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縫焊方法及工藝介紹
縫焊是用一對(duì)滾盤電極代替點(diǎn)焊的圓柱形電極,與工件作相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而產(chǎn)生一個(gè)個(gè)熔核相互搭疊的密封焊縫的焊接方法。 縫焊廣泛應(yīng)用于油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機(jī)和汽車油箱,以及噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭、導(dǎo)彈中密封容器的薄板焊接。 縫焊電極 縫焊用的電極是圓形的滾盤,滾盤的直徑一般為50-600mm,常用的直徑為180-250mm。滾盤厚度為10-20mm。接觸表面形狀有圓柱面和球面兩種,個(gè)別情況下采用圓錐面(如圖12-1)。圓柱面滾盤除雙側(cè)倒角的形式外,還可以做成單測(cè)倒角的形式,以適應(yīng)折邊接頭的縫焊。接觸表面寬度ω視工件厚度不同為3-10mm,球面半徑R為25-200mm。圓柱面滾盤廣泛用于焊接各種鋼和高溫合金,球面滾盤因易于散熱、壓痕過(guò)渡均勻,常用于輕合金的焊接。 滾盤通常采用外部冷卻方式。焊接有色金屬和不銹鋼時(shí),用清潔的自來(lái)水即可,焊接一般鋼時(shí),為防止生銹,常用含5%硼砂的水溶液冷卻。滾盤有時(shí)也采用內(nèi)部循環(huán)水冷卻,特別是焊接鋁合金的焊機(jī),但其構(gòu)造要復(fù)雜得多。 縫焊方法 按滾盤轉(zhuǎn)動(dòng)與饋電方式分,縫焊可分為連續(xù)縫焊、斷續(xù)縫焊和步進(jìn)縫焊。 連續(xù)縫焊時(shí),滾盤連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),電流不斷通過(guò)工件。這種方法易使工件表面過(guò)熱,電極磨損嚴(yán)重,因而很少使用。但在高速縫焊時(shí)(4-15m/min)50Hz交流電的每半周將形成一個(gè)焊點(diǎn),交流電過(guò)零時(shí)相當(dāng)于休止時(shí)間,這又近似于下述的斷續(xù)縫焊,因而在制缸、制桶工業(yè)中獲得應(yīng)用。 斷續(xù)縫焊時(shí),滾盤連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),電流斷續(xù)通過(guò)工件,形成的焊縫由彼此搭迭的熔核組成。由于電流斷續(xù)通過(guò),在休止時(shí)間內(nèi),滾盤和工件得以冷卻,因而可以提高滾盤壽命、減小熱影響區(qū)寬度和工件變形,獲得較優(yōu)的焊接質(zhì)量。這種方法已被廣泛應(yīng)用于1.5mm以下的各種鋼、高溫合金和鈦合金的縫焊。斷續(xù)縫焊時(shí),由于滾盤不斷離開(kāi)焊接區(qū),熔核在壓力減小的情況下結(jié)晶,因此很容易產(chǎn)生表面過(guò)熱、縮孔和裂紋(如在焊接高溫合金時(shí))。盡管在焊點(diǎn)搭疊量超過(guò)熔核長(zhǎng)度50%時(shí),后一點(diǎn)的熔化金屬可以填充前一點(diǎn)的縮孔,但最后一點(diǎn)的縮孔是難以避免的。不過(guò)目前國(guó)內(nèi)研制的微機(jī)控制箱,能夠在焊縫收尾部分逐點(diǎn)減少焊接電流,從而解決了這一難題。 