作者:吉林大学 赵熹华
5[zr(FuE n}Thc6f3D 压力焊(Pressure Welding),焊接过程中,必须对焊件施加压力(加热或不加热),以完成焊接的方法,主要由电阻焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、爆炸焊、冷压焊、旋弧焊和磁力脉冲焊等组成。
.Sw4{m[g k(>J?\iNW 0 引言
q{*[uJ}Xc" EX<1hAw 压力焊是焊接科学技术的重要组成之一,广泛应用于航空、航天、能源、电子、车辆及轻工等部门。统计资料表明,用压力焊完成的焊接量,每年约占世界总焊接量的1/3,并有继续增加的趋势。为了适应新材料、新工艺、新产品在工业上开发应用的需要,近年来,国内外在压力焊焊接接头形成理论、焊接质量监控技术、焊接新工艺及新设备的开发和新材料焊接等方面作了大量工作。
_`QME r? J.2BBy 鉴于压力焊专委会在焊接学会中的分工,本文仅就电阻焊和摩擦焊技术的新发展作一综述。
056yhB ]lJ#|zd8o 1 电阻焊技术新发展
.wm<l: 1: cq\Y 电阻焊(Resistance Welding),工件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法,主要由点焊、对焊、缝焊和高频焊等组成。电阻焊是一种焊接质量稳定,生产效率高,易于实现机械化、自动化的连接方法。
\K9Y@jnr 4mBM5Tv 1.1 电阻焊接头形成理论研究进展
3H"F~_H RToX[R;1E 电阻焊接头形成理论研究为电阻焊新材料、新工艺、新设备、接头质量监控技术等发展创造了条件。因此,它不仅具有较高的学术理论意义,也有很大的工程实用价值。
j }^?Snq /s)It 1.1.1点焊熔核孕育处理
Tz&cm= !Y^$rF-+ 国内学者赵熹华等人,在国家自然科学基金和美国GM基金资助下对多种难焊金属材料(铝合金、弹簧钢等)开展了“点焊熔核孕育处理理论与方法”的研究,现已取得如下成果:
{XhpxJ__ gcX (1)首次获得了全部凝固组织为等轴晶的点焊熔核(图1b)。
Q4ii25]* (2)首次使全部为柱状晶的点焊熔核贴合面处出现等轴晶区(图2b)。
]6=opvm (3)扩大熔核等轴晶区,缩小熔核柱状晶区,使凝固组织晶粒显著细化。
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Y=pRenV' (a)未经孕育处理(柱状晶+等轴晶) (b)经过孕育处理(等轴晶)
H-5f!>) 图1 LY12CZ铝合金点焊熔核
OB,T>o@ (a)经孕育处理(柱状晶组织及贴合面)(b)经过孕育处理(贴合面处的等轴晶组织)
%u|Qh/?7 图2 65Mn弹簧钢点焊熔核
研究结果表明,孕育处理可显著提高点焊接头力学性能,尤其是疲劳强度。这就为点焊质量监控技术开辟了一条新路,从“质”的方面根本改善了点焊接头质量。
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&@7|_60 1.1.2电阻焊过程的数值模拟
/e*<-a S9/\L6Rmf 数值模拟技术可灵活地对电阻焊过程中的各种影响因素进行研究,帮助人们进行一些不可能通过试验而完成的研究和分析,从而为电阻焊研究提供理论上的指导。其中点焊接头形成过程的数值模拟研究一直是该领域科学研究发展的重要趋势。目前的研究主要集中在点焊过程中的热、电、力行为,即根据物理学中描述热、电、力问题的基本方程,通过对方程中参数变化和边界条件进行假设,建立点焊过程的数学模型,进而用数值方法对点焊过程的温度场、电流场、电势场和应力、应变场进行求解,用以研究点焊过程机理。近期研究进展见表1。
2(D&jL 表1 点焊过程数值模拟研究进展
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1.1.3新型工业材料焊接性研究
Q"xDRQA _x#r,1V+D 新型工业材料—镀锌钢板和铝合金等在汽车工业中获得了大量应用,但由于其物理性能上的特殊性,其点焊焊接性很差,尤其是点焊过程中电极的磨损和沾污,严重影响了连续点焊生产。而小焊点和粘焊等缺陷又使点焊接头力学性能和可靠性没有保障,尤其是铝合金更为严重。因此,必须对这些材料的点焊焊接性作进一步深入细致的研究。
";0-9*I Q%GLT,f1. 镀锌钢板焊接性研究主要集中在以下方面:
gAi}"}; WWTJ%Rd| (1)镀层涂复方法(电镀锌、热镀锌、热镀Zn—Fe合金)及镀层厚度影响。
SLd9-N}T )>=|oY3 (2)镀层与电极头之间相互影响,法国学者T. Dupuy对电极端部损坏作了专题研究。
x~yd/ R 6d 8n1_ (3)熔核结晶形态、缺陷产生机理、力学性能等与点焊参数的关系等。
~b4fk^u`+ [7)#3 (4)以信息和控制新技术对点焊工艺和过程进行模拟和预测。
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