對焊方法及工藝
對接電阻焊（以下簡稱對焊）是利用電阻熱將兩工件沿整個端面同時焊接起來的一類電阻焊方法。
對焊的生產(chǎn)率高、易于實現(xiàn)自動化，因而獲得廣泛應(yīng)用。其應(yīng)用范圍可歸納如下：
（1）工件的接長 例如帶鋼、型材、線材、鋼筋、鋼軌、鍋爐鋼管、石油和天然氣輸送等管道的對焊。
（2）環(huán)形工件的對焊 例如汽車輪輞和自行車、摩托車輪圈的對焊、各種鏈環(huán)的對焊等。
（3）部件的組焊 將簡單軋制、鍛造、沖壓或機加工件對焊成復(fù)雜的零件，以降低成本。例如汽車方向軸外殼和后橋殼體的對焊，各種連桿、拉桿的對焊，以及特殊零件的對焊等。
（4）異種金屬的對焊 可以節(jié)約貴重金屬，提高產(chǎn)品性能。例如刀具的工作部分（高速鋼）與尾部（中碳鋼）的對焊，內(nèi)燃機排氣閥的頭部（耐熱鋼）與尾部（結(jié)構(gòu)鋼）的對焊，鋁銅導(dǎo)電接頭的對焊等。
對焊分為電阻對焊和閃光對焊兩種。
電阻對焊
電阻對焊是將兩工件端面始終壓緊，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛壓力（或不加頂鍛壓力只保持焊接時壓力）完成焊接的方法。
一、電阻對焊的電阻和加熱
對焊時的電阻分布如圖14-2所示�？傠娮杩捎孟率奖硎荆�
R=2Rω+RC+2Reω
式中 Rω--一個工件導(dǎo)電部分的內(nèi)部電阻（Ω）；
Rc--兩工件間的接觸電阻（Ω）；
Rω--工件與電極間的接觸電阻（Ω）；
工件與電極之間的接觸電阻由于阻值小，且離接合面較遠，通常忽略不計。
工件的內(nèi)部電阻與被焊金屬的電阻率ρ和工件伸出電極的長度l0成正比，與工件的斷面積s成反比。
和點焊時一樣，電阻對焊時的接觸電阻取決于接觸面的表面狀態(tài)、溫度及壓力。當(dāng)接觸電阻有明顯的氧化物或其他贓物時，接觸電阻就大。溫度或壓力的增高，都會因?qū)嶋H接觸面積的增大而使接觸電阻減小。焊接剛開始時，接觸點上的電流密度很大；端面溫度迅速升高后，接觸電阻急劇減小。加熱到一定溫度（鋼600度，鋁合金350度）時，接觸電阻完全消失。
和點焊一樣，對焊時的熱源也是由焊接區(qū)電阻產(chǎn)生的電阻熱。電阻對焊時，接觸電阻存在的時間極短，產(chǎn)生的熱量小于總熱量的10-15%。但因這部分熱量是接觸面附近很窄的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的。所以會使這一區(qū)域的溫度迅速升高，內(nèi)部電阻迅速增大，即使接觸電阻完全消失，該區(qū)域的產(chǎn)熱強度仍比其他地方高。
所采用的焊接條件越硬（即電流越大和通電時間越短），工件的壓緊力越小，接觸電阻對加熱的影響越明顯。
二、電阻對焊的焊接循環(huán)、工藝參數(shù)和工件準(zhǔn)備
1、焊接循環(huán)
電阻對焊時，兩工件始終壓緊，當(dāng)端面溫升高到焊接溫度Tω時，兩工件端面的距離小到只有幾個埃，端面間原子發(fā)生相互作用，在接合上產(chǎn)生共同晶粒，從而形成接頭。電阻對焊時的焊接循環(huán)有兩種：等壓的和加大鍛壓力的。前者加壓機構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)。后者有利于提高焊接質(zhì)量，主要用于合金鋼，有色金屬及其合金的電阻對焊，為了獲得足夠的塑性變形和進一步改善接頭質(zhì)量，還應(yīng)設(shè)置電流頂鍛程序。
2、工藝參數(shù)
電阻對焊的主要工藝參數(shù)有：伸出長度、焊接電流（或焊接電流密度）、焊接通電時間、焊接壓力和頂鍛壓力。
（1）伸出長度l0 即工件伸出夾鉗電極端面的長度。選擇伸出長度時，要考慮兩個因素：頂鍛時工件的穩(wěn)定性和向夾鉗的散熱。如果l0過長，則頂鍛時工件會失穩(wěn)旁彎。l0過短，則由于向鉗口的散熱增強，使工件冷卻過于強烈，會增加塑性變形的困難。對于直徑為d的工件，一般低碳鋼：l0=(0.5-1)d，鋁和黃銅：l0=(1-2)d，銅：l0=（1.5-2.5)d。
（2）焊接電流Iω和焊接時間tω 在電阻對焊時，焊接電流常以電流密度jω來表示。jω和tω是決定工件加熱的兩個主要參數(shù)。二者可以在一定范圍內(nèi)相應(yīng)地調(diào)配。可以采用大電流密度、短時間（強條件），也可以采用小電流密度、長時間（弱條件）。但條件過強時，容易產(chǎn)生未焊透缺陷；過軟時，會使接口端面嚴(yán)重氧化、接頭區(qū)晶粒粗大、影響接頭強度。
（3）焊接壓力Fω與頂鍛壓力Fu，F(xiàn)ω對接頭處的產(chǎn)熱和塑性變形都有影響。減小Fω有利于產(chǎn)熱，但不利于塑性變形。因此，易用較小的Fω進行加熱，而以大得多的Fu進行頂鍛。但是Fω也不能過低，否則會引起飛濺、增加端面氧化，并在接口附近造成疏松。
3、工件準(zhǔn)備
電阻對焊時，兩工件的端面形狀和尺寸應(yīng)該相同，以保證工件的加熱和塑性變形一致。工件的端面，以及與夾鉗接觸的表面必須進行嚴(yán)格清理。端面的氧化物和贓物將會直接影響到接頭的質(zhì)量。與夾鉗接觸的工件表面的氧化物和贓物將會增大接觸處電阻，使工件表面燒傷、鉗口磨損加劇，并增大功率損耗。
清理工件可以用砂輪、鋼絲刷等機械手段，也可以用酸洗。
電阻焊接頭中易產(chǎn)生氧化物夾雜。對于焊接質(zhì)量要求高的稀有金屬、某些合金鋼和有色金屬時，常采用氬、氦等保護氛來解決。
電阻對焊雖有接頭光滑、毛刺小、焊接過程簡單等優(yōu)點，但其接頭的力學(xué)性能較低，對工件端面的準(zhǔn)備工作要求高，因此僅用于小斷面（小于250mm2）金屬型材的對接。
