河北科奥自动焊接设备有限公司
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电容储能焊的使用在增长
来源:《现代焊接》杂志浏览数:790
  北美的汽最近一直热烈讨论电容储能(CD)主要原因是汽车轻量化的需求必须符合美国公司平均燃料经济(CAFE)强度碰撞测试需要,导致在汽车制造上越来越多地采用热冲压硼钢。如图1和图2所示。这往往以有效进行,因为其焊接强度常常不易测量(简单的凿剥离测试不适用于这些硬质材料),焊力高(以前使用焊枪现焊接力不够)常见的不均匀硅合金层都大大寿命将锻件凸焊到基体上尤为困难,因为有用的文献资料很少,也没有一定的焊接标准。种情况下,无论是直接来自工厂的原始硼钢还是热冲压条件下的硼钢,CD都是最有效方式,尤其是在紧固件焊接上。

       
   CD焊的原理是能量相对较慢存储,然后非常快速释放,产生以毫秒为单位的极高电流。多年来储能已广泛用于多国家尤其是在成本网本身不可靠的情况下。事的应用也在一些习惯使用交流(AC)或中频直流(MFDC)的焊接场合不断增长。

       
   快速放的能量有点。不需要冷却水,因为能量流动的时间短暂,保证相邻材料不被加热。除了延长电极使用寿命外,附属优点是焊件不退火、不弯曲、不变形,通常还不留所焊材料痕迹。对电阻凸焊来说,短暂的电流上升时间有利于在凸点完全崩溃前创建焊核。此外,焊的调试和焊工的培训也相对容易和快捷。

       
   航空工越来越多地使用一种CD接形式为电火花沉(ESD),用以修复涡轮发动机叶片端部的公差,保持燃烧室内的压缩压力稳定(如图所示)。当这些叶片转动时,摩擦接触磨增加叶片和发动机机,降低燃烧室内的压缩压力,增加燃料消耗。,为了减少燃料消耗,新型引擎有更高的压缩压力和更高的温度,这就需要更昂的材料,相应的,引擎组件也更昂贵。当叶片损后,电火花沉积(ESD)焊接能够将焊缝金属恢复至原始尺寸,而无需更换整个叶片。由于ESD焊缝没有可测量的热影响区,因此它们不会改变相邻的或母材的微观组织,最终修复的叶片具有和最初的新叶片相同的力学性能。新型引擎性能有时质保20年之久,要保持宣传的油耗节省数据,减少维护成本和维修成本至关重要。

       
       CD接的另一方面是不断增加接异种金属的能力。一个例子是Huys Industties公司的碳化钛基金属陶瓷与铜合金比如铜铬(CuCrZr)ESD焊接,它们应用于电阻焊接电极中,如图3所示。美国也经常使用ESD,既作为替代六价,也用于潜艇甚至甚至作坦克的战场抢修原地组件修复可以根据潜艇方向盘和潜水控制杆制造镍铬合金™的不同而不同,艾布拉姆斯坦克M1A1支架由4130钢材和斜齿轮轴制造。这些焊缝能够直接在空气施焊,无需保护气体。

       
   为什么电容放电对热冲压钢材的凸焊如此有效?电阻凸焊具有某些热锻焊的特性,这点自青铜器时代既已如此,冶金并无改变。加热的金属受外力挤压,迅速冷却时会形成细晶的微观组织和良好的冶金连接接头。由于焊接时焊件连接在一起的锻造现象和运动,施加的焊接力必须非常小心地维持为“后续”力以形成细晶组织结构。这个力也必须尽可能均匀分布在整个凸起上,促进均润地崩塌。

       
   焊接工艺过程通常是能量从一架子充电的电容器通过一个晶闸管送给到一个或多个变压器上容器的充电时间1.5时间2~10毫秒。容器瞬时放电时,焊接电流和焊接接头的温度迅速升高,结合热冲压钢材上的铝硅合金涂层较高的接触电阻,快速的“上坡”热仅将凸起区域加热至熔点。如图4所示。CD接的另一个点是高达45V二次电压这个二次电压有助于裂隔离,实现可靠的接。由于热惯,接头在周边材料热传导升温前就被焊接好了。,只有紧固件的凸起部分所受的热影响显著。级电流上升的速度是CD接的主要特征。便一下,种快速和局部加热给了CD一个昵称:叫做“冷”程。当然,集中的能量对实际焊接接头来说意味着更少的能量损失,因此具有更高功率效率。来看看一些典型CD焊接的汽车热冲压硼钢的螺纹紧固件,看是在什么条件下良好运作的。

