常用金属焊接技术研究与分析张弘强

发表时间:2020/6/17   来源:《中国电业》2020年第5期   作者:张弘强
[导读] 由于机械工业的快速发展,因此在大功率用电设备得到广泛应用时
        摘要:由于机械工业的快速发展,因此在大功率用电设备得到广泛应用时,通过对焊接技术的革新可以做到材料的节省,因此这就在一定程度上,可以降低生产的成本。在焊接过程中,可以采取两种方法有效地解决裂缝问题,即:通过使用应力释放槽和堆焊过渡层的方法。先进的焊接技术不但可以保证环形齿轮和轮的机械性能,并且还可以缩短生产周期以此来节省制造成本。在目前的工业生产中,为了进一步提高焊接质量,焊接机器人的推广使用越来越多,而且研究人员还在研究焊接的本质,目的是继续探索新的焊接工艺和方法。本文对常用金属焊接技术进行了简单的探讨,以供相关人员的参考。
关键词:金属焊接;技术研究;技术分析
1、焊接的分类
        1.1、压焊
        在固态条件下,通过对两工件进行加压,进而在一定程度上实现原子间的结合,这种焊接工艺被称为固态焊接。对于压焊工艺来说,通常情况下比较常用的是电阻对焊。将电流通过两工件的连接端,由于连接端的电阻较大,在电流通过时使得此处的温度升高,当温度升高到一定程度,连接端成为塑性状态时,在轴向压力的作用下,使得两工件连接成—体,进而完成焊接。在工件进行焊接的过程中,通过向连接端施加压力,而不是向连接端填充材料,这是压焊工艺的共性所在。通过压焊工艺对工件进行焊接,焊接过程得到了简化,进而在一定程度上提高了焊接的安全性。
        1.2、熔焊
        在不是施加压力的情况下,将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。电弧焊:熔化极熔化极(焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、螺熔化极柱焊)非熔化极(钨极氩弧焊、等离子弧焊、碳弧焊、原子氢非熔化极焊、气焊、氧氢、氧乙炔、空气乙炔、铝热焊、电渣焊、电子束焊、激光焊)。这一类焊接方法的共同特点是,利用局部热源将焊件的接合处及填充金属材料(有时不用填充金属材料)熔化,不加压力而互相熔合,冷却凝固后而形成牢固的接头,电弧焊、电渣焊都属于这一类。
        1.3、钎焊
        在对工件进行焊接的过程中,采用比工件熔点低的金属作钎料,通过对工件和钎料进行加热,超过钎料熔点所对应的温度,但是低于工件熔点对应的温度,这种焊接方式称为钎焊。进行焊接时,接口间隙通过液态钎料进行润湿和填充,在一定程度上实现工件的焊接。受工件材料、焊接材料、焊接电流的影响,焊后在焊缝和热影响区产生过热、脆化等现象,进而降低焊件性能。
2、常用金属焊接技术探讨
        2.1、无电金属焊接技术
        无电金属焊接技术是由自蔓延焊接技术发展而来的,是一种较为新型的金属焊接技术。该焊接技术主要是将先进的焊接材料制成专用的手持式焊笔,在进行焊接时只需将焊笔点燃即可,焊接过程依靠的是焊接材料燃烧时释放的热量化学反应放出的热作为高温热源,无需其他能源和设备进行辅助。由于焊接时不使用任何外界能源,因此被称为无电焊接。
        (1)焊接过程简单方便,工作效率较高无电金属焊接技术在整个焊接过程中不需要电源和其他辅助设备,而且也不需要高压及各种保护性气体,仅靠自身焊接材料的化学反应释放的热能进行焊接,工作效率较高。另外,焊接笔本身小巧轻便,便于随身携带,由单人即可完成整个焊接过程,在较为紧急的情况下,方便其及时对工程机械中损坏的零部件进行焊接处理。
        (2)适用范围广,无电金属焊接技术能够焊接工程机械上的多种零部件,如油箱、水箱、电瓶连接线、拉杆等,焊接效果较好,同时可以满足使用要求。