閃光對焊
閃光對焊可分為連續(xù)閃光對焊和預(yù)熱閃光對焊。連續(xù)閃光對焊由兩個主要階段組成：閃光階段和頂鍛階段。預(yù)熱閃光對焊只是在閃光階段前增加了預(yù)熱階段。
一、閃光對焊的兩個階段
1、閃光階段
閃光的主要作用是加熱工件。在此階段中，先接通電源，并使兩工件端面輕微接觸，形成許多接觸點。電流通過時，接觸點熔化，成為連接兩端面的液體金屬過梁。由于液體過梁中的電流密度極高，使過梁中的液體金屬蒸發(fā)、過梁爆破。隨著動夾鉗的緩慢推進，過梁也不斷產(chǎn)生與爆破。在蒸氣壓力和電磁力的作用下，液態(tài)金屬微粒不斷從接口間噴射出來。形成火花急流--閃光。
在閃光過程中，工件逐漸縮短，端頭溫度也逐漸升高。隨著端頭溫度的升高，過梁爆破的速度將加快，動夾鉗的推進速度也必須逐漸加大。在閃光過程結(jié)束前，必須使工件整個端面形成一層液體金屬層，并在一定深度上使金屬達到塑性變形溫度。
由于過梁爆破時所產(chǎn)生的金屬蒸氣和金屬微粒的強烈氧化，接口間隙中氣體介質(zhì)的含氧量減少，其氧化能力可降低，從而提高接頭的質(zhì)量。但閃光必須穩(wěn)定而且強烈。所謂穩(wěn)定是指在閃光過程中不發(fā)生斷路和短路現(xiàn)象。斷路會減弱焊接處的自保護作用，接頭易被氧化。短路會使工件過燒，導(dǎo)致工件報廢。所謂強烈是指在單位時間內(nèi)有相當(dāng)多的過梁爆破。閃光越強烈，焊接處的自保護作用越好，這在閃光后期尤為重要。
2、頂鍛階段
在閃光階段結(jié)束時，立即對工件施加足夠的頂端壓力，接口間隙迅速減小過梁停止爆破，即進入頂鍛階段。頂鍛的作用是密封工件端面的間隙和液體金屬過梁爆破后留下的火口，同時擠出端面的液態(tài)金屬及氧化夾雜物，使?jié)崈舻乃苄越饘倬o密接觸，并使接頭區(qū)產(chǎn)生一定的塑性變形，以促進再結(jié)晶的進行、形成共同晶粒、獲得牢固的接頭。閃光對焊時在加熱過程中雖有熔化金屬，但實質(zhì)上是塑性狀態(tài)焊接。
預(yù)熱閃光對焊是在閃光階段之前先以斷續(xù)的電流脈沖加熱工件，然后在進入閃光和頂鍛階段。預(yù)熱目的如下：
（1）減小需用功率 可以在小容量的焊機上焊接斷面面積較大的工件，因為當(dāng)焊機容量不足時，若不先將工件預(yù)熱到一定溫度，就不可能激發(fā)連續(xù)的閃光過程。此時，預(yù)熱是不得已而采取的手段。
（2）降低焊后的冷卻速度 這將有利于防止淬火鋼接頭在冷卻時產(chǎn)生淬火組織和裂紋。
（3）縮短閃光時間 可以減少閃光余量，節(jié)約貴重金屬。
預(yù)熱不足之處是：
（1）延長了焊接周期，降低了生產(chǎn)率；
（2）使過程的自動化更加復(fù)雜；
（3）預(yù)熱控制較困難。預(yù)熱程度若不一致，就會降低接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性。
二、閃光對焊的電阻和加熱
閃光對焊時的接觸電阻Rc即為兩工件端面間液體金屬過梁的總電阻，其大小取決于同時存在的過梁數(shù)及其橫斷面積。后兩項又與工件的橫斷面積、電流密度和兩工件的接近速度有關(guān)。隨著這三者的增大，同時存在的過梁數(shù)及其橫截面積增大，Rc將減小。
閃光對焊的Rc比電阻對焊大得多，并且存在于整個閃光階段，雖然其電阻值逐漸減小，但始終大于工件的內(nèi)部電阻，直到頂鍛開始瞬間Rc才完全消失。圖14-5是閃光對焊時Rc、2Rω和R變化的一般規(guī)律。Rc逐漸減小是由于在閃光過程中，隨著端面溫度的升高，工件接近速度逐漸增大，過梁的數(shù)目和尺寸都隨之增大的緣故。
由于Rc大并且存在整個閃光階段，所以閃光對焊時接頭的加熱主要靠Rc。
三、閃光對焊的焊接循環(huán)、工藝參數(shù)和工件準(zhǔn)備
1、焊接循環(huán)
閃光對焊的焊接循環(huán)14-7所示，圖中復(fù)位時間是指動夾鉗由松開工件至回到原位的時間。預(yù)熱方法有兩種：電阻預(yù)熱和閃光預(yù)熱，圖中（b）采用的是電阻預(yù)熱。
2、工藝參數(shù)
閃光對焊的主要參數(shù)有：伸出長度、閃光電流、閃光流量、閃光速度、頂鍛流量、頂鍛速度、頂鍛壓力、頂鍛電流、夾鉗夾持力等。圖14-8是連續(xù)閃光對焊各流量和伸出長度的示意圖。下面介紹各工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響及選用原則：
（1）伸長長度l0 和電阻對焊一樣，l0影響沿工件軸向的溫度分布和接頭的塑性變形。此外，隨著l0的增大，使焊接回路的阻抗增大，需用功率也要增大。一般情況下，棒材和厚臂管材l0=（0.7-1.0）d，d為圓棒料的直徑或方棒料的邊長。
對于薄板（δ=1-4mm）為了頂鍛時不失穩(wěn)，一般取l0=（4-5）δ。
不同金屬對焊時，為了使兩工件上的溫度分布一致，通常是導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性差的金屬l0應(yīng)較小。表1是不同金屬閃光對焊時的l0參考值。
（2）閃光電流If和頂鍛電流Iu If取決于工件的斷面積和閃光所需要的電流密度jf。jf的大小又與被焊金屬的物理性能、閃光速度、工件斷面的面積和形狀，以及端面的加熱狀態(tài)有關(guān)。在閃光過程中，隨著vf的逐漸提高和接觸電阻Rc的逐漸減小，jf將增大。頂鍛時，Rc迅速消失，電流將急劇增大到頂鍛電流Iu。
表1 不同金屬閃光對焊時的伸出長度
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金屬種類 |