   
   对典型的热冲压钢比如22MnB5来说,当它成型后迅速在一个冲压模具里淬火,然后将预切的毛坯装在烤炉里在950℃温度下保持10分钟以上。如图5所示。典型热冲压钢在退火后具有良好的加工性,奥氏体化并在后续模具里淬火形成马氏体,工件的硬度和强度将大大增加。为了防止热处理后钢的收缩,对钢进行铝硅涂层。铝硅合金层具有较低的导电,在烘烤工艺中铁原子会扩散到涂层中。6中的金相照片明了热冲压后,铝硅合金涂层的不均匀、裂纹和气孔都很容易不可预测的焊接结果,即使焊接参数一致,不同的焊缝也会有不同的初始电阻率。

     
   通常,脉冲焊接时间表用来焊接热冲压钢,普通点焊工作良好,没有出现大的问题,相对较长的焊接时间是合适的,适用于传统电焊设备。然而由于铝硅合金涂层的影响,从生产稳定性的角度看,、螺钉螺栓、螺母螺帽和螺纹衬套等紧固件的凸焊就存在一定的问题。对质问题一些公司采取了在热冲压之前进行点焊紧固件,热冲压后通过手工研磨的方式去除焊点位置的铝硅合金涂层,或者是使用更昂贵的焊接工艺,比如电弧焊以确保焊接质量。

       
   然而,额外的处理或辅助工艺成本过高也会使财务不满。储能焊能大大降低成本,提高生产率,同时如前所述,能提高焊接质量保持其一致性。除了快速、容易、培训和调试少之外,如果紧固件设计特点如下,CD对十分安全

     
   一般来,紧固件的凸点越高越好,因为铝硅合金涂层会延迟向上凸起,这样在熔化温度到达前允许凸点被压下。此外,在凸点和螺纹之间尽量保持最大距离也是一个不错的主意。这是由于加热过程会导致铝硅合金涂层开裂,产生焊接飞溅。定位圈和导套应避免,因为接触不当可能会导致焊接能量失去平衡致使焊接强度不可靠。如果必须使用定位圈,就将圈分段。同,更大的接触凸缘有助于控制CD焊接的快速热叠加,不必冒螺纹过热的风险。扁平的接触面积非常有用(而不是尖锐或凸出的凸起端部),因为钢材强度不受焊接力影响。极材料通常采用3材料,它增大的硬度能够更好地抵抗较的铝硅合金灰尘。最后,牢固的夹具和机床结构也是焊缝可重复性和一致性的保证。图7是理想的M8螺母的图片。

   
   焊接控制电脑化使得许多公司线监测确保一种便宜安全的方法。典型的计算机软件系统记录电压流、阻、电弧力和偏转,8所示首先焊接出并手动测试(推荐使用拉拔法而不是扭矩测试)确定所选的参数、测量和固定的参考值等。然后使用算出平均值,确定所有曲线的范围并设置极限,记录下生产过程和异常情况以备查阅和存档。质量的保证是根据参考值预先确定,测试既不随机也不主观。

       
   总之,随着异种材料和新材料在未来的实践应用的增长,CD焊接以它独特的快速焊接方式、可重复性以及相对的易用性等特点将持续增长。正如Gould指出的那样:超级电容在普通电阻焊应用中的使用只会增加哪种CD焊在未来几年会被评审和考虑的成都。

航空航天业使用电火花沉积,一种电容放电(CD)的焊接形式,用以修复涡轮发动机叶片尖端。 (照片由劳斯莱斯公司提供)

1CD焊机使用的模具。(照片由Kapkon GmbH公司提供)

2CD焊的零件没留下任何痕迹。(照片由Kapkon GmbH公司提供)

3CD焊接的好处是能够焊接异种金属,比如在这些电阻焊电极上碳化钛基金属陶瓷与铜合金的焊接。(照片由huy工业有限公司)

4CD焊的加热过程。

Welding current in kA 焊接电流(kA

Melting temperature 熔化温度

Discharge graph capacitor 电容放电图

Times in ms  时间(ms

a. Diameter circular projection=48mm  a.圆周投影直径=48mm

b. Energy=8.000J   b.能量=8.000J

c. Electrode force=45kN  c.电极压力=45kN

d. Welding peak current=192kA   d.焊接峰值电流=192kA

5汽车B柱和热冲压硼钢特写。(照片由Kapkon GmbH提供)

6铝硅合金涂层在热冲压后产生的不平整、裂纹、气孔等 会导致不可预测的焊接结果。(候等人,滑铁卢大学)

7CD焊接热冲压钢的最佳紧固件。

8质量跟踪软件的报告。(照片由哈姆斯温德公司提供)


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