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点、缝焊接头的质量
发布时间:2012-12-05 点击数:355次

1、 点、缝焊接头的质量

焊接过程中,由于焊接参数设定不合理或者结构设计不合适,都能造成质量问题,甚至出现废品。点焊接头质量,接头应具有一定的强度,这主要取决与熔核尺寸(熔核直径及熔透率);熔核及其周围热影响区的金属组织及缺陷。焊接质量检测在焊接生产过程中有很重要的地位,由于焊件和采用的材料的不同,质量检测的标准也不同。在国外和我国军工及重要民用产品部门,依焊件的承载能力和受力状态、材料的焊接性能和焊件在系统中的重要性,将焊接接头分为一、二和三级:
一级:承受很大的静载荷、动载荷或交变载荷,接头破坏会危及人员的生命安全。
二级:承受较大的静载荷、动载荷或交变载荷,接头破坏会导致系统的失败,但不危及人员的生命安全。
三级:承受较小的静载荷或动载荷的一般接头。
针对实际生产过程中比较常用的一些工艺流程和常见的一些焊接质量问题及结构问题,我们给以分析和解答,期望能给您的工作带来一些帮助。我们总结了常用的点、缝焊接头要注意的问题和主要质量问题及点焊结构的缺陷分

2、点焊过程应注意的问题

常见的点焊接头形式有搭接、卷边接、圆棒与圆棒点焊、圆棒与板点焊。在重要结构上,同时进行点焊的焊件数目尽量不要超过两件。因为焊件数目增加,造成电流的分流严重,致使焊点的强度不稳定。当焊件的板厚之比在1:3范围之内时,能够成功地实现点焊。
焊点的布置受分流和变形条件的限制。当焊件厚度增大时,允许的最小节距和从焊点中心到焊件边缘(或阻碍焊件变形的构件)的距离都相应增大。对电阻率较大的材料,例如奥氏体钢,焊点的最小节距应再增大25%-30%。下表列出了结构钢点焊时的布置尺寸。

结构钢点焊时焊点的布置尺寸

焊件厚度/mm

最小节距/mm

从焊点中心到肋条或折边的最小距离/mm

从焊点中心到焊件边缘的最小距离/mm

2焊件重叠

3焊件重叠

1

12

20

8

6

2

18

30

12

9

3

26

40

18

10

4

36

50

25

12

6

50

80

30

15

在通用焊机及简单夹具上点焊时应注意以下几点:
1)、点焊时伸入焊机回路内的铁磁体焊件或夹具的断面积应尽可能的小,并且在焊接过程中不能剧烈地变化。因为回路内的铁磁体能使回路阻抗增大,造成焊接电流减小。
2)、尽可能采用具有强烈水冷的通用电极进行焊接。
3)、焊点与焊件边缘不应太小;焊点不应布置在难以进行形变的部位。

3、焊前清理的一些问题

焊前表面清理:
1、机械清理:采用旋转钢丝刷、金刚砂毡轮抛光等,或者采用喷丸、喷砂处理。
2、化学清理:包括去油、酸洗、钝化等。化学清理是,零件不应有搭接缝或其他缝隙,以免因腐蚀液冲洗不干净而受腐蚀。电解抛光可用于板厚<0.5mm的不锈钢件、质量稳定。
清理后的焊件存放时间不可太长,一般铝合金清理后存放时间应<96h。

化学清理腐蚀液成分及工艺见下表:

焊件

溶液成分及温度

中和溶液

冷轧低合金钢

(除油用)

先在70-80°C热水,后在冷水中洗净

工业用磷酸三钠 Na3PO4 50kg/m3

煅烧苏打 Na2CO3 25kg/m3

苛性钠 NaOH 40kg/m3

温度 60-70°C

(酸洗用)

常温下在50-70kg/m3氢氧化钠或氢氧化钾溶液中中和

硫酸 H2SO4 0.11m3

氯化钠 NaCl 10kg

KCl填充剂1kg

温度 50-60°C

热轧低合金钢、不锈钢、耐热钢及高温合金钢

(酸洗用)

先在60-70°C质量分数为10%的Na2CO3 溶液中,后在冷水中冲净

硫酸 H2SO4 0.085m3

盐酸 HCl 0.215m3

硝酸 HNO3 0.01m3

温度 50-60°C

带氧化膜的钛合金

(酸洗用)

在40-50°C热水中冲净

盐酸 HCl 0.35m3

硝酸 HNO3 0.06m3

氟化钠 NaF 50kg

温度 40-50°C

黄铜、青铜

(除油用)

先在40-50°C热水,后在冷水中冲洗

工业用磷酸三钠 Na3PO4 15kg

煅烧苏打 Na2CO3 15kg

苛性钠 NaOH 15kg

温度 40-50°C

(酸洗用)

