對焊

閃光的主要作用是加熱工件。在此階段中，先接通電源，並使兩工件端面輕微接觸，形成許多接觸點。電流通過時，接觸點熔化，成為連接兩端面的液體金屬過梁。由於液體過梁中的電流密度極高，使過梁中的液體金屬蒸發、過梁爆破。隨著動夾鉗的緩慢推進，過梁也不斷產生與爆破。在蒸氣壓力和電磁力的作用下，液態金屬微粒不斷從介面間噴射出來。形成火花急流--閃光。

在閃光過程中，工件逐漸縮短，端頭溫度也逐漸升高。隨著端頭溫度的升高，過梁爆破的速度將加快，動夾鉗的推進速度也必須逐漸加大。在閃光過程結束前，必須使工件整個端面形成一層液體金屬層，並在一定深度上使金屬達到塑性變形溫度。

由於過梁爆破時所產生的金屬蒸氣和金屬微粒的強烈氧化，介面間隙中氣體介質的含氧量減少，其氧化能力可降低，從而提高接頭的質量。但閃光必須穩定而且強烈。所謂穩定是指在閃光過程中不發生斷路和短路現象。斷路會減弱焊接處的自保護作用，接頭易被氧化。短路會使工件過燒，導致工件報廢。所謂強烈是指在單位時間內有相當多的過梁爆破。閃光越強烈，焊接處的自保護作用越好，這在閃光後期尤為重要。

在閃光階段結束時，立即對工件施加足夠的頂端壓力，介面間隙迅速減小過梁停止爆破，即進入頂鍛階段。頂鍛的作用是密封工件端面的間隙和液體金屬過梁爆破后留下的火口，同時擠出端面的液態金屬及氧化夾雜物，使潔凈的塑性金屬緊密接觸，並使接頭區產生一定的塑性變形，以促進再結晶的進行、形成共同晶粒、獲得牢固的接頭。閃光對焊時在加熱過程中雖有熔化金屬，但實質上是塑性狀態焊接。

預熱閃光對焊是在閃光階段之前先以斷續的電流脈衝加熱工件，然後在進入閃光和頂鍛階段。預熱目的如下：

（1）減小需用功率 可以在小容量的焊機上焊接斷面面積較大的工件，因為當焊機容量不足時，若不先將工件預熱到一定溫度，就不可能激發連續的閃光過程。此時，預熱是不得已而採取的手段。

（2）降低焊后的冷卻速度 這將有利於防止淬火鋼接頭在冷卻時產生淬火組織和裂紋。

（3）縮短閃光時間 可以減少閃光余量，節約貴重金屬。

預熱不足之處是：

（1）延長了焊接周期，降低了生產率；

（2）使過程的自動化更加複雜；

（3）預熱控制較困難。預熱程度若不一致，就會降低接頭質量的穩定性。

1、工藝參數

閃光對焊的主要參數有：伸出長度、閃光電流、閃光流量、閃光速度、頂鍛流量、頂鍛速度、頂鍛壓力、頂鍛電流、夾鉗夾持力等。

2、工件準備

閃光對焊的工件準備包括：端面幾何形狀、毛坯端頭的加工和表面清理。

閃光對焊時，兩工件對接面的幾何形狀和尺寸應基本一致。否則將不能保證兩工件的加熱和塑性變形一致，從而將會影響接頭質量。在生產中，圓形工件直徑的差別不應超過15%，方形工件和管形工件不應超過10%。

在閃光對焊大斷面工件時，最好將一個工件的端部倒角，使電流密度增大，以便於激光閃發。這樣就可以不用預熱或閃光初期提高次級電壓。

對焊毛坯端頭的加工可以在剪床、沖床、車床上進行，也可以用等離子或氣焰切割，然後清除端面。

閃光對焊時，因端部金屬在閃光時被燒掉，故對端面清理要求不甚嚴格。但對夾鉗和工件接觸面的清理要求，應和電阻對焊一樣。

1）程式控制降低電壓閃光對焊這種焊接方法的特點是，閃光開始階段採用較高的次級空載電壓，以利於激起閃光，當端面溫度升高后，再採用低電壓閃光，並保持閃光速度不變，以提高熱效率。接近頂鍛時，再提高次級電壓，使閃光強烈，以增加自保護作用。