伸出長度（mm） |
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左 |
右 |
左 |
右 |
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低碳鋼 中碳鋼 鋼 鋼 |
奧氏體鋼 高速鋼 黃銅 銅 |
1.2d 0.75d 1.5d 2.5d |
0.5d 0.5d 1.5d 1.0d |
注：d為工件直徑（mm）
當(dāng)焊接大截面鋼件時，為增加工件的加熱深度，應(yīng)采用較小的閃光速度，所用的平均jf一般不超過5A/mm2。表2為斷面積200-1000mm2工件閃光對焊時jf和ju的參考值。
表2 閃光對焊時jf和ju的參考值
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金屬種類 |
jf（A/mm2） |
jf（A/mm2） |
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平均值 |
最大值 |
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低碳鋼 高合金鋼 鋁合金 銅合金 鈦合金 |
5-15 10-20 15-25 20-30 4-10 |
20-30 25-35 40-60 50-80 15-25 |
40-60 35-50 70-150 100-200 20-40 |
電流的大小取決于焊接變壓器的空載電壓U20。因此，在實際生產(chǎn)中一般是給定次級空載電壓。選定U20時，除應(yīng)考慮焊機回路的阻抗，阻抗大時，U20應(yīng)相應(yīng)提高。焊接大斷面工件時，有時采用分級調(diào)節(jié)次級電壓的方法，開始時，用較高的U20來激發(fā)閃光，然后降低到適應(yīng)值。
（3）閃光流量δf 選擇閃光流量，應(yīng)滿足在閃光結(jié)束時整個工件端面有一熔化金屬層，同時在一定深度上達到塑性變形溫度。如果δf 過小，則不能滿足上述要求，會影響焊接質(zhì)量。δf過大，又會浪費金屬材料、降低生產(chǎn)率。在選擇δf時還應(yīng)考慮是否有預(yù)熱，因預(yù)熱閃光對焊的δf可比連續(xù)閃光對焊小30-50%。
（4）閃光速度vf 足夠大的閃光速度才能保證閃光的強烈和穩(wěn)定。但vf過大會使加熱區(qū)過窄，增加塑性變形的困難，同時，由于需要的焊接電流增加，會增大過梁爆破后的火口深度，因此將會降低接頭質(zhì)量。選擇vf時還應(yīng)考慮下列因素：
1）被焊材料的成分和性能。含有易氧化元素多的或?qū)щ妼?dǎo)熱性好的材料，vf應(yīng)較大。例如焊奧氏體不銹鋼和鋁合金時要比焊低碳鋼時大；
2）是否有預(yù)熱。有預(yù)熱時容易激發(fā)閃光，因而可提高vf。
3）頂鍛前應(yīng)有強烈閃光。vf應(yīng)較大，以保證在端面上獲得均勻的金屬層。
（5）頂鍛流量δu δu 影響液體金屬的排除和塑性變形的大小。δu 過小時，液態(tài)金屬殘留在接口中，易形成疏松、縮孔、裂紋等缺陷；δu 過大時，也會因晶紋彎曲嚴(yán)重，降低接頭的沖擊韌度。δu 根據(jù)工件斷面積選取，隨著斷面積的增大而增大。
頂鍛時，為防止接口氧化，在端面接口閉合前不立刻切斷電流，因此頂鍛流量應(yīng)包括兩部分----有電流頂鍛留量和無電流頂鍛留量，前者為后者的0.5-1倍。
（6）頂鍛速度vu 為避免接口區(qū)因金屬冷卻而造成液態(tài)金屬排除及塑性金屬變形的困難，以及防止端面金屬氧化，頂鍛速度越快越好。最小的頂鍛速度取決于金屬的性能。焊接奧氏體鋼的最小頂鍛速度均為焊接珠光體鋼的兩倍。導(dǎo)熱性好的金屬（如鋁合金）焊接時需要很高的頂鍛速度（150-200mm/s）。對于同一種金屬，接口區(qū)溫度梯度大的，由于接頭的冷卻速度快，也需要提高頂鍛速度。
（7）頂鍛壓力Fu Fu通常以單位面積的壓力，即頂鍛壓強來表示。頂鍛壓強的大小應(yīng)保證能擠出接口內(nèi)的液態(tài)金屬，并在接頭處產(chǎn)生一定的塑性變形。頂鍛壓強過小，則變形不足，接頭強度下降；頂鍛壓強過大，則變形量過大，晶紋彎曲嚴(yán)重，又會降低接頭沖擊韌度。
頂鍛壓強的大小取決于金屬性能、溫度分布特點、頂鍛留量和速度、工件斷面形狀等因素。高溫強度大的金屬要求大的頂鍛壓強。增大溫度梯度就要提高頂鍛壓強。由于高的閃光速度會導(dǎo)致溫度梯度增大，因此焊接導(dǎo)熱性好的金屬（銅、鋁合金）時，需要大的頂鍛壓強（150-400Mpa）。
（8）預(yù)熱閃光對焊參數(shù) 除上述工藝參數(shù)外，還應(yīng)考慮預(yù)熱溫度和預(yù)熱時間。
預(yù)熱溫度根據(jù)工件斷面和材料性能選擇，焊接低碳鋼時，一般不超過700-900度。隨著工件斷面積增大，預(yù)熱溫度應(yīng)相應(yīng)提高。
預(yù)熱時間與焊機功率、工件斷面大小及金屬的性能有關(guān)，可在較大范圍內(nèi)變化。預(yù)熱時間取決于所需預(yù)熱溫度。
預(yù)熱過程中，預(yù)熱造成的縮短量很小，不作為工藝參數(shù)來規(guī)定。
（9）夾鉗的夾持力Fc必須保證工件在頂鍛時不打滑 Fc與頂鍛壓力Fu和工件與夾鉗間的摩擦系數(shù)f有關(guān)，他們的關(guān)系是：Fc≥Fu/2f。通常F0=（1.5-4.0）Fu，斷面緊湊的低碳鋼取下限，冷軋不銹鋼板取上限。當(dāng)夾具上帶有頂撐裝置時，加緊力可以大大降低，此時Fc=0.5Fu就足夠了。
