1、1 1 铝合金的焊接技术特点 由于铝合金所具有的独特的物理、化学性能，使其在焊接过程中有以下几大特点：1.1 极强的氧化能力极强的氧化能力 铝合金与氧的亲和力很大，在空气中极易与氧化合在其表面生成致密 的、厚度约为0.1m的氧化膜(Al2O3)，其熔点极高（约2050）、密度大(3.954.10kg/m),属于难熔物质，焊接时会阻碍金属之间的良好结合，导致未焊透“焊缝夹渣”不熔合现象，且由于氧化膜吸附大量水分，容易使焊缝产生气孔。1.2 高的热导率和导电性高的热导率和导电性 铝合金具有较大的导热系数和比热容，比热容比钢约大2倍，导热性约大3倍。因此焊接时为保证良好熔合，必须采用能量集中、功率大
2、的热源，有时需采用预热等工艺措施。经验表明：相同焊接速度下，焊接铝合金的热输入量要比焊接钢材大23 倍。1.3 线膨胀系数大线膨胀系数大 铝的线膨胀系数约比钢大2倍，因此，在拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应力和变形!或在脆性温度区间内导致热裂纹，生产中常采用调整焊丝成分的方法防止裂纹的产生。1.4 高温下的强度和塑性低高温下的强度和塑性低 铝合金焊接接头强度低于母材，即有软化现象。焊接接头力学性能较难保证，抗拉强度低，塑性不足，是铝合金应用的一大障碍。1.5 加热时无色泽变化加热时无色泽变化 铝合金从固态变为液态时，无明显的颜色变化，这给焊接操作者带来不少困难。2 压焊 压焊是在加压条件下，
3、使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。压焊可分为：电阻焊、凸焊、电阻点焊、缝焊、热压焊、冷压焊、爆炸焊等。此次我以电阻点焊为对象，简单介绍其焊接工艺。2.1 清洗清洗 清洗是表面准备的第一步，可以使用工业溶液去除材料表面上的油类、污物或标记。无论是点焊、缝焊或凸焊，在焊前必须进行工件表面清理，以保证接头质量稳定。铝合金表面进行除油处理时，可以利用稀释剂、汽油、石油醚、三氯乙烯和全氯乙烯等有机溶剂将其浸泡清洗，或用浸有这些溶剂的清洁布擦洗。2.2 氧化膜的清除
4、氧化膜的清除 材料表面上的氧化膜不能用上述有机溶剂清除，必须用机械或化学的方法进行清除。化学方法：用酸或碱溶解材料表面，也可以与除油工序同时进行。最常用的方法是:在510的氢氧化钠溶液(约7）中浸泡3060s后用清水冲洗，然后在约15的硝酸水溶液(常温)中浸泡约2min，用清水冲洗后，再用温水冲洗干净，最后进行干燥处理。最好在临焊前进行化学清理，即使集中清理，也应只清理当天能够焊完的预定数量。在这种情况下。材料的坡口表面临焊前最好也用钢丝刷进行清理。机械方法：当产量很小，或组合件的尺寸不允许用化学方法还原氧化物时，使用机械的方法去除氧化物。机械方法有机械切削、吹砂处理或用于铸件的喷丸处理和锉刀
5、、细钢丝刷以及铝丝绒清理等方法。为防止损伤工件表面，钢丝直径不得超过0.2mm，钢丝长度不得短于40mm，刷子压紧于工件的力不得超过520N，而且清理后须在不超过23h内进行焊接。手工或电动的细钢丝刷清理方法是最常用的方法。3 电阻点焊方法 点焊通常分为双面点焊和单面点焊两大类。3.1 单面点焊：电极由工件的同一侧向焊接处馈电。典型的单面点焊方式如图2所示。图中1a为单面单点点焊，不形成焊点的电极采用大直径和大接触面以减小电流密度。图中1b为无分流的单面双点点焊，此时焊接电流全部流经焊接区。图中1c为有分流的单面双点点焊，流经上面工件的电流不经过焊接区，形成分流。为了给焊接电流提供低电阻的通路
6、，在工件下面垫有铜垫板。图中1d为当两焊点的间距l很大，例如在进行骨架构件和复板的焊接时，为了避免不适当的加热引起复板翘曲和减小两电极间电阻，采用了特殊的铜桥A与电极同时压紧在工件上。3.2 双面点焊：电极由工件的两侧向焊接处馈电。典型的双面点焊方式如图2所示。图中2a是最常用的方式。这时，工件的两侧均有电极压痕。图中2b表示用大接触面积的导电板做下电极，这样可以消除或减轻下面工作的压痕，常用于装饰性面板的点焊。图2c为，同时焊接两个或多个焊点的双面点焊，使用一个变压器而将各电极并联。这时，所有电流通路的阻抗必须基本相等，而且每一焊接部位的表面状态，材料厚度、电极压力都必须相同，才能保证通过各
7、个焊点的电流基本一致。图中2d为采用多个变压器的双面多点点焊，这样可以避免1c的不足。3.3 铜芯棒的点焊：铜芯棒的点焊：采用铜芯棒的点焊是单面点焊的特殊形一个点，也可焊两个点。这种形式特别适于点焊结构空间狭小，电极难于或根本不能接近的工件。图3a中的芯棒实际是一块几毫米厚的铜板。图3b、c是同类工件的两种结构，结构b不如结构c，因为前者通过工件2的分流，不经过两工件的接触面，会减少焊接区的产热，因而需要增大焊接电流，这样就会增加工件2与两电极间接触面的产热，并且可能使工件烧穿。当芯棒断面较大时，为了节约铜料和制作方便，可以在夹布胶木或硬木制成的芯棒上包覆铜板或嵌入铜棒(图3d、e)。由于芯棒
