閃光對焊

閃光對焊是將兩個焊件相對放置裝配成對接接頭，接通電源并使其端面逐漸接近達到局部接觸，利用電阻熱加熱這些觸點（產(chǎn)生閃光），使端面的這些金屬觸接點加熱熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達到預定溫度時，迅速施加頂鍛力，依靠焊接區(qū)金屬本身的高溫塑性金屬的大變形和電阻熱，使兩個分離表面的金屬原子之間接近到晶格距離，形成金屬鍵，在結(jié)合面上產(chǎn)生足夠量的共同晶粒而得到永久接頭。

閃光對焊由于熱效率高、焊接質(zhì)量好、可焊金屬和合金的范圍廣，不但可以焊接緊湊截面，而且可以焊接展開截面的焊件（如型鋼、薄板等），因此，廣泛應用于機電、建筑、鐵路、石油鉆探和冶金工業(yè)等方面。

鋼筋閃光對焊的焊接工藝可分為連續(xù)閃光焊、預熱閃光焊和閃光-預熱閃光焊等，根據(jù)鋼筋品種、直徑、焊機功率、施焊部位等因素選用。

連續(xù)閃光對焊的工藝過程包括：連續(xù)閃光和頂鍛過程。施焊時，先閉合一次電路，使兩根鋼筋端面輕微接觸，此時端面的間隙中即噴射出火花般熔化的金屬微粒---閃光，接著徐徐移動鋼筋使兩端面仍保持輕微接觸，形成連續(xù)閃光。當閃光到預定的長度，使鋼筋端頭加熱到將近熔點時，就以一定的壓力迅速進行頂鍛。先帶電頂鍛，再無電頂鍛到一定長度，焊接接頭即告完成。

預熱閃光對焊是在連續(xù)閃光焊前增加一次預熱過程，以擴大焊接熱影響區(qū)。其工藝過程包括：預熱、閃光和頂鍛過程。施焊時先閉合電源，然后使兩根鋼筋端面交替地接觸和分開，這時鋼筋端面的間隙中發(fā)出斷續(xù)的閃光，而形成預熱過程。當鋼筋達到預熱溫度后進入閃光階段，隨后頂鍛而成。

閃光-預熱閃光焊是在預熱閃光焊前加一次閃光過程，目的是使不平整的鋼筋端面燒化平整，使預熱均勻。其工藝過程包括：一次閃光、預熱、二次閃光及頂鍛過程。施焊時首先連續(xù)閃光，使鋼筋端部閃平，然后同預熱閃光焊。

與電阻對焊相比，閃光對焊有許多優(yōu)點，由于閃光的作用，使得焊接接頭處形成自保護區(qū)，減少了對口金屬被氧化的可能性；閃光后期由于高溫液態(tài)金屬的存在，能夠?qū)⒑附咏宇^的污物清除干凈；對口處溫度上升較快；較少出現(xiàn)許多熔化焊接接頭缺陷。

但同時閃光對焊焊接時也存在著一些缺點，如材料燒損較多并且伴有比較大煙塵和飛濺，對于工作環(huán)境不利，焊接參數(shù)相互影響較大，控制不方便等。

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，導致工件報廢。所謂強烈是指在單位時間內(nèi)有相當多的過梁爆破。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，因為當焊機容量不足時，若不先將工件預熱到一定溫度，就不可能激發(fā)連續(xù)的閃光過程。此時，預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。