室温下在50-70kg/m3的NaOH或KOH溶液中中和

硫酸 H2SO4 0.1m3

盐酸 HCl 0.001m3

硝酸 HNO3 0.075m3

室温

4、点、缝焊接头的主要质量问题

名称

质量问题

产生的可能原因

改进措施

熔核焊缝尺寸缺陷

未焊透或熔核尺寸小

焊接电流小,通电时间短,电极压力过大

调整焊接参数

电极接触面积过大

修整电极

表面清理不良

清理表面

焊透率过大

焊接电流过大,通电时间过长,电极压力不足,缝焊速度过快

调整焊接参数

电极冷却条件差

加强冷却,改换导热好的电极材料

重叠量不够(缝焊)

焊接电流小,脉冲持续时间短,间隔时间长

修整电极

焊点间距不当,缝焊速度过快

外部缺陷

焊点压痕过深及表面过热

电极接触面积过小

修整电极

焊接电流过大,通电时间过长,电极压力不足

调整焊接参数

电极冷却条件差

加强冷却

表面局部烧穿、溢出、表面飞溅

电极修整太尖锐

修整电极

电极或表面有异物

表面清理

电极压力不足或电极与焊件虚接触

提高电极压力,调整行程

缝焊速度过快,滚轮电极过热

调整焊接速度,加速冷却

表面压痕形状及波纹度不均匀(缝焊)

电极表面形状不正确或磨损不均匀

修整滚轮电极

焊件与滚轮电极相互倾斜

检查机头刚度,调整滚轮电极倾角

焊接速度过快或焊接参数不稳定

调整焊接速度,检查控制装置

焊点表面径向裂纹

电极压力不足,顶锻力不足或加得不及时

调整焊接参数

电极冷却作用差

加强冷却

焊点表面环形裂纹

焊接时间过长

调整焊接参数

焊点表面粘损

电极材料选择不当

调换合适的电极材料

电极端面倾斜

修整电极

焊点表面发黑,包覆层破坏

电极、焊件表面清理不良

修整电极

焊接电流过大,焊接时间过长,电极压力不足

调整焊接参数

接头边缘压溃或开裂

边距过小

改进接头设计

大量飞溅

调整焊接参数

电极未对中

调整电极同轴度

焊点脱开

焊件刚度大且装配不良

调整板件间隙,注意装配;调整焊接参数

内部缺陷

裂纹、缩孔、缩松

焊接时间过长,电极压力不足,顶锻力加得不及时

调整焊接参数

熔核及近缝区淬硬

选用合适的焊接循环

大量飞溅

清理表面,增加电极压力

焊接速度过快

调整焊接速度

核心偏移

热场分布对贴合面不对称

调整热平衡(不等电极端面,不同电极材料,改为凸焊等)

结合线伸入

表面氧化膜清理不净

高熔点氧化膜应严格清理并防止焊前再氧化

板缝间有金属溢出

焊接电流过大,电极压力不足

调整焊接参数

板间有异物或贴合不紧密

清理表面、提高压力或用调幅电流波形

边距过小

改进接头设计

脆性接头

熔核及近缝区淬硬

选用合适的焊接循环

熔核成分宏观偏析(旋流)

焊接时间短

调整焊接参数

环形层壮花纹(洋葱环)

焊接时间过长

调整焊接参数

气孔

表面有异物(镀层、锈等)

清理表面

胡须

耐热合金焊接参数过软

调整焊接参数

5、点焊焊接结构缺陷

缺陷种类

产生的可能原因

改进措施

焊点间板件起皱或鼓起

装配不良、板间间隙过大

精心装配、调整

焊接顺序不当

采用合理焊接顺序

机臂刚度差

增强刚度

搭接边错移

没有定位点焊或定位点焊不牢

调整定位点焊焊接参数

定位焊点间距过大

增加定位焊点

夹具不能保证夹紧焊件

更换夹具

接头过分翘曲

装配不良或定位焊距离过大

精心装配、增加定位焊点数

参数过软、冷却不良

调整焊接参数

焊接顺序选择不合适

调整焊接顺序

6、不等厚度和不同材料的点焊

当进行不等厚度或不同材料点焊时,熔核将不对称于其交界面,而是向厚板或导电、导热性差的一边偏移,偏移的结果将使薄件或导电、导热性好的工件的焊透率减小,焊点强度降低。熔核偏移是由两工件产热和散热条件不相同引起的。厚度不等时,厚件一边电阻大、交界面离电极远,故产热多而散热少,致使熔核偏向厚件;材料不同时,导电、导热性差的材料产热易散热难,故熔核也偏向这种材料。
调整熔核偏移的原则是:增加薄板或导电、导热性好的工件的产热而减少其散热。常用的方法有:
1.采用硬规范 使工件间接触电阻产热的影响增大,电极散热的影响降低。电容储能焊机采用大电流和短的通电时间就能焊接厚度比很大的工件。
2.采用不同接触表面直径的电极 在薄件或导电、导热性好的工件一侧采用较小直径的电极,以增加这一侧的电流密度、并减小电极散热的影响。
3.采用不同的电极材料 薄件或导电、导热性能好的工件一侧采用导热性能较差的铜合金,以减少这一侧的热损失。
4.采用工艺垫片 在薄件或导电、导热性能好的工件一侧垫一块由导热性能较差的金属制成的垫片(厚度为0.2-0.3mm),以减少这一侧的散热。

