闪光对焊操作

闪光对焊操作

闪光对焊是将焊件装配成对接接头，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。闪光对焊分为连续闪光焊和预热闪光焊2种。图7—14所示为采用连续闪光对焊钢轨现场及焊接后钢轨接头外观。

一、闪光对焊的焊接过程（焊接循环）

一般闪光对焊的焊接过程可以分成预热、闪光（俗称烧化）、顶锻和休止等阶段，如图7—15 所示。连续闪光对焊时无预热阶段，有休止阶段（与点焊相似。不再介绍）。

1.预热阶段

预热阶段是闪光对焊在闪光阶段之前先以断续的电流脉冲加热工件。

（1）预热的速度控制 一般预热时焊件的接近速度大于连续闪光初期速度，焊件短接后稍延时即快速分开呈开路，即进入匀热期。匀热码时后再原速接近，如此反复直至加热到预定温度。预热可以采用计数（短接次数）、计时或行程（设预热留量）来控制。

（2）预热的转换 预热结束时，可以将焊件的接近速度降低，使焊件从预热阶段转入闪光阶段。转换的方式有2 种∶一种是强制转入闪光阶段，这样预热的热输入方式和能量可任意调节，且过程转换点稳定;一种是采用自然转换方式，此时预热时的焊件靠近速度须选用闪光初期的靠近速度，当焊件端面升温到某值时可自然转入闪光。

2.闪光阶段

闪光阶段是闪光对焊加热过程的核心。闪光的主要作用是加热工件。在此阶段中，先接通电源，并使2个工件端面轻微接触。电流通过时，接触点熔化，成为连接两端面的液体金属过梁。在电流的作用下，随着动夹钳的缓慢推进，过梁的液体金属不断产生、蒸发。液态金属微粒不断从接口间喷射出来，形成火花急流——闪光。

在闪光过程中，工件逐渐缩短，端头温度也逐渐升高，动夹钳的推进速度也必须逐渐加大。在闪光过程结束前，工件整个端面形成一层液体金属层，并在一定深度上使金属达到塑性变形温度。

在这个阶段中，闪光必须稳定而且强烈。所谓稳定是指在闪光过程中不发生断路和短路现象。断路会减弱焊接处的自保护作用，接头易被氧化。短路会使工件过烧，导致工件报废。所谓强烈是指在单位时间内有相当多的过梁爆破。闪光越强烈，焊接处的自保护作用越好，这在闪光后期尤为重要。

3.顶锻阶段

在闪光阶段结束时。立即对工件施加足够的顶端压力，接口间隙迅速减小，过梁停止爆破，即进入顶锻阶段。顶锻是实现焊接的最后阶段。顶锻时，要封闭焊件端面的间隙，排除液态金属层及其表面的氧化物杂质。顶锻阶段包括初期通电顶锻和断电继续顶锻（送进加压）的过程。顶锻是一个快速的锻击过程。它的前期是封闭焊件端面的间隙，防止再氧化。这段时间越快越好。当端面间隙封闭后，断电并继续顶锻。

顶锻留量包括间隙、爆破留下的凹坑、液态金属层尺寸及变形量。加大顶锻留量有利于彻底排除液态金属和夹杂物。保证足够的变形量。一般建议最大扭曲角不应超过80°，使液态金属刚挤出接口呈"第三唇"即可，如图7—16 所示。

二、闪光对焊的焊接工艺参数及选择

闪光对焊的主要参数有伸出长度、闪光电流、闪光流量、闪光速度、顶锻流量、顶锻速度、顶锻压力、顶锻电流、夹钳夹持力等。

1.伸出长度

伸出长度是闪光对焊的一个主要参数。伸出长度是指焊件伸出夹钳电极端面的长度，一般用 L₀表示。焊件各阶段留量分配示意如图7—17 所示。一般情况下，棒材和厚臂管材L₀= （0.7～1.0）d（d为圆棒料的直径或方棒料的边长）。

对于薄板（厚度 δ=1～4 mm），为了顶锻时不失稳，一般取L，= （4～5） δ。

不同金属闪光对焊时，为了使 2 个工件上的温度分布一致，通常是导电性和导热性差的金属L₀应较小。表7—6 所列为常用金属闪光对焊的L₀参考值。

2.闪光电流I_f和顶锻电流I_u

1_f取决于工件的截面面积和闪光所需要的电流密度行。j的大小又与被焊金属的物理性能、闪光速度、工件截面面积和形状，以及端面的加热状态有关。在闪光过程中，随着"的逐渐提高和接触电阻R_c的逐渐减小，j_f将增大。顶锻时，R_c迅速消失，电流将急剧增大到顶锻电流I。闪光对焊时常用金属材料的j_f和j_u参考值见表7—7。

