焊接方法。优点:优点:焊接质量稳定,生产效率高,易实现机械化、自动化。缺点:缺点:设备复杂,耗电量大。应用:应用:汽车、航空航天、电子、家电等,占整个焊接工作量的1/4。第一篇第一篇 电阻焊电阻焊2.电阻焊物理本质电阻焊物理本质 利用焊接区本身的电阻热和大量塑性变形能量,使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离形成金属键,在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点、缝焊或对接接头。第一篇第一篇 电阻焊电阻焊 3.电阻焊分类电阻焊分类 及方法及
2、方法:表1 电阻焊分类(P7)第一篇第一篇 电阻焊电阻焊点焊凸焊缝焊第一篇第一篇 电阻焊电阻焊图1:电阻焊方法示意图电阻对焊闪光对焊 高频对接缝焊(高频感应焊)第一篇第一篇 电阻焊电阻焊4.4.电阻焊的优缺点电阻焊的优缺点电阻焊的优缺点电阻焊的优缺点uu 优点优点优点优点:和铆接或其它焊接方法相比:接头质量高、:和铆接或其它焊接方法相比:接头质量高、辅助工序少、无须填加焊接材料及文明生产等;辅助工序少、无须填加焊接材料及文明生产等;尤其易于机械化、自动化,生产效率高,经济效尤其易于机械化、自动化,生产效率高,经济效益显著。益显著。uu应用应用应用应用在航空航天、电子、汽车、家用电器等领域在航空
3、航天、电子、汽车、家用电器等领域发展,占整个焊接量发展,占整个焊接量1/41/4左右。左右。例如:用闪光对焊代替氩弧焊生产铝合金车圈,例如:用闪光对焊代替氩弧焊生产铝合金车圈,每生产每生产1010万辆自行车,仅此一项,一年可节约人万辆自行车,仅此一项,一年可节约人民币民币6666万。万。uu 缺点缺点缺点缺点:电阻焊接头质量的无损检测较为困难,电电阻焊接头质量的无损检测较为困难,电阻焊设备复杂,维修困难和一次性投资高。阻焊设备复杂,维修困难和一次性投资高。第一篇第一篇 电阻焊电阻焊5.电阻焊的发展方向电阻焊的发展方向1)向节能方向发展2)采用计算机技术控制电阻焊过程 焊接车间的集中控制和监视系
4、统 微机处理质量监控器的应用3)机械手在电阻焊方面的发展4)采用联合工艺第第1章点焊章点焊 本章主要内容:本章主要内容:一.点焊基本原理 二.点焊一般工艺 三.常用金属材料的点焊 四.特殊情况下的点焊工艺第第1章点焊章点焊一、一、点焊基本原理点焊基本原理 点焊(电阻点焊)的定义:应用条件:焊接装配成搭接接头,并压紧在电极之间,利用电阻热融化母材金属,形成焊点。接头为搭接、接头不要求气密性、所焊厚度小于3mm。第第1章点焊章点焊1.1.点焊接头的形成点焊接头的形成1.11.1点焊工艺简介点焊工艺简介 工件点焊加工过程:备料表面清理焊接(点焊)检验 简单点焊工艺过程:加压通电维持休止。4个连续过程
5、组成。第第1章点焊章点焊 熔核形成原因:熔核形成原因:熔核处距离电极远,冷却慢,热量散不出去。图2:点焊原理图1.2点焊熔核的形成过程点焊熔核的形成过程(F:课件用视频点焊实例1.MPG)u 接头的形成接头的形成 压力和电流下,形成真实的物理接触点,并随着通电加热的进行而不断扩大。塑变能与热能使接触点的原子不断激活,消失了接触面,继续加热形成熔化核心,简称熔核。熔核中的液态金属在电动力作用下发生强烈搅拌,熔核内的金属成分均匀化,结合界面迅速消失。第第1章点焊章点焊u 接头冷却:接头冷却:断电-加热停止后,液态金属从熔核边界开始,沿着与散热相反方向不断以枝晶形式向熔核中间结晶。直至生长的枝晶相互
6、抵住,接合面消失了,形成柱状晶形态的焊点组织。也可能因合金过冷条件不同,形成柱状晶+等轴晶混合形态的焊点组织。第第1章点焊章点焊1.31.31.31.3点焊塑性环的形成和作用点焊塑性环的形成和作用点焊塑性环的形成和作用点焊塑性环的形成和作用u 先于熔核形成,且随熔核的长大而长大。电极压力塑性变形电极通电热强烈再结晶塑性环u 作用:防止气体侵入熔核;防止液态金属沿板缝向外喷溅u 塑性环:熔核周围具有一定厚度的塑性金属区域。也有助于点焊接头承受载荷。-点焊特有第第1章点焊章点焊 1.41.41.41.4点焊接头的组织和结晶过程点焊接头的组织和结晶过程点焊接头的组织和结晶过程点焊接头的组织和结晶过程