步進(jìn)縫焊時(shí),滾盤斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),電流在工件不動(dòng)時(shí)通過(guò)工件,由于金屬的熔化和結(jié)晶均在滾盤不動(dòng)時(shí)進(jìn)行,改善了散熱和壓固條件,因而可以更有效地提高焊接質(zhì)量,延長(zhǎng)滾盤壽命。這種方法多于鋁、鎂合金的縫焊。用于縫焊高溫合金,也能有效地提高焊接質(zhì)量,但因國(guó)內(nèi)這種類型的交流焊機(jī)很少,因而未獲應(yīng)用。當(dāng)焊接硬鋁。以及厚度為4+4mm以上的各種金屬時(shí),必須采用步進(jìn)縫焊,以便形成每一個(gè)焊點(diǎn)時(shí)都能像點(diǎn)焊一樣施加鍛壓力,或同時(shí)采用暖冷脈沖。但后一種情況很少使用。 按接頭型式分,縫焊可分為搭接縫焊、壓平縫焊、墊箔對(duì)接縫焊、銅線電極縫焊等。 搭接縫焊同點(diǎn)焊一樣,搭接接頭可用一對(duì)滾盤或用一個(gè)滾盤和一根芯軸電極進(jìn)行縫焊。接頭的最小搭接量與點(diǎn)焊相同。 搭接縫焊除常用的雙面縫焊外,還有單面單縫縫焊、單面雙縫縫焊和小直徑圓周縫焊等。小直徑圓周縫焊可采用1、偏離加壓軸線的滾盤電極;2、橫向縫焊機(jī)上附加一定位裝置;3、采用環(huán)形電極,電極的工件表面呈錐形,錐尖必須落在小直徑圓周焊縫中心,以消除電極在工件上的滑移。 壓平縫焊時(shí)的搭接量比一般縫焊時(shí)要小得多,約為板厚的1-1.5倍,焊接時(shí)同時(shí)壓平接頭,焊后的接頭厚度為板厚的1.2-1.5倍。通常采用圓柱形面的滾盤,其寬度應(yīng)全部覆蓋接頭的搭接部分。焊接時(shí)要使用較大的焊接壓力和連續(xù)的電流。為了獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量,必須精確地控制搭接量。通常要將工件牢固夾緊或用定位焊預(yù)先固定。這種方法可以獲得具有良好外觀的焊縫,常用于低碳鋼和不銹鋼制成的食品容器和冷凍機(jī)襯套等產(chǎn)品的焊接。 墊箔對(duì)接縫焊是解決厚板縫焊的一種方法。因?yàn)楫?dāng)板厚達(dá)3mm時(shí),若采用常規(guī)搭接縫焊,就必須用很慢的焊接速度,較大的焊接電流和電極壓力,這會(huì)引起工件表面過(guò)熱和電極粘附,使焊接困難。若用墊箔縫焊,就可以克服這些困難。墊箔對(duì)接縫焊簡(jiǎn)單介紹:先將面板件邊緣對(duì)接,并在接頭通過(guò)滾盤時(shí),不斷地將兩條箔帶鋪墊于滾盤和板件之間。箔帶的厚度為0.2-0.3mm,寬度為4-6mm.由于箔帶增加了焊接區(qū)的電阻,并使散熱困難,因而有利于熔核的形成。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:接頭有較平緩的加強(qiáng)高;良好的外觀;不管板厚如何箔帶的厚度均相同;不易產(chǎn)生飛濺,因而對(duì)應(yīng)于一定電流的電極壓力均應(yīng)相同;不易產(chǎn)生飛濺,因而對(duì)應(yīng)于一定電流的電極壓力均可減小一半;焊接區(qū)變形小。其缺點(diǎn)是:對(duì)接精度要求高;焊接時(shí)必須準(zhǔn)備地將箔帶鋪墊于滾盤與工件間,增加了自動(dòng)化的困難。 