闪光对焊

闪光对焊是将两个焊件相对放置装配成对接接头，接通电源并使其端面逐渐接近达到局部接触，利用电阻热加热这些触点（产生闪光），使端面的这些金属触接点加热熔化，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，依靠焊接区金属本身的高温塑性金属的大变形和电阻热，使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离，形成金属键，在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到永久接头。

闪光对焊由于热效率高、焊接质量好、可焊金属和合金的范围广，不但可以焊接紧凑截面，而且可以焊接展开截面的焊件（如型钢、薄板等），因此，广泛应用于机电、建筑、铁路、石油钻探和冶金工业等方面。

钢筋闪光对焊的焊接工艺可分为连续闪光焊、预热闪光焊和闪光-预热闪光焊等，根据钢筋品种、直径、焊机功率、施焊部位等因素选用。

连续闪光对焊的工艺过程包括：连续闪光和顶锻过程。施焊时，先闭合一次电路，使两根钢筋端面轻微接触，此时端面的间隙中即喷射出火花般熔化的金属微粒---闪光，接着徐徐移动钢筋使两端面仍保持轻微接触，形成连续闪光。当闪光到预定的长度，使钢筋端头加热到将近熔点时，就以一定的压力迅速进行顶锻。先带电顶锻，再无电顶锻到一定长度，焊接接头即告完成。

预热闪光对焊是在连续闪光焊前增加一次预热过程，以扩大焊接热影响区。其工艺过程包括：预热、闪光和顶锻过程。施焊时先闭合电源，然后使两根钢筋端面交替地接触和分开，这时钢筋端面的间隙中发出断续的闪光，而形成预热过程。当钢筋达到预热温度后进入闪光阶段，随后顶锻而成。

闪光-预热闪光焊是在预热闪光焊前加一次闪光过程，目的是使不平整的钢筋端面烧化平整，使预热均匀。其工艺过程包括：一次闪光、预热、二次闪光及顶锻过程。施焊时首先连续闪光，使钢筋端部闪平，然后同预热闪光焊。

与电阻对焊相比，闪光对焊有许多优点，由于闪光的作用，使得焊接接头处形成自保护区，减少了对口金属被氧化的可能性；闪光后期由于高温液态金属的存在，能够将焊接接头的污物清除干净；对口处温度上升较快；较少出现许多熔化焊接接头缺陷。

但同时闪光对焊焊接时也存在着一些缺点，如材料烧损较多并且伴有比较大烟尘和飞溅，对于工作环境不利，焊接参数相互影响较大，控制不方便等。

1、 闪光阶段：

闪光的主要作用是加热工件。在此阶段中，先接通电源，并使两工件端面轻微接触，形成许多接触点。电流通过时，接触点熔化，成为连接两端面的液体金属过梁。由于液体过梁中的电流密度极高，使过梁中的液体金属蒸发、过梁爆破。随着动夹钳的缓慢推进，过梁也不断产生与爆破。在蒸气压力和电磁力的作用下，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。随着端头温度的升高，过梁爆破的速度将加快，动夹钳的推进速度也必须逐渐加大。在闪光过程结束前，必须使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。

由于过梁爆破时所产生的金属蒸气和金属微粒的强烈氧化，接口间隙中气体介质的含氧量减少，其氧化能力可降低，从而提高接头的质量。但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。

2、 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。顶锻的作用是密封工件端面的间隙和液体金属过梁爆破后留下的火口，同时挤出端面的液态金属及氧化夹杂物，使洁净的塑性金属紧密接触，并使接头区产生一定的塑性变形，以促进再结晶的进行、形成共同晶粒、获得牢固的接头。闪光对焊时在加热过程中虽有熔化金属，但实质上是塑性状态焊接。

预热闪光对焊是在闪光阶段之前先以断续的电流脉冲加热工件，然后在进入闪光和顶锻阶段。预热目的如下：

（1）减小需用功率可以在小容量的焊机上焊接断面面积较大的工件，因为当焊机容量不足时，若不先将工件预热到一定温度，就不可能激发连续的闪光过程。此时，预热是不得已而采取的手段。