3、工件準(zhǔn)備
閃光對焊的工件準(zhǔn)備包括：端面幾何形狀、毛坯端頭的加工和表面清理。
閃光對焊時，兩工件對接面的幾何形狀和尺寸應(yīng)基本一致。否則將不能保證兩工件的加熱和塑性變形一致，從而將會影響接頭質(zhì)量。在生產(chǎn)中，圓形工件直徑的差別不應(yīng)超過15%，方形工件和管形工件不應(yīng)超過10%。
在閃光對焊大斷面工件時，最好將一個工件的端部倒角，使電流密度增大，以便于激光閃發(fā)。這樣就可以不用預(yù)熱或閃光初期提高次級電壓。
對焊毛坯端頭的加工可以在剪床、沖床、車床上進行，也可以用等離子或氣焰切割，然后清除端面。
閃光對焊時，因端部金屬在閃光時被燒掉，故對端面清理要求不甚嚴(yán)格。但對夾鉗和工件接觸面的清理要求，應(yīng)和電阻對焊一樣。
四、常用金屬的閃光對焊
所有鋼和有色金屬幾乎都可以閃光對焊，但要獲得優(yōu)質(zhì)接頭，還需根據(jù)金屬的有關(guān)特性，采取必要的工藝措施�，F(xiàn)分析如下：
（1）導(dǎo)電導(dǎo)熱性 對于導(dǎo)電導(dǎo)熱性好的金屬，應(yīng)采用較大的比功率和閃光速度，較短的焊接時間。
（2）高溫強度 對于高溫強度高的金屬，應(yīng)采用增大溫塑性區(qū)的寬度，采用較大的頂鍛力。
（3）結(jié)晶溫度區(qū)間 結(jié)晶溫度區(qū)間越大，半熔化區(qū)越寬，應(yīng)采用較大的頂鍛壓力和頂鍛留量，以便把半溶化區(qū)中的熔化金屬全部排擠進去，以免留在接頭中引起縮孔、疏松和裂紋等缺陷。
（4）熱敏感性 常見的有兩種情況，第一種是淬火鋼，焊后接頭易產(chǎn)生淬火組織，使硬度增高、塑性降低，嚴(yán)重時會產(chǎn)生淬火裂紋。淬火鋼通常采用加熱區(qū)寬的預(yù)熱閃光對焊，焊后采用緩慢冷卻和回火等措施。第二種是經(jīng)冷作強化的金屬（如奧氏體不銹鋼），焊接時接頭和熱影響區(qū)發(fā)生軟化，使接頭強度降低。焊接此類金屬通常采用較大的閃光速度和頂鍛壓力，以盡量縮小軟化區(qū)和減輕軟化程度。
（5）氧化性 接頭中的氧化物夾雜對接頭質(zhì)量有嚴(yán)重危害，因此，防止氧化和排除氧化是提高接頭質(zhì)量的關(guān)鍵。金屬的成分不同，其氧化性的生成也不同。若生成氧化物的熔點低于被焊金屬，這時氧化物有較好的流動性，頂鍛時容易被排擠出來。若生成氧化物的熔點高于被焊金屬，如SiO2、Al2O3、Cr2O3等，就必須在被焊金屬還處在溶化狀態(tài)時，才有可能將他們排出。因此，在焊接含有較多硅、鋁、鉻、一類元素的合金鋼時，應(yīng)該采取嚴(yán)格的工藝措施，徹底排除氧化物。
下面介紹幾種常用金屬材料閃光對焊的特點：
1、碳素鋼的閃光對焊
這類材料具有電阻系數(shù)高，加熱時碳元素的氧化為接口提供保護性氣氛CO和CO2，不含有生成高熔點氧化物的元素等優(yōu)點。因而都屬于焊接性較好的材料。
隨著鋼中的含碳量的增加，電阻系數(shù)增大、結(jié)晶區(qū)間、高溫強度及淬硬傾向都隨之增大。因而需要相應(yīng)增加頂鍛壓強和頂鍛留量。為了減輕淬火的影響。可采用預(yù)熱閃光對焊，并進行焊后熱處理。
碳素鋼閃光對焊時，由于碳向加熱端面擴散并被強烈氧化，以及頂鍛時，半溶化區(qū)內(nèi)含碳量高的溶化金屬被擠出，所以在接頭處形成含碳量低的貧碳層（呈白色，也稱亮帶）。貧碳層的寬度隨著鋼含量的提高、預(yù)熱時間的加長而增寬；隨著含碳量的增大和氣體介質(zhì)氧化傾向的減弱而變窄。采用長時間的熱處理可以消除貧碳層。
用得最多的是碳素鋼閃光對焊。只要焊接條件選擇適當(dāng)，一般不會出現(xiàn)困難。甚至對溶焊來說比較難焊的鑄鐵也是一樣。
鑄鐵通常采用預(yù)熱閃光對焊，用連續(xù)閃光對焊容易形成白口。由于含碳量很高，閃光時產(chǎn)生大量的CO和CO2保護氣氛，自保護作用較強，即使在工藝參數(shù)波動很大時，在接口中也只有少量氧化夾雜物。
2、合金鋼的閃光對焊
合金元素含量對鋼性能的影響和應(yīng)采取的工藝措施如下：
1）鋼中的鋁、鉻、硅、鉬等元素易生成高熔點氧化物，應(yīng)增大閃光和頂鍛速度，以減少其氧化。
2）合金元素含量增加，高溫強度提高，應(yīng)增加頂鍛壓強。
3）對于珠光體鋼，合金元素增加，淬火傾向性就增大，應(yīng)采取防止淬火脆化的措施。
下表是碳素鋼和合金鋼閃光對焊工藝參數(shù)的參考值。
各類鋼閃光對焊主要參數(shù)的參考值
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類 別 |
平均閃光速度（mm/s） | 最大閃光速度（mm/s） | 頂鍛速度（mm/s） |
頂鍛壓強（Mpa） |
焊后熱處理 | ||
| 預(yù)熱閃光 |
連續(xù)閃光 |
預(yù)熱閃光 |
連續(xù)閃光 |
||||
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低碳鋼 低碳鋼及低合金鋼 高碳鋼 珠光體高合金鋼 奧氏體鋼 |
1.5-2.5 1.5-2.5 ≤1.5-2.5 3.5-4.5 3.5-4.5 |
0.8-1.5 0.8-1.5 ≤0.8-1.5 2.5-3.5 2.5-3.5 |
4-5 4-5 4-5 5-10 5-8 |
15-30 ≥30 15-30 30-150 50-160 |
40-60 40-60 40-60 60-80 100-140 |
60-80 100-110 110-120 110-180 150-220 |
不需要 緩冷、回火 緩冷、回火 回火、正火 一般不需要 |
