闪光对焊

闪光对焊技术

工业上常用的对焊有电阻对焊和闪光对焊，属压焊范畴,是主要的焊接方法之一。闪光对焊是多参数影响的不连续过程。目前,应用较多的焊接工艺有连续闪光对焊和预热闪光对焊。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。1903年，德国人首使用闪光对焊,前苏联则发展了闪光对焊技术。从50年代到70年代，前苏联、美国、英国、日本、瑞士等国家，对闪光对焊的基本理论研究及闪光焊机的研制进行了大量的工作，使闪光对焊技术得以迅速发展。经过近一个世纪的研究和应用，闪光对焊技术日趋成熟完善，发展到相当高的水平。现在，闪光对焊在一个国家中应用的广泛程度可以从一个侧面反映这个国家的焊接水平。

一、闪光对焊的原理

闪光对焊是将焊件装配成对接接头，接通电源，使端面逐渐达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至焊件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，闪光对焊的原理如图1所示：

闪光对焊分为连续闪光焊和预热闪光焊，由于连续闪光焊相比预热闪光焊来说

设备比较简单，生产效率高，因此行业中普遍使用连续闪光对焊来生产轮辋。从图

1中看到，闪光对焊是将两待焊件分别夹紧于两夹钳电极中，接通阻焊变压器，移

动夹钳并使待焊端面轻微接触，形成许多接触点，当电流通过时，接触点被熔化，

成为连接两端面的液态金属过梁。由于过梁中的电流密度极高，使过梁中的液态金

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对口间喷射出来，形成火花急流——闪光。

在此过程中待焊件两伸出端逐渐缩短，端头温度也逐渐升高，过梁的爆破速度加快，动夹钳推进速度也逐渐加大，在闪光过程结束前必须使整个端面形成一层液态金属

层，并在焊件端面一定深度上达到塑性变形温度。此时，动夹钳突然加速，对焊件

端面施加足够的顶锻力，对口间隙逐渐减小，过梁停止爆破，随即切断电源，封闭

端面的间隙和过梁爆破后留下的火口。同时，挤出两端面的液态金属及氧化夹杂，

使清洁的塑形金属紧密接触，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。

二、闪光对焊的分类及其工艺过程

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。

1、连续闪光对焊

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，形成连接闪光。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，再元电顶锻到一定长度，焊接接头即告完成。

2、预热闪光对焊

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。当钢筋达到预热温主后进入闪光阶段，附后顶锻而成。

3、闪光-预热闪光焊

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。

三、闪光对焊规范参数选择

闪光对焊的重要工艺参数有：伸出长度、闪光留量、闪光速度、闪光电流密度、顶锻留量、顶锻速度、顶锻电流、顶断压力、夹紧力等。

1、焊件的伸出长度：

焊件伸出长度是焊件从静夹具和动夹具中伸出的长度，可根据焊件和材料性质选择。一般应大于焊件直径的一半，取p=0.7—1.0d（d为棒料直径）。

2、闪光留量：

考虑焊件因为闪光而减短的预留长度，又称烧化量，可根据材料性质、焊件断面尺寸和是否预热等因素来选择。

3、闪光速度：

闪光速度是在稳定闪光条件下，焊件的瞬时接近速度。亦称动夹具的瞬时给进速度，又称烧化速度。

增大二次空截电压，减小焊件断面尺寸，适当提高预热温度，采用预热（与连续闪光焊比较）焊接小断面链条（与大断面链条比较），焊接易氧化及导热性好的材料，均可选用较高的闪光速度。

当闪光阶段后期因闪光速度小经常出现中断是，接头中易产生危险的氧化膜夹层缺陷；而不恰当提高闪光速度会使加热区变窄，温度梯度增大，则所需焊机功率增大和引起过梁爆破后火口深度的增加。

应注意：一般资料给出的闪光速度为平均闪光速度。

4、闪光电流密度（次级空载电压）：

闪光电流密度（次级空截电压）对焊件的加热有重大影响。它与焊接方法、材料性质和焊件断面尺寸等有关。通常在较宽的范围内变化。连续闪光对焊导电，采热性能好的焊件时，电流密度应取高值。预热闪光对焊大断面的焊件时，应取低值。闪光电流密度是通过调节次级电压（空载）来获得的。次级空载电压的选择原则是在保证稳定闪光条件下，尽量选择较低的空载电压，还应尽量减少焊机的短路阻抗，尤其是电阻量，所以，保持焊接回路的清洁至关重要。

5、顶锻留量

顶锻留量是闪光对焊时，考虑焊件因顶锻缩短而预留的长度。它影响着液态金属、氧化物的排除及塑性变形程度，通常略大一点对达到焊接要求有利。

6、顶锻速度：

顶锻速度是闪光对焊时，顶锻阶段动夹具的移动速度。通常顶锻速度大些对获得优质接头有利。

7、顶锻压力：

（1）顶锻留量大，则顶锻压力响应大。

（2）顶锻速度增大，则顶锻压力应减小。

（3）增大对口端面温度梯度，顶锻力应小些。

（4）高温强度大的金属材料，则顶锻压力响应大。

（5）导电、导热性能良好的金属材料，则顶锻压力响应大。

8、夹紧力：

夹紧力是防止焊件在钳口与电极中打滑而施加的力。

综上所述，闪光对焊规范参数的选择，应从技术条件出发，结合材料性质、端面形状尺寸、设备条件和生产规模等因素综合考虑。一般先确定工艺方法，然后参照推荐的有关数据及实验试验材料初步选定规范参数，最后由工艺试验并结合接头性能分析予以确定

四、闪光对焊的特点

闪光对焊时虽然也产生液态金属，但从焊接物理本质来看不能归入熔化焊一类，而是属于固相焊接，因为在接头中不存在由液相凝固而形成的铸造组织。这是闪光对焊突出的优点。有些材再如高速钢、球墨铸铁和灰铸铁等，用熔化焊有很大的困难，却能成功地采用闪光对焊。某些异种金属的焊接，如铜和铝，采用熔化焊几乎是不可能的,却能以闪光焊解决。当然,固相焊接有多种方法，并不仅限于闪光对焊。例如摩擦焊，也是一种高生产率、低成本、适于大批生产的对焊方法，但只适用于截面形状为旋转体的工件，更不能用于轮圈、链环等环状工件。

一般来说，闪光对焊设备的复杂程度和造价高于熔化焊设备，略低于摩擦焊设备。

闪光对焊机有以下特点:

1、生产率高，焊接时间以秒计。一个较大的接头(如钢轨、直径100毫米以上的圆

钢等)也可在一两分钟内焊完。如采用电弧焊方法是绝对做不到的。