8、与工件的接触面远大于电极与工件的接触面，熔核将偏向与电极接触的工件一侧。如果两工件的厚度不同，将厚件置于芯棒接触的一侧，则可减轻熔核偏移程度。由于芯棒与工件的接触面远大于电极与工件的接触面，熔核将偏向与电极接触的工件一侧。如果两工件的厚度不同，将厚件置于芯棒接触的一侧，则可减轻熔核偏移程度。当需要在封闭容器上焊接工件，而芯棒又无法伸入容器时，可以用Zn、Pb、A1或其他较被焊金属熔点低的金属填满整个容器后进行焊接(图3f)。当容器壁厚较大时，也可以用砂子或石蜡等不导电材料作为填料。焊接应采用强条件，以免长时间加热使低熔点金属或石蜡熔化，导致电极压塌工件。在大量生产中，单面多点点焊获得广泛应用。
9、这时可采用由一个变压器供电，各对电极轮流压住工件的形式(图4a)，也可采用各对电极均由单独的变压器供电，全部电极同时压住工件的形式（图4b）。后一形式具有较多优点，应用也较广泛。其优点有：各变压器可以安置得离所连电极最近，因而其功率及尺寸能显著减速小；各个焊点的工艺参数可以单独调节；全部焊点可能同时焊接，生产率高；全部电极同时压住工件，可减少变形；多台变压器同时通电，能保证三相负载平衡。3.4 不等厚度和不同材料的点焊不等厚度和不同材料的点焊 熔核偏移：当进行不等厚度或不同材料的点焊时，熔核将不对称于其交界面，而是向厚件或导电、导热性差的一边偏移。偏移的结果将使薄件或导电、导热性好的工件焊透率
10、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而散热难，故熔核也偏向这种材料，见图5，图中p为电阻率。a)不等厚度(12)b)不同材料(12)调整熔核偏移的原则：增加薄件或导电、导热性好的工件的产热面减少其散热，常用的方法有1)采用不同接触表面直径或球面半径的电极在薄件或导电、导热性好的工件。2)采用不同的电极材料薄件或导电，导热性好的工件一侧采用导热性较差的铜合金，以减少这一侧的热损失。3)采用工艺垫片在薄件或导电、导热性好的工件一侧垫一块由导热性较差的金
11、属制成的垫片(厚度为0.20.3mm)，以减少这一侧的散热。4)采用强条件-因通电时间短，使工件间接触电阻产热的影响增大，电极散热的影响降低，有利于克服核心偏移。3.5 点焊接头形式点焊接头形式 点焊通常采用搭接接头和折边接头（图6）。接头可以由两个或两个以上等厚度或不等厚度的工件组。在设计点焊结构时，必须考虑电极的可达性，即电极必须能方便地抵达构件的焊接部位。同时还应考虑诸如边距、搭接量、点距、装配间隙和焊点强度等因素。a）搭接接头b）折边接头e-点距b-边距 表1 接头的最小搭接量（单位：mm）表2 焊点的最小点距（单位：mm）4 铝合金的电阻点焊原理 铝合金的电阻点焊过程如图6所示。在一
12、个焊接循环中，首先将工件装配好并施加电极压力；然后通以电流，由于电流流经工件时产生电阻热，两工件间界面上的材料受热发生熔化形成熔核；一段时间后，撤去电流，熔核凝固形成焊点实现连接，电极压力需继续保持一段时间以保证焊接质量；最后，撤去电极压力，焊接循环结束。由于电极发热，铝合金电阻点焊过程中，电极需冷却。图6电阻点焊示意图5 焊接特性 与电弧焊相比，电阻点焊具有残余应力低、焊接变形小、焊接速度快、操作简便易掌握、产生的飞溅、烟尘及气体少等优点。但铝合金的以下特点会使得其焊接规范的选择较困难。a.导热和导电性好,必须采用大电流、短时间 通电的方法。b.凝固收缩率大（约6%7%）有些合金易产生缩孔和
13、裂纹等缺陷。c.表面氧化膜的电阻高，当通入大的焊接电流时，往往会导致飞溅的产生。d.在高温下会急剧软化。为了保证点焊的质量，要制定并遵守正确的焊接程序和焊接规范，在生产过程中，还要有常规的检查程序。a 剥离试验。焊接参数要周期性地进行检查，用与工件相同材质和厚度的试样，像工件一样进行焊接来核实焊机的调整是否正确。b 目视。通过目视来确定电极粘连、表面烧熔、裂纹、滑移和过大的压痕等缺陷，这是主要的检查方法。还可用塞尺来确定板材的分离情况。c 破坏性试验。主要用于焊接现场准备和核实。通过放大小于10倍的宏观检查来确定焊点直径和焊透情况。d 此外，射线可以检查内部缺陷，确定焊接熔核的形状和尺寸，也能确定焊接结构；抗拉、剪试验，可以用来确定焊接强度的定量数值；对于焊点横面的检查，通过对点焊试样进行抛光、腐蚀并在较高放大倍数下进行检查，以确定内部裂纹、气孔以及焊接组织。在一般情况下，以上方法主要用来确定建立焊接规范、设计点焊结构，而不是生产试验方法。6 检查和试验