低合金鋼的焊接特點與中碳鋼相似，具有淬硬傾向，應(yīng)采用相應(yīng)的熱處理方法。這類鋼的高溫強度大，易生成氧化物夾雜，需要采用較高的頂鍛壓強，較高的閃光和頂鍛速度。
高碳合金鋼除具有高碳鋼的特點外，還含有一定數(shù)量的合金元素。由于含碳量高，結(jié)晶溫度區(qū)間寬，接口處的半熔區(qū)就較寬，如果頂鍛壓力不足，塑性變形量不夠，殘留在半溶化區(qū)內(nèi)的液態(tài)金屬將形成疏松組織。還因含有合金元素，會形成高熔點氧化物夾雜。因此，需要較高的閃光和頂鍛速度，較大的頂鍛壓強和頂鍛留量。
奧氏體鋼的主要合金元素是Cr和Ni，這種鋼具有高溫強度高，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性差、熔點低（與低碳鋼相比），又有大量易形成高熔點氧化物的合金元素（如Cr）。因此，要求有大的頂鍛壓強，高的閃光和頂鍛速度。高的閃光速度可以減小加熱區(qū)，可有效地防止熱影響區(qū)晶粒急劇長大和抗腐蝕性的降低。
3、鋁及其合金的閃光對焊
這類材料具有導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，熔點低，易氧化且氧化物熔點高、塑性溫度區(qū)窄等特點，給焊接帶來困難。
鋁合金對焊的焊接性較差，工藝參數(shù)選擇不當(dāng)時，極易產(chǎn)生氧化夾雜物、疏松等缺陷，使接頭強度和塑性急劇降低。閃光對焊時，必須采用很高的閃光和頂鍛速度、大的頂鍛留量和強迫形成的頂鍛模式。所需比功率也要比鋼件大得多。
4、銅及其合金的閃光對焊
銅的導(dǎo)熱性比鋁好，熔點較高，因而比鋁要難焊的多。純銅閃光對焊時，很難在端面形成液態(tài)金屬層和保持穩(wěn)定的閃光過程，也很難獲得良好的塑性溫度區(qū)。為此，焊接時需要很高的最后閃光速度、頂鍛速度和頂鍛壓強。
銅合金（如黃銅、青銅）的對焊比純銅容易。黃銅對焊時由于鋅的蒸發(fā)而使接頭性能下降，為了減少鋅的蒸發(fā)，也應(yīng)采用很高的最后閃光速度、頂鍛速度和頂鍛壓強。
鋁、銅及其合金閃光對焊的工藝參數(shù)可參考下表：
有色金屬及其合金閃光對焊的焊接條件
|
工藝參數(shù) |
材料尺寸（mm） |
|||||||||||||||
|
銅 |
黃銅（H62） |
黃銅（H59） |
黃銅（QSn6.5-1.5）帶材厚 |
鋁棒材，直徑 |
鋁合金 |
|||||||||||
|
LD5 |
LF6 |
|||||||||||||||
|
棒材d=10 |
管材9.5*1.5 |
板材44.5*10 |
棒材直徑 |
板材厚度 |
板材厚度 |
|||||||||||
|
6.5 |
10 |
6.5 |
10 |
1-4 |
4-8 |
20 |
25 |
30 |
38 |
4 |
6 |
4-7 |
||||
|
空載電壓（V） 最大電流（KA） 伸出長度（mm） 閃光留量（mm） 閃光時間（s） 平均閃光速度（mm/s） 最大閃光速度（mm/s） 頂鍛留量（mm） 頂鍛速度(mm/s） 頂鍛壓強（Mpa） 有電流頂鍛量（mm） 比功率（KVA/mm2） |
6.1 33 20 12 1.5 8.0 - 8 200 380 6 2.6 |
5.0 20 20 - - - - - - 290 - 2.66 |
10.0 60 - - - - - - - 224 - 1.35 |
2.17 12.5 15 6 2.5 2.4 - 9 200-300 - - 0.9 |
4.41 24.3 22 8 3.5 2.3 - 13 200-300 230 - 1.35 |
2.4 13.5 18 7 2.0 3.5 - 10 200-300 - - 0.95 |
7.5 41 25 10 2.2 4.5 - 12 200-300 250 - 2.7 |
- - 25 15 3 5 12 - 125 - - 0.5 |
- - 40 25 10 2.5 6 - 125 60-150 - 0.25 |
- 58 38 17 1.7 11.3 - 13 150 64 6.0 - |
- 63 43 20 1.9 10.5 - 13 150 170 6.0 - |
- 6 50 22 2.8 7.9 - 14 150 190 7.0 - |
- 63 65 28 5.0 5.6 - 15 150 120 7.0 - |
6 - 12 8 1.2 5.8 15.0 7.0 150 180-200 3.0 0.4 |
7.5 - 14 10 1.5 6.5 15.0 8.5 150 200-220 3.0 0.4 |
10 - 13 14 5.0 2.8 6.0 12.0 200 130 6-8 - |
鋁和銅用閃光對焊焊成的過渡接頭廣泛用于電機行業(yè)。由于它們的熔點相差很大，鋁的熔化比銅快4-5倍，所以要相應(yīng)增大鋁的伸出長度。鋁和銅閃光對焊的工藝參數(shù)可參考下表。鋁和銅對焊時，可能形成金屬間化合物CuAL2，增加接頭脆性。因此，必須在頂鍛時盡可能將CuAL2從接口中排擠出去。
銅于鋁閃光對焊的焊接條件
|
|
焊接斷面（mm2） |
|||
|
棒材直徑 |
帶材 |
|||
|
20 |
25 |
40*50 |
50*10 |
|
|
電流最大值（KA） |
63 |
63 |
58 |
63 |
|
伸出長度（mm）銅 鋁 |
3 34 |
4 38 |
3 30 |
4 36 |
|
燒化留量（mm） |
17 |
20 |
18 |
20 |
|
閃光時間（s） 閃光平均速度（mm/s） |
1.5 11.3 |
1.9 10.5 |