7、柱状组织的形成过程柱状组织的形成过程柱状组织的形成过程柱状组织的形成过程uu金属结晶(焊接熔池)的两个基本过程:金属结晶(焊接熔池)的两个基本过程:1 1 1 1.晶核的形成晶核的形成晶核的形成晶核的形成 2.2.2.2.晶核的长大。晶核的长大。晶核的长大。晶核的长大。焊接熔池温度分布不均匀,中心温度高,边缘处散热焊接熔池温度分布不均匀,中心温度高,边缘处散热好,温度最低。母材熔合线处存在有半熔化的晶粒,构成好,温度最低。母材熔合线处存在有半熔化的晶粒,构成了液体金属结晶的晶核,所以焊接熔池的结晶是从熔池边了液体金属结晶的晶核,所以焊接熔池的结晶是从熔池边界处的熔合线处开始的(界处的熔合线处开
8、始的(联生结晶联生结晶)晶粒长大通常情况下是沿着与散热方向相反的方晶粒长大通常情况下是沿着与散热方向相反的方向以柱状形态向焊接熔池中心生长的,即由熔池边缘指向向以柱状形态向焊接熔池中心生长的,即由熔池边缘指向熔池中心温度最高处,直至这种柱状晶粒长大、相互接触,熔池中心温度最高处,直至这种柱状晶粒长大、相互接触,液体金属全部凝固时,结晶过程才结束。液体金属全部凝固时,结晶过程才结束。第第1章点焊章点焊uu 熔核全为柱状晶的形成过程:(eg:65Mn)图3:65Mn点焊接头第第1章点焊章点焊图4:柱状晶形成过程模型第第1章点焊章点焊.图4a 在固液相界面处为半熔化状态,为异质成核进行结晶提供有利条
9、件。.图4b 温度降低,熔合线处液态金属处于过冷状态,以半熔化晶粒作底面沿晶向长出枝晶。电极急冷作用下的温度梯度大,枝晶主干伸入液体中较远,枝晶生长速度很快。枝晶臂间距H与冷却速度V关系如下:一次枝晶臂间距H1 1 V-1/2 二次枝晶臂间距H2 2 V-(1/31/2).图图4c 4c 枝晶继续生长,凝固层推进枝晶继续生长,凝固层推进,液体向枝晶液体向枝晶间充填。间充填。枝晶间的液体向枝晶上凝固,使枝晶变长变粗枝晶间的液体向枝晶上凝固,使枝晶变长变粗 倾斜生长的枝晶束被与最大温度梯度一致的枝晶倾斜生长的枝晶束被与最大温度梯度一致的枝晶束所阻碍而半途停止。束所阻碍而半途停止。凝固时的体积收缩和
10、毛吸现象,均引起液态金属凝固时的体积收缩和毛吸现象,均引起液态金属向正在凝固的枝晶间充填。向正在凝固的枝晶间充填。.图图4d 4d 凝固结束:凝固结束:剩余液体金属不足以完全充填剩余液体金属不足以完全充填枝晶间隙,未被液体充满的枝晶将暴露在前沿,枝晶间隙,未被液体充满的枝晶将暴露在前沿,而枝晶间将留下空隙,形成缩松。而枝晶间将留下空隙,形成缩松。图图4e 4e 具有具有缩松缩松缺陷的熔核柱状组织断口形貌示意图缺陷的熔核柱状组织断口形貌示意图图图4f 4f 优质接头的熔核柱状组织断口形貌示意图。优质接头的熔核柱状组织断口形貌示意图。第第1章点焊章点焊(柱状(柱状+等轴)晶组织的形成过程等轴)晶组
11、织的形成过程(eg:2A12-T4)图5:2A12-T4点焊接头(P11)第第1章点焊章点焊图6:柱状晶+等轴晶形成过程模型区别:2Al2-T4枝晶常有熔断,熔断后游离到熔核中心,成为等轴晶晶核。第第1章点焊章点焊 .图图6a 6a 同图同图4a4a原理原理 。.图图6b 6b 以半熔化晶粒作底面沿以半熔化晶粒作底面沿向(金属向(金属立方晶系)长出枝晶束。立方晶系)长出枝晶束。某些枝晶发生二次晶轴某些枝晶发生二次晶轴的熔断、游离和向熔核中心运送。的熔断、游离和向熔核中心运送。.图图6c 6c 连续凝固层向前推进;枝晶粗化;倾连续凝固层向前推进;枝晶粗化;倾斜的枝晶束生长受阻,枝晶间距自动调整。
12、斜的枝晶束生长受阻,枝晶间距自动调整。更多的枝晶二次晶轴发生熔断、游离并被排更多的枝晶二次晶轴发生熔断、游离并被排挤到熔核心部;枝晶前沿液体金属的挤到熔核心部;枝晶前沿液体金属的温度梯度逐温度梯度逐渐变缓和溶质浓度的不断提高渐变缓和溶质浓度的不断提高,均使等轴晶核在,均使等轴晶核在熔核心部增殖,个别晶核以树枝晶形态生长。熔核心部增殖,个别晶核以树枝晶形态生长。.图图6d 6d 液态金属成分过冷越来越大,大量的等轴液态金属成分过冷越来越大,大量的等轴晶核以树枝晶形态迅速长大,彼此相遇,以及与晶核以树枝晶形态迅速长大,彼此相遇,以及与柱状晶的枝晶束相遇后呈现互相阻碍。柱状晶的枝晶束相遇后呈现互相阻
