机械制造基础第十章

4.2.3 摩擦焊
1.摩擦焊的工艺过程原理
摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生 的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种 压焊方法。
2.摩擦焊具有以下优点：
➢ 接头的焊接质量好、稳定，其 废品率是闪光对焊的1%左右。
➢ 适于焊接异种钢和异种金属， 如碳素结构钢-高速钢、铜-不 锈钢、铝-铜、铝-钢等。
➢ 粘接强度比较低，一般仅能达到金属母材强度的 10%～50%。粘接接头的承载能力主要依赖于较大 的粘接面积。
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4.3.1 钎焊
钎焊:是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适 当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的 一种焊接方法。
1．硬钎焊
钎料熔点在450℃以上，接头强度较高，都在200MPa 以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。
2．软钎焊
钎料熔点为450℃以下，接头强度较低，一般不超
过70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的
（2）闪光对焊
先通电，后接触，因个别点接触，个别点通过的电流密度很高， 可使其瞬间熔化或汽化，形成液态过梁。由于过梁上存在电磁收缩 力和电磁引力及斥力而使过梁爆破飞出，形成闪光。闪光一方面排 除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温度迅速升高。
闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管子等的焊接，也可用于异 种金属的焊接。因接头中无过热区a和铸态组织，所以性能高。 10
➢ 摩擦焊机容易实现机械化，自动化；操作技术简单，容易掌 握。
➢ 摩擦焊的工作场地卫生，没有火花，弧光；没有有害气体， 有利于环境保护，适于设置在自动生产线上。
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4.3 钎焊、封接与粘接工艺
4.3.1 钎 焊 4.3.2 粘接工艺
钎焊、封接与粘接工艺是一种物理和化学连 接。它是在低于构件熔点的温度下，采用填缝材 料，在液态下充填缝隙，通过毛细作用及表面化 学反应，待填缝材料结晶或固化后，将两个分离 的表面连接形成不可拆接头。
工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。
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钎焊过程中，一般都需要使用钎剂。钎剂的作 用是：清除被焊金属表面的氧化膜及其它杂质，改 善钎料流入间隙的性能（即润湿性），保护钎料及 焊件不被氧化，因此钎剂对钎焊质量影响很大。
软钎焊时，常用的钎剂为松香或氯化锌溶液。
硬钎焊时，钎剂种类较多，主要由硼砂、硼酸、 氟化物、氯化物等组成，应根据钎料种类选择应用。
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3．电阻缝焊
缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的 盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重叠的 连续焊缝。
缝焊分流严重，通常 采用强规范焊接，焊接电 流比点焊大1.5～2倍。
缝焊主要用于低压 容器，如汽车、摩托车 的油箱、气体静化器等 的焊接。
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4．对焊
（1）电阻对焊
先将工件夹紧并加压，然后 通电使接触面温度达到塑性温度 (950～1000℃)。在压力下塑变和 再结晶形成固态焊接接头（图1277a）。电阻对焊要求对接处焊前 严格清理，所焊截面积较小，一般 用于钢筋的对接焊。
4.2 压力焊方法
4.2.1 4.2.2 4.2.3
压力焊方法及工艺 电阻焊 摩擦焊
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.2.1. 压力焊方法及工艺
压力焊是指通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使 其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子 接近到晶格距离（0.3～0.5nm)，形成金属键，从而获得不可拆 卸接头的一类焊接方法。
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4.3.2 粘接工艺
粘接是利用胶粘剂把两种性质相同或不同的 物质牢固地粘合在一起的连接方法。胶粘剂所以 能够把两个物质牢固地粘接在一起，主要因为胶 粘剂能通过本身在被粘接材料的连接面上产生机 械、物理和化学作用而具有粘附力。
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粘接具有以下优点：
➢ 粘接对材料的适应性强，既可用于各种金属、非 金属的连接，也可用于金属与非金属的连接。
焊接区的总电阻为： R=Rc+2Rew+2Rw。其中Rc为焊件 接触电阻，Rew为电极与焊件间 的接触电阻，Rw为焊件电阻。
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影响接触电阻的因素：
工件表面状态 表面愈粗糙、氧 化愈严重、接触电阻愈大。 电极压力 压力愈高、接触电阻愈 小。 焊前预热 焊前预热将会使接触 电阻大大下降。
（2） 力
静压力用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性变形或 在压力下结晶。
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➢ 焊件尺寸精度高，可以实现直接装配焊接。
➢ 焊接生产率高，是闪光焊的4～5倍。
➢ 三相负载均衡，节能，改善了三相供电电网的供电条件。与 闪光对焊比较，节省电能80%～90%左右。
➢ 由于摩擦焊金属焊接变形小，接头焊前不需特殊清理，接头 上的飞边有时可以不必去除，焊接不需要填充材料和保护气 体，加工成本显著降低。
➢ 能减轻结构重量。采用粘接可省去很多螺钉、螺 栓等连接件，因此，粘接比铆接、焊接减轻结构 重量约25%～30%。
➢ 粘接接头的应力分布均匀，应力集中较小，因此 它的耐疲劳性能好。
➢ 粘接接头的密封性能好，并具有耐磨蚀和绝缘等 性能。
➢ 粘接工艺简单，操作容易，效率高，成本低。
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粘接具有以下缺点：
热源形式为：电阻热、高频热、 摩擦热等。
力的形式为：静压力、冲击力 （锻压力）和爆炸力等。 压力焊为：冷压焊、扩散焊 和热压焊
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压力焊动画模拟
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4.2.2 电阻焊
1．电阻焊的原理及过程
电阻焊是利用电阻热为热源，并在压力下通 过塑性变形和再结晶而实现焊接的。
（1） 热源
电阻热：Q=I×IRt ,其中电流和 时间是外因，而电阻是内因。
在焊接不同厚度或不同材料时，因薄板或导 热性好的材料，吸热少，而散热快，导致熔核偏 向厚板或导热差的材料的现象称为熔核偏移。
防止熔核偏移的措施 采用特殊电极和工艺垫片的措施。
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点焊工艺参数 点焊的工艺参数为电流、压力和时间。 大电流，短时间称为强规范。 小电流，长时间称为弱规范。
点焊接头形式
点焊主要用于汽车、飞机 等薄板结构的大批量生产。
冲击力（锻压力）用来细化晶粒，焊合缺陷等。其压力 变化形式有平压力，阶梯压力和马鞍形压力，其中马鞍形压 力较为理想。
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电阻点焊熔核形成过程
（3） 电阻焊过程
预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑 性变形和再结晶。
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2．电阻点焊
电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电、保
压获得焊点的电阻焊方法。
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点焊时的熔核偏移