1.6 11.3 |
1.9 10.5 |
|
頂鍛留量（mm/s） |
13 |
13 |
6 |
8 |
|
頂鍛速度（mm/s） |
100-120 |
100-120 |
100-120 |
100-120 |
|
頂鍛單位壓力（Mpa） |
190 |
270 |
225 |
268 |
5、鈦及其合金的閃光對焊
鈦及其合金的閃光對焊的主要問題是由于淬火和吸收氣體（氫、氧、氦等）而使接頭塑性降低。鈦合金的淬火傾向與加入的合金元素有關(guān)。若加入穩(wěn)定β相元素則淬火傾向增大，塑性將進一步降低。若采用強烈閃光的連續(xù)閃光對焊，不加保護氣體就可獲得滿意的接頭。當(dāng)采用閃光、頂鍛速度較小的預(yù)熱閃光焊時，應(yīng)在Ar或He保護氣氛中焊接。預(yù)熱溫度為1000-1200度，工藝參數(shù)和焊接鋼時基本一致，只是閃光留量稍有增加。此時可獲得較高塑性的接頭。
典型工件的對焊
一、小斷面工件的對焊
直徑d≤5mm的線材多采用電阻對焊，其工藝參數(shù)可參考下表：
線材電阻對焊的焊接條件
|
金屬種類 |
直徑（mm） |
伸出長度（mm） |
焊接電流（A） |
焊接時間（s） |
頂鍛壓力（N） |
|
碳鋼
銅 鋁 鎳鉻合金 |
0.8 2.0 3.0 2.0 2.0 1.85 |
3 6 6 7 5 6 |
300 750 1200 1500 900 400 |
0.3 1.0 1.3 0.2 0.3 0.7 |
20 80 140 100 50 80 |
注：頂鍛留量等于線材直徑，有電流頂鍛量等于直徑的0.2-0.3倍。
直徑很小的線材、不同材料的線材，以及線材與沖壓件（如電阻器和二極管的端蓋）可采用電容儲能式對焊，其特點在于焊接條件非常硬，加熱范圍極窄，大大減輕了被焊金屬熱物理性能對接頭形成的影響。
二、桿件的對焊
多用于建筑業(yè)的鋼筋對焊，通常直徑d<10mm者用電阻對焊；d>10mm用連續(xù)閃光對焊；d>30mm用預(yù)熱閃光對焊。用手動對焊機時，由于焊機功率較小（通常不超過50KVA）d=15-20mm時，一般就要用預(yù)熱閃光對焊。
桿件對焊時可使用半圓形或V形夾鉗電極，后者可用于各種直徑，因而獲得廣泛應(yīng)用。桿件屬實心斷面，剛性較大，可采用較長的伸出長度。低碳鋼棒材電阻對焊和閃光對焊的工藝參數(shù)可參考下面兩表：
低碳鋼棒材電阻對焊的焊接條件
|
斷面積（mm2） |
伸出長度（mm） |
焊接縮短量（mm） |
電流密度（A/mm2） |
焊接時間（S） |
焊接壓強（Mpa） |
|
|
有電 |
無電 |
|||||
|
25 50 100 250 |
6+6 8+8 10+10 12+12 |
0.5 0.5 0.5 10 |
0.9 0.9 1.0 1.8 |
200 160 140 90 |
0.6 0.8 1.0 1.5 |
10-20 |
1）焊接淬火鋼時增加20-30%
2）對于淬火鋼增加100%
低碳鋼棒材閃光對焊的時間和流量
|
焊接直徑 （mm） |
預(yù)熱閃光對焊 |
連續(xù)閃光對焊 |
|||||||
|
留量（mm） |
時間（s） |
留量（mm） |
時間（s） |
||||||
|
總流量 |
預(yù)熱與閃光 |
頂鍛 |
預(yù)熱 |
閃光與頂鍛 |
總流量 |
閃光 |
頂鍛 |
||
|
5 10 15 20 30 40 50 70 90 |
- - 9 11 16 20 22 26 32 |
- - 6.5 7.5 12 14.5 15.5 19 24 |
- - 2.5 3.5 4 5.5 6.5 7 8 |
- - 3 5 8 20 30 70 120 |
- - 4 6 7 8 10 15 20 |
6 8 13 17 25 40 - - - |
4.5 6 10.5 14 21.5 35.5 - - - |
1.5 2 2.5 3 3.5 4.5 - - - |
2 3 6 10 20 40 - - - |
三、管子對焊
管子對焊廣泛用于鍋爐制造、管道工程及石油設(shè)備制造。根據(jù)管子的斷面和材料選擇連續(xù)或預(yù)熱閃光對焊。夾鉗電極可以用半圓形或V形。通常當(dāng)管徑與壁厚的比值大于10時可選用半圓形，以防管子被壓扁。比值小于10時可選用V形。為避免管子在夾鉗電極中滑移，夾鉗電極應(yīng)有適當(dāng)?shù)墓ぷ鏖L度。管徑為20-50mm時，工件長度為管徑的2-2.5倍；管徑為200-300mm時為1-1.5倍。低碳鋼和合金鋼管連續(xù)閃光對焊的工藝參數(shù)可參考下表：
20號鋼、12Cr1MoV及12Cr18Ni12Ti剛管連續(xù)閃光對焊的焊接條件
|
鋼種 |
尺寸（mm） |
次級空載電壓（V） |
伸出長度2L（mm） |
閃光留量（mm） |
平均閃光速度（mm/s） |
頂鍛留量（mm） |
有電流頂鍛量（mm） |
|
20 |
25×3 32×3 32×4 32×5 60×3 |
6.5-7.0 |
60-70 |
11-12 11-12 15 15 15 |
1.37-1.5 1.22-1.33 1.25 1.0 1.15-1.0 |
3.5 2.5-4.0 4.5-5.0 5.0-5.5 4.0-4.5 |
3.0 3.0 3.5 4.0 3.0 |
|
12Cr1MoV |
324 |
6-6.5 |
60-70 |
17 |
1.0 |
5.0 |
4.0 |
|
12Cr18Ni12Ti |
324 |
6.5-7.0 |
60-70 |
15 |
1.0 |
5.0 |
4.0 |
大直徑厚臂鋼管一半用預(yù)熱閃光對焊，其工藝參數(shù)可參考下表：