7、镀层钢板点焊时的主要问题及解决办法

1.表面镀层破坏失去原有的镀层的保护租用。
2.电极易于镀层粘附,缩短电极使用寿命。
3.与低碳钢相比,适用的焊接工艺参数比较窄,易于形成未焊透或飞溅,因而必须精确控制工艺参数。
4.镀层金属的熔点通常比低碳钢低,加热时先熔化的镀层金属使两板间的接触面扩大、电流密度减小。因此,焊接电流应该比无镀层时大。
5.为了将已经熔化的镀层金属排挤出接合面,电极压力应该比无镀层时高。

贴聚氯乙烯塑料面的钢板焊接时,除保证必要的强度外,还应该保证贴塑面不被破坏。因此必须采用单面点焊,并采用较短的焊接时间。
点焊镀锌钢板时建议采用2类电极合金。当对焊点外观要求高时采用1类合金。推荐使用锥形电极形状,锥角120-140度。使用焊钳时,推荐使用端面半径为25-50mm的球面电极。
为提高电极的使用寿命,也可采用嵌有钨电极头的复合电极,以2类电极合金制成的电极体,可加强钨电极头的散热。
注意:镀锌钢板焊接时应该采取有效的通风装置,因为ZnO烟尘有害人体健康
点焊镀铝钢板时由于镀层的导电、导热性能好,因此需要较大的焊接电流。并应采用硬铜合金的球面电极。
点焊镀铅钢板时所用的焊接工艺参数和镀锌钢板相似。

8、铝合金点焊工艺特点及焊接过程中注意的问题

铝合金的应用十分广泛,分为时效强化和热处理强化两大类。铝合金焊接性能较差,尤其是热处理强化的铝合金。其原因及采取的措施如下:
1.电导率和热导率较高 必须采用较大的电流和较短的时间,才能作到既有足够的热量形成熔核,又能减少表面过热,避免电极黏附和电极铜离子向纯铝包复层扩散、降低接头的抗腐蚀性。
2.塑性温度范围窄、线膨胀系数大 必须采用较大的电极压力,电极随动性好,才能避免熔核凝固时,因为过大的内部拉应力而引起的裂纹。对裂纹倾向大的铝合金,如LF6、LY12、LC4等,还必须采用加大锻压力的方法,使熔核凝固时有足够的塑性变形,减小拉应力,以避免裂纹产生。在弯电极难以承受大的顶锻压力时,也可以采用在焊接脉冲之后加缓冷脉冲的方法避免裂纹。对于大厚度的铝合金可以两种方法并用。
3.表面易生成氧化膜 焊前必须严格清理,否则极易引起飞溅和熔核成形不良(撕开检查时,熔核形状不规则,凸台和孔不成圆形),使焊点强度降低。清理不均匀将引起焊点强度不稳定。

基于上述原因,点焊铝合金应该选用具有下列特性的焊机:
a、能在短时间内提供大电流;
b、电流波形最好有缓升缓降的特点;
c、能精确控制焊接工艺参数,且不受电网电压波动的影响;
d、能提供阶形和马鞍形电极压力;
e、机头的惯性和摩擦力小,电极随动性好。
点焊铝合金的电极应采用1类电极合金,球形端面,以利于压固熔核且有利于散热。

9、凸焊与点焊的比较优势

凸焊主要应用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。凸焊的种类很多,除板件凸焊外,还有螺帽、螺钉类零件的凸焊、线材交叉凸焊和板材T型凸焊等。
板件凸焊最适宜的厚度是0.5-4.0mm。焊接更薄的板件时,凸点设计要求严格,需要随动性好的焊机,因此厚度小于0.25mm的板件更易于采用点焊。