1、缺陷形式：燒化過分劇烈并產(chǎn)生爆炸聲。

糾正預防措施：

（1）降低變壓器級次；

（2） 減慢燒化速度

2、缺陷形式：鋼筋表面燒傷。

糾正預防措施：

（1）調(diào)整電極位置，增強夾具剛度；

（2） 切除或矯直鋼筋接頭；

（3）焊完冷卻后，平穩(wěn)取下鋼筋。

3、 缺陷形式：接頭軸線偏移和彎折。

糾正預防措施：

（1）調(diào)整電極位置，增強夾具剛 度；

（2）切除或矯直鋼筋接頭；

（3）焊完冷卻后，平穩(wěn)取下鋼筋。

4、缺陷形式：接頭中有氧化膜，未焊透或有夾渣。

糾正預防措施：

（1）增加預熱過程；

（2）加快臨近頂鍛時的燒化速度；

（3）避免過早切斷電流；

（4）增加頂鍛速度和頂鍛力。

5、缺陷形式：接頭過熱或熱影響區(qū)過熱。

糾正預防措施：

（1）降低變壓器級次；

（2） 正確控制有電頂鍛流量及速度，避免過早頂鍛；

（3）減小預熱程度；

（4）加快閃光速度

6、缺陷形式：接頭區(qū)域裂縫糾正預防措施：

（1）檢驗鋼筋的碳、硫、磷含量，如不符合規(guī)定，應予更換；

（2）增大預熱程度。

1、對焊前應檢查焊機各部件和接地情況，調(diào)整變壓器級次，開放冷卻水，合上電閘。

2、當調(diào)換焊工或更換鋼筋級別和直徑時，應按規(guī)定制作六個試樣，作冷彎和拉力試驗合格后，才能成批焊接。

3、焊接前，應將鋼筋端頭15cm范圍內(nèi)的鐵銹、污物等清除干凈，以免在夾具和鋼筋間因接觸不良而引起“打火”。

4、鋼筋端頭應保持順直，如有彎曲必須調(diào)直或切除，并使兩鋼筋處在同一軸線上，其最大偏差不得超過0.5mm。

5、對Ⅱ級鋼筋采用預熱閃光焊時，應做到；一次閃光，閃平為準；預熱充分，頻率要高；二次閃光，短、穩(wěn)、強烈；頂鍛過程，快而有力。

6、不同直徑的鋼筋焊接時，其直徑差一般不宜大于2~3mm。焊接時應按大直徑鋼筋選擇焊接參數(shù)，并應減小大直徑鋼筋的調(diào)伸長度，或利用短料首先將大直徑鋼筋預熱，以使兩者在焊接過程中加熱均勻，保證焊接質(zhì)量。

7、焊接場地應有防風、防雨措施，以免接頭區(qū)驟然冷卻，發(fā)生淬裂。

8、負溫（不低于-20℃）條件下進行閃光對焊，應采用弱參數(shù)，并使室內(nèi)溫度保持0℃以上，避免接頭冷淬。當氣溫較低時，接頭部位應采用石棉粉等保溫材料予以保溫。 2100433B

前言

緒論

第1章閃光對焊原理

1.1焊接接頭的形成條件

1.2閃光對焊接頭的形成條件

1.3閃光對焊接頭的形成過程

1.3.1閃光過程

1.3.2頂鍛過程

1.4閃光對焊接頭的組織、性能與缺陷

第2章閃光對焊工藝

2.1閃光對焊工藝流程

2.2選取閃光對焊焊接參數(shù)的一般原則

2.3常用金屬材料的閃光對焊特性

2.4不同截面形狀和規(guī)格焊件的閃光對焊特性

參考文獻

第3章閃光對焊設備

3.1閃光對焊設備的型號

3.2閃光對焊設備的組成

3.2.1機座

3.2.2夾緊機構(gòu)

3.2.3送進機構(gòu)

3.3閃光對焊供電系統(tǒng)

3.3.1供電特點

3.3.2主要電氣參數(shù)和外特性

3.3.3單相交流調(diào)壓電路

3.3.4并聯(lián)電源變壓器

3.3.5三相低頻電源變壓器

3.3.6二次整流電路

3.3.7焊接回路

3.3.8典型設備應用實例

3.4閃光對焊電極

參考文獻

第4章閃光對焊質(zhì)量與焊接過程監(jiān)控

4.1閃光對焊質(zhì)量控制

4.1.1基于模糊控制的閃光對焊質(zhì)量控制

4.1.2基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的閃光對焊質(zhì)量控制

4.1.3基于正交回歸試驗的閃光對焊工藝

4.1.4閃光對焊數(shù)值模擬技術(shù)

4.2閃光對焊過程在線監(jiān)控

4.2.1閃光對焊過程中在線監(jiān)控的焊接參數(shù)

4.2.2閃光對焊過程控制

4.2.3閃光對焊在線監(jiān)控系統(tǒng)