（2）降低焊后的冷却速度这将有利于防止淬火钢接头在冷却时产生淬火组织和裂纹。

（3）缩短闪光时间 可以减少闪光余量，节约贵重金属。

1、缺陷形式：烧化过分剧烈并产生爆炸声。

纠正预防措施：

（1）降低变压器级次；

（2） 减慢烧化速度

2、缺陷形式：钢筋表面烧伤。

纠正预防措施：

（1）调整电极位置，增强夹具刚度；

（2） 切除或矫直钢筋接头；

（3）焊完冷却后，平稳取下钢筋。

3、 缺陷形式：接头轴线偏移和弯折。

纠正预防措施：

（1）调整电极位置，增强夹具刚 度；

（2）切除或矫直钢筋接头；

（3）焊完冷却后，平稳取下钢筋。

4、缺陷形式：接头中有氧化膜，未焊透或有夹渣。

纠正预防措施：

（1）增加预热过程；

（2）加快临近顶锻时的烧化速度；

（3）避免过早切断电流；

（4）增加顶锻速度和顶锻力。

5、缺陷形式：接头过热或热影响区过热。

纠正预防措施：

（1）降低变压器级次；

（2） 正确控制有电顶锻流量及速度，避免过早顶锻；

（3）减小预热程度；

（4）加快闪光速度

6、缺陷形式：接头区域裂缝纠正预防措施：

（1）检验钢筋的碳、硫、磷含量，如不符合规定，应予更换；

（2）增大预热程度。

1、对焊前应检查焊机各部件和接地情况，调整变压器级次，开放冷却水，合上电闸。

2、当调换焊工或更换钢筋级别和直径时，应按规定制作六个试样，作冷弯和拉力试验合格后，才能成批焊接。

3、焊接前，应将钢筋端头15cm范围内的铁锈、污物等清除干净，以免在夹具和钢筋间因接触不良而引起“打火”。

4、钢筋端头应保持顺直，如有弯曲必须调直或切除，并使两钢筋处在同一轴线上，其最大偏差不得超过0.5mm。

5、对Ⅱ级钢筋采用预热闪光焊时，应做到；一次闪光，闪平为准；预热充分，频率要高；二次闪光，短、稳、强烈；顶锻过程，快而有力。

6、不同直径的钢筋焊接时，其直径差一般不宜大于2~3mm。焊接时应按大直径钢筋选择焊接参数，并应减小大直径钢筋的调伸长度，或利用短料首先将大直径钢筋预热，以使两者在焊接过程中加热均匀，保证焊接质量。

7、焊接场地应有防风、防雨措施，以免接头区骤然冷却，发生淬裂。

8、负温（不低于-20℃）条件下进行闪光对焊，应采用弱参数，并使室内温度保持0℃以上，避免接头冷淬。当气温较低时，接头部位应采用石棉粉等保温材料予以保温。 2100433B