电流的大小取决于焊接变压器的空载电压U_20.因此,在实际生产中一般是给定二次空载电压。选择U₂₀时，应考虑焊机回路的阻抗。阻抗大时U₂₀。需要相应提高。焊接截面面积较大的工件时，有时采用分级调节二次电压的方法。开始时，用较高的U₂₀来激发闪光，然后降低到适应值。

3.闪光流量δ_t

选择闪光流量δ_f时，应使闪光结束时整个工件端面有一个熔化金属层，同时在一定深度
上达到塑性变形温度。如果 δ_f过小，则不能满足上述要求，会影响焊接质量。如果δ_f过大，又会浪费金属材料及降低生产率。在选择δ_f时。还应考虑是否有预热。因为预热闪光对焊时的δ，可比连续闪光对焊小30%ß～50%。

4.闪光速度v_t

足够大的闪光速度才能保证闪光的强烈和稳定。但ν_f过大会使加热区过窄，增加塑性变形的困难。同时，由于焊接电流增加，会增大过梁爆破后的火口深度，因此将会降低接头质量。选择v_f时还应考虑下列因素∶

（1）被焊材料的成分和性能  含有易氧化元素多的或导电性、导热性好的材料，v_f应较大。例如，闪光对焊奥氏体不锈钢和铝合金时的闪光速度要比闪光对焊低碳钢时的闪光速度大。

（2）根据是否有预热来确定  有预热时，容易激发闪光，因而可提高v_f。

（3）要求顶锻前有强烈闪光  为了顶锻前有强烈闪光，v_f应较大，以保证在端面上获得均匀的金属层。

5.顶锻流量δ_u

顶锻流量δ_u影响液体金属的排除和塑性变形的大小。δ_u过小时，液态金属残留在接口中，易形成疏松、缩孔、裂纹等缺陷δ_u过大时，会因晶纹弯曲严重，降低接头的冲击韧度。δ_u根据工件截面面积选取，随着截面面积的增大而增大。

顶锻时，为防止接口氧化，在端面接口闭合前不立刻切断电流，因此顶锻流量应包括2 部分∶ 有电流顶锻留量和无电流顶锻留量。前者为后者的0.5～1倍。

6.顶锻速度v_u

为了避免接口区因金属冷却而造成液态金属排除及塑性金属变形的困难，以及防止端面金属氧化，要在时间t（顶锻开始至挤出结束的时间）内完成顶锻过程，假设顶锻留量为Δ则顶锻速度υ应大干Δ/t。随着热导率的提高，顶锻时间应缩短，顶锻速度应提高。最小的顶锻速度取决于金属的性能。焊接奥氏体钢的最小顶锻速度均为焊接珠光体钢的2 倍。导热性好的金属（如铝合金）焊接时需要很高的顶锻速度（150~200 mm/s）。对于同一种金属，接口区温度梯度大的，由于接头的冷却速度快，也需要提高顶锻速度。表7—8 所列为常用金属材料的闪光对焊推荐最低顶锻速度。

7.顶锻压力F_u

顶锻压力Fu通常以单位面积的压力，即顶锻压强来表示。顶锻压强的大小应保证能挤出接口内的液态金属，并在接头处产生一定的塑性变形。顶锻压强过小，则变形不足，接头强度下降;顶锻压强过大，则变形量过大，晶纹弯曲严重，又会降低接头冲击韧度。

顶锻压强的大小取决于金属性能、温度分布特点、顶锻留量和速度、工件截面形状等因素。高温强度大的金属要求大的顶锻压强。增大温度梯度就要提高顶锻压强。 由于高的闪光速度会导致温度梯度增大，因此焊接导热性好的金属（铜、铝合金）时，需要大的顶锻压强（150～400 MPa）。常用金属材料的闪光对焊顶锻压强见表7—9。

8.预热闪光对焊参数

除上述工艺参数外，还应考虑预热温度和预热时间。

（1）预热温度  预热温度根据工件断面和材料性能选择。焊接低碳钢时，一般不超过 700～900℃。随着工件断面积增大，预热温度应相应提高。

（2）预热时间  预热时间与焊机功率、工件截面大小及金属的性能有关，可在较大范围内变化。预热时间取决于所需预热温度。

预热过程中，预热造成的缩短量很小，不作为工艺参数来规定  

9.夹钳的夹持力F_c

在闪光对焊中，必须保证顶锻时工件不打滑。夹钳的夹持力F_c与顶锻压力F_u和工件与夹钳间的摩擦系数f有关。它们的关系是F_c≥F_u/2f_u通常f_c=（1.5~4.0）F_u截面紧凑的低碳钢取下限值，冷轧不锈钢板取上限值。当夹具上带有顶扩装置时，夹紧力可以大大降低，此时F_c=0.5F_u就足够了。