銅線電極縫焊是解決鍍層鋼板縫焊時(shí),鍍層粘著滾盤的有效方法。焊接時(shí),將圓銅線不斷地送到滾盤與板件之間。銅線呈卷狀連續(xù)輸送,經(jīng)過(guò)滾盤后又連續(xù)繞在另一繞線盤上。鍍層僅粘附銅線上,而不會(huì)污染滾盤。雖然銅線用過(guò)后要報(bào)廢。但鍍層鋼板、特別是鍍錫鋼板,還沒(méi)有別的縫焊方法可以代替它。由于報(bào)廢銅線的售價(jià)與銅線相差不多,所以焊接成本并不高。這種方法主要用于制造食品罐。 我國(guó)最近生產(chǎn)的FHGX-1型罐身電阻焊自動(dòng)線,是這一方法的最新發(fā)展。銅線在送至滾盤前先扎成扁平線。搭接接頭和壓平縫焊一樣(如圖12-7b)。銅線用完后又自動(dòng)切成短段回收。這種方法的焊接速度非常高,板厚0.2mm時(shí),焊速可達(dá)15m/min。自動(dòng)線包括板件的送進(jìn)、成形、焊接、焊縫的涂漆和烘干。 縫焊工藝 一、工藝參數(shù)對(duì)縫焊質(zhì)量的影響 縫焊接頭的形成本質(zhì)上與點(diǎn)焊相同,因而影響焊接質(zhì)量的諸因數(shù)也是類似的。主要有焊接電流、電極壓力、焊接時(shí)間、休止時(shí)間、焊接速度和滾盤直徑等。 1、焊接電流 縫焊形成熔核所需的熱量來(lái)源與點(diǎn)焊相同,都是利用電流通過(guò)焊接區(qū)電阻產(chǎn)生的熱量。在其他條件給定的情況下,焊接電流的大小決定了熔核的焊透率和重疊量。在焊接低碳鋼時(shí),熔核平均焊透率為鋼板厚度的30-70%,以45-50%為最佳。為了獲得氣密縫焊熔核重疊量應(yīng)不小于15-20%。 當(dāng)焊接電流超過(guò)某一定值時(shí),繼續(xù)增大電流只能增大熔核的焊透率和重迭量而不會(huì)提高接頭強(qiáng)度,這是不經(jīng)濟(jì)的。如果電流過(guò)大,還會(huì)產(chǎn)生壓痕過(guò)深和焊接燒穿等缺陷。 焊縫時(shí)由于熔核互相重疊而引起較大分流,因此,焊接電流通常比點(diǎn)焊時(shí)增大15-40%。 2、電極壓力 縫焊時(shí)電極壓力對(duì)熔核尺寸的影響與點(diǎn)焊一致。電極壓力過(guò)高會(huì)使壓痕過(guò)深,同時(shí)會(huì)加速滾盤的變形和損耗。壓力不足則易產(chǎn)生縮孔,并會(huì)因接觸電阻過(guò)大易使?jié)L盤燒損而縮短其使用壽命。 3、焊接時(shí)間和休止時(shí)間 縫焊時(shí),主要通過(guò)焊接時(shí)間控制熔核尺寸,通過(guò)冷卻時(shí)間控制重疊量。在較低的焊接速度時(shí),焊接與休止時(shí)間之比為1.25:1-2:1,可獲得滿意結(jié)果。當(dāng)焊接速度增加時(shí),焊點(diǎn)間距增加,此時(shí)要獲得重疊量相同的焊縫,就必須增大比例。為此,在較高焊接速度時(shí),焊接與休止時(shí)間之比為3:1或更高。 4、焊接速度 焊接速度與被焊金屬、板件厚度、以及對(duì)焊縫強(qiáng)度和質(zhì)量的要求等有關(guān)。通常在焊接不銹鋼、高溫合金和有色金屬時(shí),為了避免飛濺和獲得致密性高的焊縫,必須采用較低的焊接速度。有時(shí)還采用步進(jìn)縫焊,使熔核形成的全過(guò)程均在滾盤停止的情況下進(jìn)行。這種縫焊的焊接速度要比常用的斷續(xù)縫焊低得多。 焊接速度決定了滾盤與板件的接觸面積、以及滾盤與加熱部位的接觸時(shí)間,因而影響了接頭的加熱和散熱。