        由于无电金属焊接技术仅靠焊接笔来完成整个焊接过程,因此,其焊接方法也较为简单。

首先,取出焊接笔,并点燃引线,然后将燃烧的焊接笔头部对准待焊部位,等待2—4秒即可在被焊部位进行焊接作业,焊接时应按照被焊物件的厚度沿焊道缓慢移动,保证金属液能够充分滴落并覆盖在被焊缝位置表面,一般情况下,1分钟大约能获得50cm左右的焊缝,焊接速度快;其次,在对平面上的焊缝进行焊接时,焊接笔应尽量与平面呈一定的倾角,但倾斜的角度不宜过大,在焊接金属板时,如厚度大于1.5mm,焊接笔应尽量紧贴于金属板表面,若厚度不足1.5mm,则应根据具体厚度情况,让焊接笔高于表面15—30mm;再次,在进行具有一定倾角的焊接或是立焊时,应使用由石墨制成的模具进行辅助焊接;最后,焊接完成后,待被焊金属冷却,将焊缝处的熔渣轻轻敲掉即可。
        2.2、钛合金与铝合金异种金属焊接技术
        钛合金和铝合金的特点在于耐腐蚀性较好,而且密度相对较低。当前条件下,复杂工况对工件的要求越来越高,加快了复合结构材料的发展,铝合金和钛合金构成的复合构件能够将两种材料的特性最大化的发挥出来。因为钛合金和铝合金在力学以及热物理学方面的性能出现一定的差异,导致焊接的时候很容易产生裂纹、气孔等问题,因为冶金反应产生金属间化合物导致Ti/Al异种金属在接头位置出现性能恶化等问题。
        铝元素和钛元素在液态环境下可以进行无限固溶。在固态条件时,钛和铝相容性很差。钛在铝当中的溶解度相对较小。与此同时,铝合金和钛合金在力学性能和热物理学性能方面具有一定差异。两者的差异导致铝合金和钛合金的焊接性相对较差,很容易在焊接的时候出现如下问题。
        (1)二者的相容性比较差,首先相容性相对较差,铝和钛之间的溶解度相对较低。在665℃下,钛溶解于铝的溶解量只有0.26%~0.28%。在温度降到20℃的时候,溶解度只有0.07%,这些数据可以充分地说明两种金属在实际应用的过程中很难相溶,而且铝在钛当中的溶解度更小。
        (2)在空气中容易氧化,钛和铝这两种金属在空气环境下很容易产生氧化,导致界面结合的过程中出现一定的难度。在600℃才开始氧化,逐步成为TiO2。在焊缝及界面当中出现脆性层,铝及相应的合金表面很容易产生致密的氧化膜,这样就会造成两种金属结合的过程中出现难度,在焊缝当中很容易出现夹渣等情况,导致焊缝的脆性大幅度增加。
        (3)出现脆性相的问题,铝和钛在1460℃条件下进行反应,最终会生成钛铝型金属间化合物。在1340℃的条件下,会产生Ti3Al型金属间化合物,这些化合物的出现会导致焊缝的强度和塑性大幅度的下降。
        (4)产生焊接变形的问题,钛和铝在线胀系数和热导率方面具有很大的差别,这样会导致焊接过程中形变相对较大,在脆性组织和焊接应力共同影响下很容易产生裂缝。
        钛合金和铝合金构件相对较为复杂,在汽车、航空航天等各个领域应用非常广泛,而且具有非常大的应用潜力和价值。当前制约钛合金和铝合金复合构件应用的关键在于焊接的质量。通过大量实验分析发现,在钛合金和铝合金异种金属焊接的过程中,脆性金属间化合物的生成是需要解决的问题,这会对焊接接头性能产生较为严重的影响,所以一定要重视焊接过程中最新技术,减少化合物生成和发展时对接头力学性能的影响,提高焊接的效率,在操作的过程中获得满意的异种金属焊接接头。
        综上所述,金属焊接技术已经在我国各个领域中得到广泛应用。但是由于金属焊接技术会对被焊工件的质量造成直接影响,因此,在进行焊接时必须做好质量控制工作,只有保证焊接质量,才能使金属焊接技术的应用范围越来越广。
参考文献:
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