程式控制降低電壓閃光對焊與預熱閃光對焊相比較，具有焊接時間短、需用功率低、加熱均勻等優點。

2）脈衝閃光對焊 這種焊法的特點是，在動夾鉗送進的行程中，通過液壓振動裝置，再疊加一個往複振動行程，振幅為0.25-1.2mm，頻率為3-35Hz均勻可調。由於振動使焊件端面交替的短路和拉開，從而產生脈衝閃光。

脈衝閃光對焊與普通閃光對焊相比較，由於沒有過梁的自發爆破，噴濺的微粒小、火口淺，因而熱效率可提高一倍多，頂鍛留量可縮小到2/3-1/2。

以上兩種方法主要是為了滿足大斷面工件閃光對焊的需要。

3）矩形波閃光對焊 這種焊法與工頻交流正弦波閃光對焊相比較，能顯著提高閃光的穩定性。因為正弦波電源當電壓接近零位時，將使閃光瞬間中斷，而矩形波可在全周期內均勻產生閃光。與電壓相位無關。

矩形波電源單位時間內的閃光次數比工頻交流提高30%，噴濺的金屬微粒細，火口淺、熱效率高。矩形波頻率可在30-180Hz範圍內調節。這種方法多用於薄板和鋁合金輪圈的連續閃光對焊。

其應用範圍可歸納如下：

（1）工件的接長 例如帶鋼、型材、線材、鋼筋、鋼軌、鍋爐鋼管、石油和天然氣輸送等管道的對焊。

（2）環形工件的對焊 例如汽車輪輞和自行車、摩托車輪圈的對焊、各種鏈環的對焊等。

（3）部件的組焊 將簡單軋制、鍛造、衝壓或機加工件對焊成複雜的零件，以降低成本。例如汽車方向軸外殼和後橋殼體的對焊，各種連桿、拉杆的對焊，以及特殊零件的對焊等。

（4）異種金屬的對焊 可以節約貴重金屬，提高產品性能。例如刀具的工作部分（高速鋼）與尾部（中碳鋼）的對焊，內燃機排氣閥的頭部（耐熱鋼）與尾部（結構鋼）的對焊，鋁銅導電接頭的對焊等。

所有鋼和有色金屬幾乎都可以閃光對焊，但要獲得優質接頭，還需根據金屬的有關特性，採取必要的工藝措施。現分析如下：

（1）導電導熱性 對於導電導熱性好的金屬，應採用較大的比功率和閃光速度，較短的焊接時間，預熱閃光更佳

（2）高溫強度 對於高溫強度高的金屬，應採用增大溫塑性區的寬度，採用較大的頂鍛力。

（3）結晶溫度區間 結晶溫度區間越大，半熔化區越寬，應採用較大的頂鍛壓力和頂鍛留量，以便把半溶化區中的熔化金屬全部排擠進去，以免留在接頭中引起縮孔、疏鬆和裂紋等缺陷。

（4）熱敏感性 常見的有兩種情況，第一種是淬火鋼，焊後接頭易產生淬火組織，使硬度增高、塑性降低，嚴重時會產生淬火裂紋。淬火鋼通常採用加熱區寬的預熱閃光對焊，焊后採用緩慢冷卻和回火等措施。第二種是經冷作強化的金屬（如奧氏體不鏽鋼），焊接時接頭和熱影響區發生軟化，使接頭強度降低。焊接此類金屬通常採用較大的閃光速度和頂鍛壓力，以盡量縮小軟化區和減輕軟化程度。

（5）氧化性 接頭中的氧化物夾雜對接頭質量有嚴重危害，因此，防止氧化和排除氧化是提高接頭質量的關鍵。金屬的成分不同，其氧化性的生成也不同。若生成氧化物的熔點低於被焊金屬，這時氧化物有較好的流動性，頂鍛時容易被排擠出來。若生成氧化物的熔點高於被焊金屬，就必須在被焊金屬還處在溶化狀態時，才有可能將他們排出。因此，在焊接含有較多硅、鋁、鉻、一類元素的合金鋼時，應該採取嚴格的工藝措施，徹底排除氧化物。

下面介紹幾種常用金屬材料閃光對焊的特點：

1、碳素鋼的閃光對焊

這類材料具有電阻係數高，加熱時碳元素的氧化為介面提供保護性氣氛，不含有生成高熔點氧化物的元素等優點。因而都屬於焊接性較好的材料。

隨著鋼中的含碳量的增加，電阻係數增大、結晶區間、高溫強度及淬硬傾向都隨之增大。因而需要相應增加頂鍛壓強和頂鍛留量。為了減輕淬火的影響。可採用預熱閃光對焊，並進行焊后熱處理。