前言

绪论

第1章闪光对焊原理

1.1焊接接头的形成条件

1.2闪光对焊接头的形成条件

1.3闪光对焊接头的形成过程

1.3.1闪光过程

1.3.2顶锻过程

1.4闪光对焊接头的组织、性能与缺陷

第2章闪光对焊工艺

2.1闪光对焊工艺流程

2.2选取闪光对焊焊接参数的一般原则

2.3常用金属材料的闪光对焊特性

2.4不同截面形状和规格焊件的闪光对焊特性

参考文献

第3章闪光对焊设备

3.1闪光对焊设备的型号

3.2闪光对焊设备的组成

3.2.1机座

3.2.2夹紧机构

3.2.3送进机构

3.3闪光对焊供电系统

3.3.1供电特点

3.3.2主要电气参数和外特性

3.3.3单相交流调压电路

3.3.4并联电源变压器

3.3.5三相低频电源变压器

3.3.6二次整流电路

3.3.7焊接回路

3.3.8典型设备应用实例

3.4闪光对焊电极

参考文献

第4章闪光对焊质量与焊接过程监控

4.1闪光对焊质量控制

4.1.1基于模糊控制的闪光对焊质量控制

4.1.2基于人工神经网络的闪光对焊质量控制

4.1.3基于正交回归试验的闪光对焊工艺

4.1.4闪光对焊数值模拟技术

4.2闪光对焊过程在线监控

4.2.1闪光对焊过程中在线监控的焊接参数

4.2.2闪光对焊过程控制

4.2.3闪光对焊在线监控系统

参考文献

第5章闪光对焊焊缝质量检测

5.1闪光对焊质量检验程序

5.2闪光对焊的质量检验方法

5.3常用无损检测方法

5.3.1超声检测

5.3.2射线检测

5.3.3磁粉检测

5.3.4渗透检测

5.4闪光对焊接头的破坏性检验

5.4.1力学性能试验

5.4.2金相检验

5.5闪光对焊焊缝质量检测依据的相关标准

参考文献

第6章钢轨闪光对焊技术

6.1轨道闪光对焊技术

6.2钢轨闪光对焊技术的研究和应用现状

6.2.1国外钢轨闪光对焊技术的研究和应用

6.2.2国内钢轨闪光对焊技术的研究和应用

6.3钢轨闪光对焊工艺研究

6.3.1钢轨闪光对焊电源

6.3.2钢轨闪光对焊工艺优化

6.3.3钢轨闪光对焊模拟和缺陷研究

6.4钢轨闪光对焊过程检测和质量控制

6.4.1闪光对焊过程检测和质量控制原则

6.4.2过程信号采集系统

6.4.3过程监控和质量控制的研究方向

6.5钢轨闪光对焊技术的发展趋势

参考文献

第7章管道闪光对焊技术

7.1管道闪光对焊技术的发展

7.2常用管道闪光对焊材料

7.2.1管线钢管

7.2.2锅炉钢管

7.2.3其他管材

7.3管道闪光对焊工艺的设计

7.3.1锅炉钢管闪光对焊工艺

7.3.2管线钢管闪光对焊工艺

7.4管道闪光对焊接头的性能与显微组织

7.5管道闪光对焊接头断裂的分析

7.6管道闪光对焊工程应用实例

参考文献

附录焊接变压器及单相调压电路计算仿真

附录A焊接变压器计算

A.1焊接变压器

A.2变压器空载

A.3变压器负载运行

A.4变压器等效电路

A.5焊接变压器功率

A.5.1交流电路功率定义

A.5.2焊接变压器功率算法

附录B单相交流调压电路

B.1电阻负载调压电路

B.2电感负载调压电路

B.3阻感负载调压电路

B.4谐波分析及相位控制

所有钢和有色金属几乎都可以闪光对焊，但要获得优质接头，还需根据金属的有关特性，采取必要的工艺措施。现分析如下：

（1）导电导热性 对于导电导热性好的金属，应采用较大的比功率和闪光速度，较短的焊接时间，预热闪光更佳

（2）高温强度 对于高温强度高的金属，应采用增大温塑性区的宽度，采用较大的顶锻力。

（3）结晶温度区间 结晶温度区间越大，半熔化区越宽，应采用较大的顶锻压力和顶锻留量，以便把半溶化区中的熔化金属全部排挤进去，以免留在接头中引起缩孔、疏松和裂纹等缺陷。

（4）热敏感性 常见的有两种情况，第一种是淬火钢，焊后接头易产生淬火组织，使硬度增高、塑性降低，严重时会产生淬火裂纹。淬火钢通常采用加热区宽的预热闪光对焊，焊后采用缓慢冷却和回火等措施。第二种是经冷作强化的金属（如奥氏体不锈钢），焊接时接头和热影响区发生软化，使接头强度降低。焊接此类金属通常采用较大的闪光速度和顶锻压力，以尽量缩小软化区和减轻软化程度。

（5）氧化性 接头中的氧化物夹杂对接头质量有严重危害，因此，防止氧化和排除氧化是提高接头质量的关键。金属的成分不同，其氧化性的生成也不同。若生成氧化物的熔点低于被焊金属，这时氧化物有较好的流动性，顶锻时容易被排挤出来。若生成氧化物的熔点高于被焊金属，就必须在被焊金属还处在溶化状态时，才有可能将他们排出。因此，在焊接含有较多硅、铝、铬、一类元素的合金钢时，应该采取严格的工艺措施，彻底排除氧化物。

下面介绍几种常用金属材料闪光对焊的特点：

1、碳素钢的闪光对焊

这类材料具有电阻系数高，加热时碳元素的氧化为接口提供保护性气氛，不含有生成高熔点氧化物的元素等优点。因而都属于焊接性较好的材料。

随着钢中的含碳量的增加，电阻系数增大、结晶区间、高温强度及淬硬倾向都随之增大。因而需要相应增加顶锻压强和顶锻留量。为了减轻淬火的影响。可采用预热闪光对焊，并进行焊后热处理。