13、碍。当剩余液体金属不足以完全充填枝晶间隙时,当剩余液体金属不足以完全充填枝晶间隙时,即将形成缩松缺陷。即将形成缩松缺陷。图图6e 6e 具有缩松缺陷的熔核具有缩松缺陷的熔核“柱状等轴柱状等轴”组织组织图图6f 6f 优质接头的熔核优质接头的熔核“柱状等轴柱状等轴”组织组织 图图5 5 显示铝合金熔核由粗大柱状晶组织和粗大等轴显示铝合金熔核由粗大柱状晶组织和粗大等轴晶组织共同组成。粗大柱状晶的内部微观结构为晶组织共同组成。粗大柱状晶的内部微观结构为一枝晶束一枝晶束(图(图7 7),粗大等轴晶的内部微观结构),粗大等轴晶的内部微观结构为若干个为若干个等轴树枝状晶等轴树枝状晶紧密结成一团(图紧密结成
14、一团(图8 8)。)。第第1章点焊章点焊第第1章点焊章点焊a)a)枝晶束内部形态(光镜)枝晶束内部形态(光镜)b)b)枝晶束侧视形貌(枝晶束侧视形貌(SEMSEM)c)c)枝晶束顶端形貌(枝晶束顶端形貌(SEMSEM)图7:枝晶束形貌第第1章点焊章点焊图8:等轴晶形貌a)等轴晶表面形态(SEM)b)等轴晶内部枝晶形态(光镜)c)等轴晶群体形貌(SEM)第第1章点焊章点焊点焊熔核孕育处理点焊熔核孕育处理 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
15、点焊熔核(图9b)。第第1章点焊章点焊(a)未孕育处理(柱状晶+等轴晶)(b)孕育处理(等轴晶)图9:2A12-T4铝合金点焊熔核第第1章点焊章点焊 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10b)。a)未孕育处理(柱状晶组织及贴合面)b)孕育处理(贴合面处的等轴晶组织)图10:65Mn弹簧钢点焊熔核第第1章点焊章点焊 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。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。第第1章点焊章点焊 2.2.2.2.点焊的热源与加热特点
16、点焊的热源与加热特点点焊的热源与加热特点点焊的热源与加热特点 2.12.1点焊的热源点焊的热源 点焊的热源是电流通过焊接区产生的电阻热点焊的热源是电流通过焊接区产生的电阻热点焊的热源是电流通过焊接区产生的电阻热点焊的热源是电流通过焊接区产生的电阻热.(.(图图11)11)图11 点焊焊接区示意图和等效电路图第第1章章 点焊点焊根据焦耳定律,总析(产)热量Q为:式中:i焊接电流的瞬时值,是时间的函数 rc 焊件间接触电阻的动态值,是时间的函数 2rew电极与焊件间接触电阻的动态值,时间的函数 rw 焊件内部电阻的动态值,是时间的函数 t通电时间第第1章章 点焊点焊 总析热量Q的影响因素:焊接电流
17、焊接电流;电阻;通电时间;电阻;通电时间 焊接电流:产生电阻热的外部条件 电阻:产生电阻热的内部条件第第1章章 点焊点焊 2.22.2电流对点焊加热电流对点焊加热Q Q的影响的影响电流有效值的大小及电流波形电流有效值的大小及电流波形;2 Rw;2 Rw上电流场分布上电流场分布电流有效值的大小及电流波形影响电流有效值的大小及电流波形影响 调节焊接电流有效值大小会使得内部热源的析调节焊接电流有效值大小会使得内部热源的析热量发生显著变化,波形也有影响。热量发生显著变化,波形也有影响。电容式焊机或工频交流焊机 直流式焊机I IM幅值;I电流有效值ai 指数值,与电路时间常数有关图12:点焊时的电场与电
18、流密度分布(计算机模拟)a)电场分布;b)典型截面电流密度分布电流场分布的影响电流场分布的影响电流场特征造成加热强度不均匀,影响加热过程电流场特点:1.贴合面处电流线收缩,产生集中加热效果。2.贴合面边缘,电流密度大,首先出现塑性连接区。3.电流场不均匀,产热不均匀,造成不均匀温度场 改变电流波形、电极形状和尺寸,可改变电流分布,控制熔核形状和尺寸。第第1章章 点焊点焊2.3电阻对Q的影响接触电阻对Q的影响 Rc+2Rew:接触电阻,产热量约占内部热源的 5%10%;软规范时:Rc+2Rew 5%10%第第1章章 点焊点焊 焊件间接触电阻焊件间接触电阻Rc决定因素决定因素:(真实接触点和面积)
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