碳素鋼閃光對焊時，由於碳向加熱端面擴散並被強烈氧化，以及頂鍛時，半溶化區內含碳量高的溶化金屬被擠出，所以在接頭處形成含碳量低的貧碳層（呈白色，也稱亮帶）。貧碳層的寬度隨著鋼含量的提高、預熱時間的加長而增寬；隨著含碳量的增大和氣體介質氧化傾向的減弱而變窄。採用長時間的熱處理可以消除貧碳層。

用得最多的是碳素鋼閃光對焊。只要焊接條件選擇適當，一般不會出現困難。甚至對熔焊來說比較難焊的鑄鐵也是一樣。

鑄鐵通常採用預熱閃光對焊，用連續閃光對焊容易形成白口。由於含碳量很高，閃光時產生大量的保護氣氛，自保護作用較強，即使在工藝參數波動很大時，在介面中也只有少量氧化夾雜物。

2、合金鋼的閃光對焊

合金元素含量對鋼性能的影響和應採取的工藝措施如下：

1）鋼中的鋁、鉻、硅、鉬等元素易生成高熔點氧化物，應增大閃光和頂鍛速度，以減少其氧化。

2）合金元素含量增加，高溫強度提高，應增加頂鍛壓強。

3）對於珠光體鋼，合金元素增加，淬火傾向性就增大，應採取防止淬火脆化的措施。

低合金鋼的焊接特點與中碳鋼相似，具有淬硬傾向，應採用相應的熱處理方法。這類鋼的高溫強度大，易生成氧化物夾雜，需要採用較高的頂鍛壓強，較高的閃光和頂鍛速度。

高碳合金鋼除具有高碳鋼的特點外，還含有一定數量的合金元素。由於含碳量高，結晶溫度區間寬，介面處的半熔區就較寬，如果頂鍛壓力不足，塑性變形量不夠，殘留在半溶化區內的液態金屬將形成疏鬆組織。還因含有合金元素，會形成高熔點氧化物夾雜。因此，需要較高的閃光和頂鍛速度，較大的頂鍛壓強和頂鍛留量。

3、鋁及其合金的閃光對焊

這類材料具有導電導熱性好，熔點低，易氧化且氧化物熔點高、塑性溫度區窄等特點，給焊接帶來困難。

鋁合金對焊的焊接性較差，工藝參數選擇不當時，極易產生氧化夾雜物、疏鬆等缺陷，使接頭強度和塑性急劇降低。閃光對焊時，必須採用很高的閃光和頂鍛速度、大的頂鍛留量和強迫形成的頂鍛模式。所需比功率也要比鋼件大得多。

4、銅及其合金的閃光對焊

銅的導熱性比鋁好，熔點較高，因而比鋁要難焊的多。純銅閃光對焊時，很難在端面形成液態金屬層和保持穩定的閃光過程，也很難獲得良好的塑性溫度區。為此，焊接時需要很高的最後閃光速度、頂鍛速度和頂鍛壓強。

銅合金（如黃銅、青銅）的對焊比純銅容易。黃銅對焊時由於鋅的蒸發而使接頭性能下降，為了減少鋅的蒸發，也應採用很高的最後閃光速度、頂鍛速度和頂鍛壓強。

鋁和銅用閃光對焊焊成的過渡接頭廣泛用於電機行業。由於它們的熔點相差很大，鋁的熔化比銅快4-5倍，所以要相應增大鋁的伸出長度。鋁和銅閃光對焊的工藝參數可參考下表。鋁和銅對焊時，可能形成金屬間化合物，增加接頭脆性。

5、鈦及其合金的閃光對焊

鈦及其合金的閃光對焊的主要問題是由於淬火和吸收氣體（氫、氧、氦等）而使接頭塑性降低。鈦合金的淬火傾向與加入的合金元素有關。若加入穩定β相元素則淬火傾向增大，塑性將進一步降低。若採用強烈閃光的連續閃光對焊，不加保護氣體就可獲得滿意的接頭。當採用閃光、頂鍛速度較小的預熱閃光焊時，應在保護氣氛中焊接。預熱溫度為1000-1200度，工藝參數和焊接鋼時基本一致，只是閃光留量稍有增加。此時可獲得較高塑性的接頭。