大斷面低碳鋼管預(yù)熱閃光對焊的焊接條件
|
管子截面 （mm2） |
次級空載電壓（v） |
伸出長度2L（mm） |
預(yù)熱時間（S） |
閃光留量 （mm） |
平均閃光速度（mm/s） |
頂鍛留量 （mm） |
有電流頂鍛量（mm） |
|
|
總時間 |
脈沖時間 |
|||||||
|
4000 10000 16000 20000 32000 |
6.5 7.4 8.5 9.3 10.4 |
240 340 380 420 440 |
60 240 420 540 720 |
5.0 5.5 6.0 6.0 8.0 |
15 20 22 23 26 |
1.8 1.2 0.8 0.6 0.5 |
9 12 14 15 16 |
6 8 10 12 12 |
由于管子是展開形斷面，散熱較快，端面液態(tài)金屬易于冷卻，頂鍛時難于擠出。面積分散，又使閃光過程中自保護作用減弱。因此，當(dāng)工藝參數(shù)選擇不當(dāng)時，非金屬夾雜物會殘留在接口中形成灰斑缺陷。保持穩(wěn)定閃光，提高閃光和頂鍛速度，并采用氣體保護，能減少或消除灰斑。
管子焊后，需去除內(nèi)外毛刺，以保證管子外表光潔，內(nèi)部有一定的通道孔徑。去除毛刺需使用專用工具。
四、薄板對焊
薄板對焊在冶金工業(yè)軋制鋼板的連續(xù)生產(chǎn)線上廣泛應(yīng)用。板材寬度從300到1500mm以上，厚度從小于1mm到十幾mm。材料有碳鋼、合金鋼及有色金屬及其合金等。板材對焊后，接頭由于將經(jīng)受軋制，并生產(chǎn)很大的塑性變形，因而不僅要有一定的強度、而且應(yīng)有很高的塑性。厚度小于5mm的鋼板，一般采用連續(xù)閃光對焊，用平面電極單面導(dǎo)電，板材較厚時，采用預(yù)熱閃光對焊，雙面導(dǎo)電，以保證沿整個端面加熱均勻。
薄板焊接時，因斷面的長與寬之比較大，面積分散、接頭冷卻快，閃光過程中自保護作用較弱，同時，液態(tài)過梁細(xì)小，端面上液態(tài)金屬層薄。易于氧化和凝固。因此必須提高閃光和頂鍛速度。焊后須趁熱用毛刺切除裝置切除毛刺。低碳鋼和不銹鋼板閃光對焊的工藝參數(shù)參考下面兩表：
低碳鋼鋼板的閃光和頂鍛留量
|
厚度（mm） |
寬度（mm） |
留量（mm） |
||||
|
總流量 |
閃光 留量 |
頂鍛留量 |
||||
|
總流量 |
有電 |
無電 |
||||
|
2 |
100 400 1200 2000 |
9.5 11.05 15 17.5 |
7 9 11 15 |
2 2.5 4 4.5 |
1 1.5 2 2 |
1 1 2 2.5 |
|
3 |
100 400 1200 2000 |
12 15 16 20 |
9 11 13 14 |
3 4 5 6 |
2 2.5 2 3 |
1 2 3 3 |
|
4-5 |
100 400 1200 2000 |
14 17 20 21 |
10 12 14 15 |
4 5 6 6 |
2 2 3 3 |
2 2 3 3 |
不銹鋼板閃光對焊的流量
|
厚度（mm） |
最終鉗口距離（mm） |
閃光留量（mm） |
頂鍛留量（mm） |
伸出總長（mm） |
|
1.0 1.5 2 2.5 3 4 5 6 10 - |
3 5 6 7 9.5 11 15 16 18 - |
5.5 8 10.5 13 15 15 18 18 20 - |
1.5 2 2.5 3.0 3.5 4 5 6 7 - |
10 15 19 23 27 30 38 40 55 - |
五、環(huán)形件對焊
環(huán)形件（如車輪輞、鏈環(huán)、軸承環(huán)、噴氣發(fā)動機安裝邊等）焊接時，除了考慮對焊工藝的一般規(guī)律外，還應(yīng)注意分流和環(huán)形件變形彈力的影響。由于存在分流，需用功率要增大15-50%。分流雖環(huán)形件直徑的減小，斷面的增大，以及材料電阻率的減小而增大。
環(huán)形件對焊時，頂鍛壓力的選擇必須考慮變形反彈力的影響，但由于分流有對環(huán)背加熱的作用，因而頂鍛壓力增加量不大。
自行車、摩托車鋼圈、汽車輪輞均采用連續(xù)閃光對焊，夾鉗電極的前口必須與工件斷面相吻合。頂鍛時，為了防止反彈力影響接頭質(zhì)量，甚至拉開接頭，需要延長無電流頂鍛時間。
錨鏈，傳動鏈等鏈環(huán)多用于低碳鋼和低合金鋼制造，直徑d<20mm時可用電阻對焊，d>20mm時可用預(yù)熱閃光對焊，預(yù)熱的目的是為了使接口處加熱均勻，頂鍛時容易產(chǎn)生一定的塑性變形。
鏈環(huán)對焊的工藝參數(shù)可參考下面兩表：
錨鏈閃光對焊的焊接條件
|
錨鏈直徑（mm） |
次級電壓（V） |
初級電流（A） |
預(yù)熱間斷次數(shù) |
焊接通電時間（S） |
頂鍛速度（mm/s） |
閃光速度（mm/s） |
留量（mm） |
||||||
|
閃光 |
短路 |
自然間隙 |
等速 |
加速 |
有電項 |
無電項 |
合計 |
||||||
|
28 31 34 37 40 |
9.27 10.3 10.3 8.85 10.0 |
420 450 460 480 500 |
550 580 620 680 720 |
2-4 3-5 3-5 4-6 5-7 |
19±1 22±1.5 24±2 28±2 30±2 |
45-50 45-50 45-50 30 30 |
0.9-1.1 0.9-1.1 0.8-1.0 0.8-1.0 0.7-0.9 |
1.5 2 2 2.5 2 |
4 4 4 5 5 |
2 2 2 2 2 |
1.0-1.5 1.0-1.5 1.5 1.5 1.5-2 |