碳素钢闪光对焊时，由于碳向加热端面扩散并被强烈氧化，以及顶锻时，半溶化区内含碳量高的溶化金属被挤出，所以在接头处形成含碳量低的贫碳层（呈白色，也称亮带）。贫碳层的宽度随着钢含量的提高、预热时间的加长而增宽；随着含碳量的增大和气体介质氧化倾向的减弱而变窄。采用长时间的热处理可以消除贫碳层。

用得最多的是碳素钢闪光对焊。只要焊接条件选择适当，一般不会出现困难。甚至对溶焊来说比较难焊的铸铁也是一样。

铸铁通常采用预热闪光对焊，用连续闪光对焊容易形成白口。由于含碳量很高，闪光时产生大量的保护气氛，自保护作用较强，即使在工艺参数波动很大时，在接口中也只有少量氧化夹杂物。

2、合金钢的闪光对焊

合金元素含量对钢性能的影响和应采取的工艺措施如下：

1）钢中的铝、铬、硅、钼等元素易生成高熔点氧化物，应增大闪光和顶锻速度，以减少其氧化。

2）合金元素含量增加，高温强度提高，应增加顶锻压强。

3）对于珠光体钢，合金元素增加，淬火倾向性就增大，应采取防止淬火脆化的措施。

低合金钢的焊接特点与中碳钢相似，具有淬硬倾向，应采用相应的热处理方法。这类钢的高温强度大，易生成氧化物夹杂，需要采用较高的顶锻压强，较高的闪光和顶锻速度。

高碳合金钢除具有高碳钢的特点外，还含有一定数量的合金元素。由于含碳量高，结晶温度区间宽，接口处的半熔区就较宽，如果顶锻压力不足，塑性变形量不够，残留在半溶化区内的液态金属将形成疏松组织。还因含有合金元素，会形成高熔点氧化物夹杂。因此，需要较高的闪光和顶锻速度，较大的顶锻压强和顶锻留量。

3、铝及其合金的闪光对焊

这类材料具有导电导热性好，熔点低，易氧化且氧化物熔点高、塑性温度区窄等特点，给焊接带来困难。

铝合金对焊的焊接性较差，工艺参数选择不当时，极易产生氧化夹杂物、疏松等缺陷，使接头强度和塑性急剧降低。闪光对焊时，必须采用很高的闪光和顶锻速度、大的顶锻留量和强迫形成的顶锻模式。所需比功率也要比钢件大得多。

4、铜及其合金的闪光对焊

铜的导热性比铝好，熔点较高，因而比铝要难焊的多。纯铜闪光对焊时，很难在端面形成液态金属层和保持稳定的闪光过程，也很难获得良好的塑性温度区。为此，焊接时需要很高的最后闪光速度、顶锻速度和顶锻压强。

铜合金（如黄铜、青铜）的对焊比纯铜容易。黄铜对焊时由于锌的蒸发而使接头性能下降，为了减少锌的蒸发，也应采用很高的最后闪光速度、顶锻速度和顶锻压强。

铝和铜用闪光对焊焊成的过渡接头广泛用于电机行业。由于它们的熔点相差很大，铝的熔化比铜快4-5倍，所以要相应增大铝的伸出长度。铝和铜闪光对焊的工艺参数可参考下表。铝和铜对焊时，可能形成金属间化合物，增加接头脆性。

5、钛及其合金的闪光对焊

钛及其合金的闪光对焊的主要问题是由于淬火和吸收气体（氢、氧、氦等）而使接头塑性降低。钛合金的淬火倾向与加入的合金元素有关。若加入稳定β相元素则淬火倾向增大，塑性将进一步降低。若采用强烈闪光的连续闪光对焊，不加保护气体就可获得满意的接头。当采用闪光、顶锻速度较小的预热闪光焊时，应在保护气氛中焊接。预热温度为1000-1200度，工艺参数和焊接钢时基本一致，只是闪光留量稍有增加。此时可获得较高塑性的接头。

《闪光对焊技术及应用》是焊接领域中一本专门系统论述闪光焊的著作，较系统地介绍了闪光对焊的原理、工艺和设备，特别对闪光焊设备的电源变压器、供电系统、液压系统，闪光对焊的过程控制与质量检测，钢轨闪光焊接和管道闪光焊接等进行了重点介绍。可使读者对闪光焊接技术有一个系统全面深入的了解和掌握。