1、桿件的對焊

多用於建築業的鋼筋對焊，通常直徑d<10mm者用電阻對焊；d>10mm用連續閃光對焊；d>30mm用預熱閃光對焊。用手動對焊機時，由於焊機功率較小（通常不超過50KVA）d=15-20mm時，一般就要用預熱閃光對焊。

桿件對焊時可使用半圓形或V形夾鉗電極，後者可用於各種直徑，因而獲得廣泛應用。桿件屬實心斷面，剛性較大，可採用較長的伸出長度。

2、管子對焊

管子對焊廣泛用於鍋爐製造、管道工程及石油設備製造。根據管子的斷面和材料選擇連續或預熱閃光對焊。夾鉗電極可以用半圓形或V形。通常當管徑與壁厚的比值大於10時可選用半圓形，以防管子被壓扁。比值小於10時可選用V形。為避免管子在夾鉗電極中滑移，夾鉗電極應有適當的工作長度。管徑為20-50mm時，工件長度為管徑的2-2.5倍；管徑為200-300mm時為1-1.5倍。

由於管子是展開形斷面，散熱較快，端面液態金屬易於冷卻，頂鍛時難於擠出。面積分散，又使閃光過程中自保護作用減弱。因此，當工藝參數選擇不當時，非金屬夾雜物會殘留在介面中形成灰斑缺陷。保持穩定閃光，提高閃光和頂鍛速度，並採用氣體保護，能減少或消除灰斑。

管子焊后，需去除內外毛刺，以保證管子外表光潔，內部有一定的通道孔徑。去除毛刺需使用專用工具。

3、薄板對焊

薄板對焊在冶金工業軋制鋼板的連續生產線上廣泛應用。板材寬度從300到1500mm以上，厚度從小於1mm到十幾mm。材料有碳鋼、合金鋼及有色金屬及其合金等。板材對焊后，接頭由於將經受軋制，並生產很大的塑性變形，因而不僅要有一定的強度、而且應有很高的塑性。厚度小於5mm的鋼板，一般採用連續閃光對焊，用平面電極單面導電，板材較厚時，採用預熱閃光對焊，雙面導電，以保證沿整個端面加熱均勻。

薄板焊接時，因斷面的長與寬之比較大，面積分散、接頭冷卻快，閃光過程中自保護作用較弱，同時，液態過梁細小，端面上液態金屬層薄。易於氧化和凝固。因此必須提高閃光和頂鍛速度。焊后須趁熱用毛刺切除裝置切除毛刺。

4、環形件對焊

環形件（如車輪輞、鏈環、軸承環、噴氣發動機安裝邊等）焊接時，除了考慮對焊工藝的一般規律外，還應注意分流和環形件變形彈力的影響。由於存在分流，需用功率要增大15-50%。分流隨環形件直徑的減小，斷面的增大，以及材料電阻率的減小而增大。

環形件對焊時，頂鍛壓力的選擇必須考慮變形反彈力的影響，但由於分流有對環背加熱的作用，因而頂鍛壓力增加量不大。

自行車、摩托車鋼圈、汽車輪輞均採用連續閃光對焊，夾鉗電極的前口必須與工件斷面相吻合。頂鍛時，為了防止反彈力影響接頭質量，甚至拉開接頭，需要延長無電流頂鍛時間。

錨鏈，傳動鏈等鏈環多用於低碳鋼和低合金鋼製造，直徑d<20mm時可用電阻對焊，d>20mm時可用預熱閃光對焊，預熱的目的是為了使介面處加熱均勻，頂鍛時容易產生一定的塑性變形。

5、刀具對焊

刀具對焊時刀具製造業中用於製造毛坯的工藝方法之一，主要是高速鋼和中碳鋼的對焊，刀具對焊有如下特點：

1）高速鋼淬火傾向大，焊后硬度將大大提高，並可能產生淬火裂紋。為了防止裂紋，可採用預熱閃光對焊。預熱時，將介面附近5-10mm範圍內的金屬加熱到1100-1200℃。焊后在600-700℃的電爐中保溫30min進行退火。

2）高速鋼加熱到高溫時，會產生晶粒長大或在半熔化晶界上形成萊氏體共晶物，使接頭變脆。萊氏體共晶物不能通過熱處理消除。因此需要用充分的頂鍛來消除這種組織。