1.5 1.5 1.5 1.5-2 2 |
10-11 10-11 11-12 12-13 12-13 |
小直徑鏈環(huán)電阻對焊的焊接條件
|
直徑（mm） |
焊機額定功率（KVA） |
次級電壓（V） |
焊接時間（S） |
每分鐘焊接鏈環(huán)數(shù) |
|
|
通電 |
斷電 |
||||
|
19.8 16.7 15.0 13.5 12.0 |
250 250 175 175 175 |
4.4-4.55 3.4-3.55 3.8-4.0 3.8-4.0 2.8 |
4.5 5.0 3.0 2.5 1.5 |
1.0 1.0 1.0 1.0 0.8 |
6.4 6.4 6.6 8.8 8.6 |
六、刀具對焊
刀具對焊時目前刀具制造業(yè)中用于制造毛坯的工藝方法之一，主要是高速鋼（W8Cr4V,W-9Cr4V2）和中碳鋼的對焊，刀具對焊有如下特點：
1）高速鋼與中碳鋼的導(dǎo)熱性與電阻率差別大。在常溫下，中碳鋼λ=0.42W/（cm℃），ρ0=18-22uΩcm；高速鋼λ=0.23W/（cm℃），ρ0=48Ωcm.為了使接合面兩側(cè)的溫度分布基本一致，高速鋼的伸出長度應(yīng)比中碳鋼小30-50%。一般情況下高速鋼的伸出長度為（0.5-1.0）d。為了防止散熱過快，伸出長度不小10mm。
2）高速鋼淬火傾向大，焊后硬度將大大提高，并可能產(chǎn)生淬火裂紋。為了防止裂紋，可采用預(yù)熱閃光對焊。預(yù)熱時，將接口附近5-10mm范圍內(nèi)的金屬加熱到1100-1200℃。焊后在600-700℃的電爐中保溫30min進行退火。
3）高速鋼加熱到高溫時，會產(chǎn)生晶粒長大或在半熔化晶界上形成萊氏體共晶物，使接頭變脆。萊氏體共晶物不能通過熱處理消除。因此需要用充分的頂鍛來消除這種組織，刀具對焊的工藝參數(shù)可參考下表：
刀具對焊的焊接條件
|
直徑（mm） |
面積（mm2） |
次級電壓（V） |
伸出長度（mm） |
留量（mm） |
|||||||
|
預(yù)熱 |
閃光 |
頂鍛 |
總流量 |
工具鋼留量 |
碳鋼留量 |
||||||
|
工具鋼 |
碳鋼 |
有電 |
無電 |
||||||||
|
8-10 11-15 16-20 21-22 23-24 25-30 31-32 33-35 36-40 41-46 47-50 51-55 55-30 |
50-80 80-180 200-315 250-380 415-450 490-700 750-805 855-960 1000-1260 1320-1660 1730-1965 2000-2375 - |
3.8-4 3.8-4 4-4.3 4-4.3 4-4.3 4.3-4.5 4.5-4.8 4.8-5.1 5.1-5.5 5.5-6.0 6.0-6.5 6.5-6.8 7.0-8.0 |
10 12 15 15 18 18 20 20 20 20 22 25 25 |
15 20 20 20 27 27 30 30 30 30 33 40 40 |
1 1.5 1.5 1.5 2 2 2 2 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 |
2 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3 4 |
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 1.5 |
1.5 1.5 1.5 1.5 2 2 2 2 2 2.5 2.5 3.5 4 |
5 6 6 6 7 7 7 7 8 9 9 10 12 |
3 3.5 3.5 3.5 4 4 4 4 5 5.5 5.5 6 7 |
2 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3 3 3.5 3.5 3.5 5 |
閃光對焊的新技術(shù)
1）程控降低電壓閃光對焊 這種焊接方法的特點是，閃光開始階段采用較高的次級空載電壓，以利于激起閃光，當(dāng)端面溫度升高后，再采用低電壓閃光，并保持閃光速度不變，以提高熱效率。接近頂鍛時，再提高次級電壓，使閃光強烈，以增加自保護作用。
程控降低電壓閃光對焊與預(yù)熱閃光對焊相比較，具有焊接時間短、需用功率低、加熱均勻等優(yōu)點。
2）脈沖閃光對焊 這種焊法的特點是，在動夾鉗送進的行程中，通過液壓振動裝置，再疊加一個往復(fù)振動行程，振幅為0.25-1.2mm，頻率為3-35Hz均勻可調(diào)。由于振動使焊件端面交替的短路和拉開，從而產(chǎn)生脈沖閃光。
脈沖閃光對焊與普通閃光對焊相比較，由于沒有過梁的自發(fā)爆破，噴濺的微粒小、火口淺，因而熱效率可提高一倍多，頂鍛留量可縮小到2/3-1/2。
以上兩種方法主要是為了滿足大斷面工件閃光對焊的需要。
3）矩形波閃光對焊 這種焊法與工頻交流正弦波閃光對焊相比較，能顯著提高閃光的穩(wěn)定性。因為正弦波電源當(dāng)電壓接近零位時，將使閃光瞬間中斷，而矩形波可在全周期內(nèi)均勻產(chǎn)生閃光。與電壓相位無關(guān)。
矩形波電源單位時間內(nèi)的閃光次數(shù)比工頻交流提高30%，噴濺的金屬微粒細(xì)，火口淺、熱效率高。矩形波頻率可在30-180Hz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。這種方法多用于薄板和鋁合金輪圈的連續(xù)閃光對焊。
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