當(dāng)焊接速度增大時(shí),為了獲得足夠的熱量,必須增大焊接電流。過(guò)大的焊接速度會(huì)引起板件表面燒損和電極粘附,因而即使采用外部水冷卻,焊接速度也要受到限制。 二、縫焊工藝參數(shù)的選擇 與點(diǎn)焊相似,主要是根據(jù)被焊金屬的性能、厚度、質(zhì)量要求和設(shè)備條件來(lái)選擇的。通?蓞⒖家延械耐扑]數(shù)據(jù)初步確定,在通過(guò)工藝試驗(yàn)加以修正。 滾盤尺寸的選擇與點(diǎn)焊電極尺寸的選擇原則一致。為減小搭邊尺寸,減輕結(jié)構(gòu)重量,提高熱量效率,減小焊機(jī)功率,近年來(lái)多采用接觸面寬度為3-5mm的窄邊滾盤。 滾盤的直徑和板件的曲率半徑均影響滾盤與板件的接觸面積,從而影響電流場(chǎng)的的分布與散熱,并導(dǎo)致熔核位置的偏移。當(dāng)焊盤直徑不同而板件厚度相同時(shí)。熔核將偏向小直徑滾盤一邊。滾盤直徑和板件厚度均相同,而板件呈彎曲形狀時(shí),則熔核偏向板件凸向電極的一邊。 不同厚度或不同材料縫焊時(shí),熔核偏移的方向和糾正熔核偏移的方法也類似于點(diǎn)焊,可采用不同的滾盤直徑和寬度,不同的滾盤材料,以及在滾盤與板件間加墊片等。 在不同厚度板件縫焊時(shí),由于經(jīng)過(guò)已焊好的焊縫區(qū)有顯著的分流,可以減小熔核向厚件的偏移。但在厚度差較大時(shí),薄件的焊透率仍然是不足的,必須采用上述糾正熔核偏移的措施。例如在薄件一邊采用導(dǎo)電性較低的銅合金做滾盤,并將其寬度和直徑也做得小一些。 縫焊接頭的設(shè)計(jì) 縫焊的接頭型式、搭邊寬度與點(diǎn)焊類似(壓平縫焊與墊箔對(duì)接縫焊的接頭例外)。 滾盤不象點(diǎn)焊電極那樣可以做成特殊形狀,因此設(shè)計(jì)縫焊結(jié)構(gòu)時(shí),必須注意滾盤的可達(dá)性。 當(dāng)焊接小曲率半徑工件時(shí),由于內(nèi)側(cè)滾盤半徑的減小受到一定限制,必然會(huì)造成熔核向外測(cè)偏移,甚至使外側(cè)板件未焊透。為此應(yīng)避免設(shè)計(jì)曲率半徑過(guò)小的工件。如果在一個(gè)工件上既有平直部分,又有曲率半徑很小的部分,如摩托車油箱那樣。為了防止小曲率半徑處的焊接未焊透,可以在焊到此部位時(shí),增大焊接電流。這在微機(jī)控制的焊機(jī)上尤其容易實(shí)現(xiàn)。 常用金屬的縫焊 一、低碳鋼的縫焊 低碳鋼是焊接性最好的縫焊材料。低碳鋼搭接縫焊根據(jù)使用目的和用途可采用高速、中速和低速三種方案。下表為低碳鋼搭接縫焊的焊接條件。手動(dòng)移動(dòng)工件時(shí),對(duì)便于對(duì)準(zhǔn)預(yù)定的焊縫位置,多采用中速。自動(dòng)焊接時(shí),如焊機(jī)的容量足夠,可以采用高速或更高的速度。如焊機(jī)容量不夠,不降低速度就不能保證足夠大的熔寬和熔深時(shí),就只能采用低速。 低碳鋼縫焊的焊接條件
下面兩表為連續(xù)通電的低碳鋼壓平縫焊和墊箔縫焊的焊接條件。 低碳鋼縫焊的焊接條件
低碳鋼墊箔縫焊的焊接條件
二、淬火合金鋼的縫焊 可淬硬合金鋼縫焊時(shí),為消除淬火組織,也需要采用焊后回火的雙脈沖加熱方式。在焊接和回火時(shí),工件應(yīng)停止移動(dòng),即應(yīng)在步進(jìn)縫焊焊機(jī)上進(jìn)行。如果缺少這種設(shè)備,只能在斷續(xù)縫焊機(jī)上進(jìn)行時(shí),建議采用焊接時(shí)間較長(zhǎng),弱條件。下表是焊接地合金鋼采用這種條件的推薦值。 低合金鋼縫焊的焊接條件