參考文獻

第5章閃光對焊焊縫質(zhì)量檢測

5.1閃光對焊質(zhì)量檢驗程序

5.2閃光對焊的質(zhì)量檢驗方法

5.3常用無損檢測方法

5.3.1超聲檢測

5.3.2射線檢測

5.3.3磁粉檢測

5.3.4滲透檢測

5.4閃光對焊接頭的破壞性檢驗

5.4.1力學性能試驗

5.4.2金相檢驗

5.5閃光對焊焊縫質(zhì)量檢測依據(jù)的相關標準

參考文獻

第6章鋼軌閃光對焊技術(shù)

6.1軌道閃光對焊技術(shù)

6.2鋼軌閃光對焊技術(shù)的研究和應用現(xiàn)狀

6.2.1國外鋼軌閃光對焊技術(shù)的研究和應用

6.2.2國內(nèi)鋼軌閃光對焊技術(shù)的研究和應用

6.3鋼軌閃光對焊工藝研究

6.3.1鋼軌閃光對焊電源

6.3.2鋼軌閃光對焊工藝優(yōu)化

6.3.3鋼軌閃光對焊模擬和缺陷研究

6.4鋼軌閃光對焊過程檢測和質(zhì)量控制

6.4.1閃光對焊過程檢測和質(zhì)量控制原則

6.4.2過程信號采集系統(tǒng)

6.4.3過程監(jiān)控和質(zhì)量控制的研究方向

6.5鋼軌閃光對焊技術(shù)的發(fā)展趨勢

參考文獻

第7章管道閃光對焊技術(shù)

7.1管道閃光對焊技術(shù)的發(fā)展

7.2常用管道閃光對焊材料

7.2.1管線鋼管

7.2.2鍋爐鋼管

7.2.3其他管材

7.3管道閃光對焊工藝的設計

7.3.1鍋爐鋼管閃光對焊工藝

7.3.2管線鋼管閃光對焊工藝

7.4管道閃光對焊接頭的性能與顯微組織

7.5管道閃光對焊接頭斷裂的分析

7.6管道閃光對焊工程應用實例

參考文獻

附錄焊接變壓器及單相調(diào)壓電路計算仿真

附錄A焊接變壓器計算

A.1焊接變壓器

A.2變壓器空載

A.3變壓器負載運行

A.4變壓器等效電路

A.5焊接變壓器功率

A.5.1交流電路功率定義

A.5.2焊接變壓器功率算法

附錄B單相交流調(diào)壓電路

B.1電阻負載調(diào)壓電路

B.2電感負載調(diào)壓電路

B.3阻感負載調(diào)壓電路

B.4諧波分析及相位控制

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)金屬的有關特性，采取必要的工藝措施。現(xiàn)分析如下：

（1）導電導熱性 對于導電導熱性好的金屬，應采用較大的比功率和閃光速度，較短的焊接時間，預熱閃光更佳

（2）高溫強度 對于高溫強度高的金屬，應采用增大溫塑性區(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，嚴重時會產(chǎn)生淬火裂紋。淬火鋼通常采用加熱區(qū)寬的預熱閃光對焊，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)量有嚴重危害，因此，防止氧化和排除氧化是提高接頭質(zhì)量的關鍵。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，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，應該采取嚴格的工藝措施，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，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。因而需要相應增加頂鍛壓強和頂鍛留量。為了減輕淬火的影響?？刹捎妙A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，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，應采取防止淬火脆化的措施。

低合金鋼的焊接特點與中碳鋼相似，具有淬硬傾向，應采用相應的熱處理方法。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。

3、鋁及其合金的閃光對焊

這類材料具有導電導熱性好，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)，也應采用很高的最后閃光速度、頂鍛速度和頂鍛壓強。

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，增加接頭脆性。

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。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。當采用閃光、頂鍛速度較小的預熱閃光焊時，應在保護氣氛中焊接。預熱溫度為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。

《閃光對焊技術(shù)及應用》是焊接領域中一本專門系統(tǒng)論述閃光焊的著作，較系統(tǒng)地介紹了閃光對焊的原理、工藝和設備，特別對閃光焊設備的電源變壓器、供電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)，閃光對焊的過程控制與質(zhì)量檢測，鋼軌閃光焊接和管道閃光焊接等進行了重點介紹。可使讀者對閃光焊接技術(shù)有一個系統(tǒng)全面深入的了解和掌握。