凸焊与点焊相比还有以下优点:
1.在一个焊接循环内可同时焊接多个焊点。不仅生产率高,而且没有分流内影响。因此可在窄小的部位上布置焊点而不受点距的限制。
2.由于电流密集于凸点,电流密度大,故可用较小的电流进行焊接,并能可靠地形成较小的熔核,在点焊时,对应于某一板厚,要形成小于某一尺寸的熔核是很困难的。
3.凸点的位置精确、尺寸一致,各点的强度比较均匀。因此对于给定的强度,凸焊焊点的尺寸可以小于点焊。
4.由于采用大平面电极,且凸点设置在一个工件上,所以可最大限度地减轻另一工件外露表面上的压痕。同时大平面电极的电流密度小、散热好,电极的磨损要比点焊小得多,因而大大降低了电极的保养和维修费用。
5.与点焊相比,工件表面的油、锈、氧化皮、镀层和其他涂层对凸焊的影响较小,但干净的表面仍能获得比较稳定的接头质量。
凸焊的不足之处是需要冲制凸点的附加工序,电极比较复杂;由于一次要焊接多个焊点,需要使用高的电极压力、高机械精度的大功率电焊机。

10、点焊电极材料及分类

点焊电极是保证点焊质量的重要零件,它主要的功能有:
1.向工件传导电流;
2.向工件传递压力;
3.迅速导散焊接区的热量。
基于电极材料的上述功能,就要求制造电极的材料有足够的电导率、热导率和高温硬度,电极的结构必须有足够的强度和刚度,以及充分冷却的条件。此外,电极与工件间的接触电阻应足够低,以防止工件表面熔化或电极与工件表面之间的合金化。
电极材料按照我国航空航天工业标准HB5420-39的规定分为四类,常用的有三类,见下表:
1类——高电导率,中等硬度的铜及铜合金。这类材料主要通过冷作变形方法达到其硬度要求。适用于制造焊铝及铝合金的电极,也可应用于镀层钢板的点焊,但性能不如2类合金。1类合金还常用于制造不受力或低应力的导电部件。
2类——具有较高的电导率、硬度高于1类合金。这类合金可以通过冷作变形和热处理相结合的方法达到其性能要求。与1类合金相比,它具有较高的力学性能,适中的电导率,在中等程度的压力下,有较强的抗变形能力,因此是通用的电极材料,广泛地用于点焊低碳钢、低合金钢、不锈钢、高温合金、电导率低的铜合金,以及镀层钢等。2类合金还适用于制造轴、夹钳、台板、电极夹头、机臂等电阻焊机中各种导电部件。
3类——电导率低于1、2类合金,硬度高于2类合金。这类合金可以通过热处理或冷作变形和热处理相结合的方法达到其性能要求。这类合金具有更高的力学性能和耐磨性能,软化温度高,但电导率较低。因此适用于点焊电阻率高和高温强度高的零件,如不锈钢、高温合金等。这类合金也适于制造各种受力的导电构件。

附:电极材料的成分和性能

类别

编号

材料牌号

材料名称

化学成分
(%)

品种尺寸
(mm)

材料性能

硬度

电导率
MS/m

软化温度
(°C)

HV(30kgf)

HRB

不小于

1

1

Cu-EPT

紫铜

Cu≥99.9%

冷拔棒≥φ25

85

——

56

50

冷拔棒<φ25

90

(53)

56

锻件

50

——

56

铸件

40

——

50

2

CuCdl

镉铜

Cd0.7-1.3

冷拔棒≥φ25

90

(53)

45

250

冷拔棒<φ25

95

(54)

43

锻件

90

(53)

45

3

CuZrNb

锆铌铜

Zr0.10-0.25
Nb0.06-0.15

冷拔棒 锻件

(107)

60

48

500

2

1

CuCr1

铬铜

Cr0.3-1.2

冷拔棒≥φ25

125

(69)

43

475

冷拔棒<φ25

140

(76)

锻件

100

(56)

铸件

85

——

2

CuCrZr

铬锆铜

Cr0.25-0.65
Zr0.08-0.20

冷拔棒 锻件

(135)

75

43

550

3

CuCrAlMg

铬铝镁铜

Cr0.4-0.7
Al0.15-0.25
Mg0.15-0.25

冷拔棒 锻件

(126)

70

40

——

4

CuCrZrNb

铬锆铌铜

Cr0.15-0.40
Zr0.10-0.25
Nb0.08-0.25
Ce0.02-0.16

冷拔棒 锻件

(142)

78

45

575

3

1

CuCo2Be

铍钴铜

Co2.0-2.8
Be0.4-0.7

冷拔棒≥φ25

180

(89)

23

475

冷拔棒<φ25

190

(91)

锻件

180

(89)

铸件

180

(89)

2

CuNi2Si

硅镍铜

Ni1.6-2.5
Si0.5-0.8

冷拔棒≥φ25

200

(94)

18

500

冷拔棒<φ25

200

(94)

17

锻件

168

(86)

19

铸件

158

(83)

17

3

CuCo2CrSi

钴铬硅铜

Co1.8-2.8
Cr0.3-1.0
Si0.3-1.0
Nb0.05-0.15

冷拔棒 锻件

(183)

90

26

600

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