注:滾盤直徑為150-200mm 鍍層鋼板的縫焊 1、鍍鋅鋼板的縫焊 鍍鋅鋼板縫焊時(shí),應(yīng)注意防止產(chǎn)生裂紋,破壞焊縫的氣密性。裂紋產(chǎn)生的原因是殘留在熔核內(nèi)和擴(kuò)散到熱影響區(qū)的鋅使接頭脆化,手盈受應(yīng)力作用而引起的。防止裂紋的方法是正確選擇工藝參數(shù)。試驗(yàn)證明,焊透率越。10-26%),裂紋缺陷就越小?p焊速度高時(shí),散熱條件差、表面過(guò)熱、熔深大,則易產(chǎn)生裂紋。一般在保證熔核直徑和接頭強(qiáng)度的條件下,應(yīng)盡量選用小電流、低焊速和強(qiáng)烈的外部水冷。 滾盤易采用花鋼輪傳動(dòng),以便隨時(shí)修整滾盤尺寸并清理其表面。下表為鍍鋅鋼板縫焊的焊接條件。 各種鍍鋅鋼板縫焊的焊接條件
2.鍍鋁鋼板的縫焊 第一類鍍鋅鋼板縫焊的焊接條件見(jiàn)下表: 鍍鋁鋼板縫焊的焊接條件
對(duì)于第二類鍍鋁鋼板,也和點(diǎn)焊一樣,必須將電流增大15-20%。由于粘附現(xiàn)象比鍍鋅鋼板還嚴(yán)重,因此必須經(jīng)常修整滾盤。 3.鍍鋁鋼板的縫焊 鍍鋁鋼板對(duì)汽油有耐蝕性,故常用作汽車油箱。鍍鉛鋼板的縫焊與鍍鋅鋼板一樣,主要也是裂紋問(wèn)題,其工藝參數(shù)可參考下表: 鍍鉛鋼板縫焊的焊接條件
四、不銹鋼和高溫合金的縫焊 不銹鋼縫焊困難較少,通常在交流焊接上進(jìn)行。下表是不銹鋼縫焊的焊接條件: 不銹鋼(1cr18Ni9Ti)縫焊的焊接條件(HB/Z78-84)
高溫合金縫焊時(shí),由于電阻率高和縫焊的重復(fù)加熱,更容易產(chǎn)生結(jié)晶偏析和過(guò)熱組織,甚至使工件表面擠出毛刺,為此應(yīng)采用很慢的焊接速度、較長(zhǎng)的休止時(shí)間以利于散熱。下表為高溫合金縫焊的焊接條件: 高溫合金(GH33、GH35、GH39、GH44)縫焊的焊接條件
五、有色金屬的縫焊 1、鋁合金的縫焊 鋁合金縫焊時(shí),由于電導(dǎo)率高、分流嚴(yán)重,焊接電流要比點(diǎn)焊時(shí)提高15-50%,電極壓力提高10%。又因大功率單相交流縫焊機(jī)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響電網(wǎng)三相負(fù)荷的均衡性,因此國(guó)內(nèi)鋁合金縫焊均采用三相供電的直流脈沖或次級(jí)整流步進(jìn)焊機(jī)。下表是在FJ-400型直流脈沖縫焊機(jī)上焊接鋁合金的焊接條件: 鋁合金縫焊的焊接條件
為了加強(qiáng)散熱,鋁合金縫焊應(yīng)盡量采用球形端面滾盤,并必須用外部水冷。 2、銅和銅合金的縫焊 銅和銅合金由于電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率高,幾乎不能采用縫焊。對(duì)于電導(dǎo)率低的銅合金,如磷青銅、硅青銅和鋁青銅等可以縫焊,但需要采用比低碳鋼高的電流和較低的電極壓力。 3、鈦及其合金的縫焊 鈦及其合金縫焊時(shí)沒(méi)有太大的困難,其焊接條件與不銹鋼大致相同,但電極壓力要低一些。
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