作者:吉林大学 赵熹华
sY#iGEf G3.MS7J 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。
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0 引言
ST^@7f_ S&rfMRP 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。
3cp"UU}. 6EeUiLd 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。
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Fs bX{ 1 电阻焊技术新发展
6J\Yi)v< `T;M=S^y*E 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。
-bq\2Yc$] o#IQz_ 1.1 电阻焊接头形成理论研究进展
wJ|wAS &;)6G1X1 电阻焊接头形成理论研究为电阻焊新材料、新工艺、新设备、接头质量监控技术等发展创造了条件。因此,它不仅具有较高的学术理论意义,也有很大的工程实用价值。
u}[Z=V >H,t^i}@ 1.1.1点焊熔核孕育处理
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国内学者赵熹华等人,在国家自然科学基金和美国GM基金资助下对多种难焊金属材料(铝合金、弹簧钢等)开展了“点焊熔核孕育处理理论与方法”的研究,现已取得如下成果:
<AzM~]"3 |c]Y1WwDx (1)首次获得了全部凝固组织为等轴晶的点焊熔核(图1b)。
t-vH \m (2)首次使全部为柱状晶的点焊熔核贴合面处出现等轴晶区(图2b)。
&f\ng{ (3)扩大熔核等轴晶区,缩小熔核柱状晶区,使凝固组织晶粒显著细化。
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h-Mx+M (a)未经孕育处理(柱状晶+等轴晶) (b)经过孕育处理(等轴晶)
Tn# >"Ag 图1 LY12CZ铝合金点焊熔核
mh4NZ @; (a)经孕育处理(柱状晶组织及贴合面)(b)经过孕育处理(贴合面处的等轴晶组织)
y?|JBf 图2 65Mn弹簧钢点焊熔核
研究结果表明,孕育处理可显著提高点焊接头力学性能,尤其是疲劳强度。这就为点焊质量监控技术开辟了一条新路,从“质”的方面根本改善了点焊接头质量。
_a"\g9{%* 41595x: 1.1.2电阻焊过程的数值模拟
6^L4wd7) Y^? J3[@ 数值模拟技术可灵活地对电阻焊过程中的各种影响因素进行研究,帮助人们进行一些不可能通过试验而完成的研究和分析,从而为电阻焊研究提供理论上的指导。其中点焊接头形成过程的数值模拟研究一直是该领域科学研究发展的重要趋势。目前的研究主要集中在点焊过程中的热、电、力行为,即根据物理学中描述热、电、力问题的基本方程,通过对方程中参数变化和边界条件进行假设,建立点焊过程的数学模型,进而用数值方法对点焊过程的温度场、电流场、电势场和应力、应变场进行求解,用以研究点焊过程机理。近期研究进展见表1。
\mt0mv;c 表1 点焊过程数值模拟研究进展
uQ;b'6Jcp 1.1.3新型工业材料焊接性研究
.&53WL[D| h4x RRyK 新型工业材料—镀锌钢板和铝合金等在汽车工业中获得了大量应用,但由于其物理性能上的特殊性,其点焊焊接性很差,尤其是点焊过程中电极的磨损和沾污,严重影响了连续点焊生产。而小焊点和粘焊等缺陷又使点焊接头力学性能和可靠性没有保障,尤其是铝合金更为严重。因此,必须对这些材料的点焊焊接性作进一步深入细致的研究。
JvHGu&Nr! 4Qr16,Us 镀锌钢板焊接性研究主要集中在以下方面:
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B(4` NA,)FmQjk (1)镀层涂复方法(电镀锌、热镀锌、热镀Zn—Fe合金)及镀层厚度影响。
4g.y$ >^@/Ba$h (2)镀层与电极头之间相互影响,法国学者T. Dupuy对电极端部损坏作了专题研究。
"[.adiw V9 pKbX (3)熔核结晶形态、缺陷产生机理、力学性能等与点焊参数的关系等。
&&}' &}1PH%6 (4)以信息和控制新技术对点焊工艺和过程进行模拟和预测。
#du!tx ( _ O; qerE?i` 铝合金板焊接性研究主要集中在以下方面:
i%+p\eeq* K"cN`Kj<*- (1)电极粘结和喷溅产生机理及解决措施。例如,铝合金点焊中飞溅的小波分析研究;在铝合金板两面分别镀不同厚度的铬酸盐层,改变接触电阻大小的效果研究等。
J`ia6fy.I A22h+8yG (2)铝合金电阻点焊过程的数值模拟及能量分析等。
5o~;0K] g`jO (3)铝合金点焊工艺设计及质量控制的智能化研究。
RNyw`> O)'Bx=S4Ke 1.2 电阻焊质量控制技术
3wEVjT- <Gy)|qpK[ 保证电阻焊接头质量,提高其可靠性的核心就是在生产过程中运用先进的手段和设备实施质量控制。特别是由于点焊工艺运用的广泛性、重要性和具有代表性,点焊质量控制技术始终是电阻焊领域研究的前沿和热点。
/\-qz$ oEE*H2l\ 众所周知,点焊过程是一个高度非线性、有多变量耦合作用和大量随机不确定因素的过程,具有形核过程时间极短,处于封闭状态无法观测,特征信号提取困难等自身特点。这就造成焊点质量参数(熔核直径、强度等)无法直接测量,只能通过一些点焊过程参数(焊接电流、电极间电压、动态电阻、能量、热膨胀电极位移、声发射、红外辐射和超声波等)进行间接的推断,这就极大影响了点焊质量监控的准确性和可靠性。经过较长时间的探索和实践,研究者已获得如下共识:发展多参量综合监测技术是提高点焊质量监控精度的有效途径,即充分利用监测信息,采用合理的建模手段,建立合理的多元非线性监测模型并使该模型能在较宽条件内提供准确、可靠的点焊质量信息,是质量控制技术关键。研究表明,利用神经元网络理论、模糊逻辑理论、数值模拟技术及专家系统等可望解决真正的点焊质量直接控制,将点焊质量控制技术的研究推向一个新高度。
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