淺談汽車維修中的無電焊接技術(shù)及發(fā)展論文

1 引言

　　焊接技術(shù)是汽車制造過程和汽車維修的一項關(guān)鍵技術(shù)，尤其是車身焊接被國內(nèi)汽車制造企業(yè)視為車輛制造的四大工藝之一。整個汽車的白車身以及發(fā)動機變速箱等零部件的生產(chǎn)，都離不開焊接技術(shù)的應用。目前汽車制造和維修行業(yè)所用的焊接方法，主要有電阻焊(點焊、凸焊為主)電弧焊(MIG/MAG 焊TIG 焊、CO2 焊等)以及激光焊等其他一些焊接方式。

　　隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，人們對特定條件下材料的加工和維修提出了更高要求，如野外條件下汽車的應急維修，汽車各結(jié)構(gòu)件、箱體、管路等零部件使用中出現(xiàn)的故障，比如結(jié)構(gòu)裂紋，連接裂縫，管路、箱體的跑、冒、滴、漏等，將嚴重影響汽車的使用性能。通常情況下，這些受損件采用焊接方法進行修復，傳統(tǒng)的焊接方法離不開焊接電源和笨重的儲氣瓶，嚴重影響汽車的機動搶修和快速搶修，在高寒、高溫、缺氧等惡劣條件下，這些傳統(tǒng)的應急維修方法更無法施展。而無電焊接技術(shù)的應用，對特殊環(huán)境下材料和設備的焊接維修具有重要作用。相對于電弧焊、氣焊等傳統(tǒng)的焊接技術(shù)，便攜式無電焊接不需要電源、儲氣裝置或其他設備，攜帶非常方便;不需要特殊的技術(shù)培訓，操作簡單;在特殊環(huán)境甚至惡劣工作條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)方便、高效、節(jié)能的原位快速加工和維修，是一種結(jié)合了焊接和自蔓延高溫合成的新型技術(shù)，相對于常規(guī)的焊接方法和傳統(tǒng)的自蔓延焊接更加簡單便攜。

2 便攜式無電焊接技術(shù)

　　無電焊接又稱為自蔓延焊接，它將專用焊接材料制成專用手持式焊筆，焊筆一經(jīng)點燃，不需要電源，也不需要氣源，僅依靠焊接材料燃燒放出的熱量就能進行焊接。即以化學反應放出的熱為高溫熱源，以反應產(chǎn)物為焊料，在焊接件間形成牢固連接，簡稱無電焊接。

　　自上世紀由蘇聯(lián)科學家確立自蔓延技術(shù)以來，自蔓延技術(shù)與其他許多傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合形成了許多新型技術(shù)，自蔓延焊接技術(shù)屬于其中一種。自蔓延焊接技術(shù)是在待焊接的兩塊材料之間填進合適的燃燒反應原料，以一定的壓力夾緊待焊材料，待燃燒反應過程完成后，即可實現(xiàn)兩塊材料之間的焊接。這種焊接作為一種特殊焊接工藝，主要用于焊接：①同種或異種一般金屬材料;②同種或異種難熔金屬材料;③同種或異種陶瓷材料;④同種或異種金屬間化合物;⑤金屬或金屬間化合物與陶瓷材料。其中，對于一般金屬材料無電焊接的研究較多且得到了廣泛的應用。無電焊接技術(shù)作為自蔓延焊接技術(shù)的一種，它克服了自蔓延焊接技術(shù)點火模式和真空壓力等工藝參數(shù)對焊接過程的影響，焊接過程大大簡化。

　　國內(nèi)近幾年對無電焊接技術(shù)也進行了大量研究，主要集中在對焊接材料的配比、粒度、壓坯密度等參數(shù)及焊接工藝穩(wěn)定性進行試驗，同時對被焊材料的厚度、種類及部位等也進行了一定的研究。2006 年研制出了可焊接6mm～10mm 鋼結(jié)構(gòu)件的無電焊接筆，對無電焊接中所使用的無電焊接筆的結(jié)構(gòu)、焊筆的制備以及焊接工藝等方面進行了優(yōu)化試驗;對焊筆的引燃方式、燃燒機理、熔渣、焊縫組織、焊接缺陷(如氣孔、裂紋)以及熔渣與焊縫組織的分離保護、焊縫組織與焊接母材界面的結(jié)合強度等方面也進行了深入的分析試驗。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的可焊接6mm～10mm 鋼結(jié)構(gòu)件的無電焊接筆的技術(shù)指標已達到相當水平，能焊接低碳鋼、低合金鋼、中碳鋼、合金鋼、不銹鋼等材料，其焊縫抗拉強度可達300MPa。

　　2.1 無電焊接技術(shù)的主要特點

　　(1)焊接簡單方便，工作效率高。無電焊接技術(shù)焊接時不需要任何電源和其他設備，只要用明火點燃焊筆，僅僅依靠混合粉末燃燒反應放出的熱量就能進行焊接，效率高，小巧輕便，操作簡單，單人即可完成。在緊急條件下，可快速簡便地對汽車零部件損傷進行焊接。

　　(2)焊接效果好，焊縫性能優(yōu)良。無電焊接是一種熔焊焊接，焊縫抗拉伸強度介于200MPa～300MPa，彎曲強度介于300MPa～700MPa，沖擊韌性介于16J/cm2～55J/cm2，硬度介于120HRB～180HRB，抗腐蝕性要優(yōu)于45# 鋼，能有效滿足汽車應急維修需要。

　　(3)適用范圍廣。無電焊接技術(shù)可對汽車上的多種零部件進行焊接修理，已經(jīng)在多個汽車零部件上(水箱、油箱、水管、油管、排塵管、電瓶連接線、拉桿等)進行了應用，焊接效果良好，能夠滿足使用要求。

　　(4)有一定的局限性。無電焊接技術(shù)目前已可焊接10mm 之內(nèi)的結(jié)構(gòu)件，但焊接的金屬材料尚不廣泛，目前主要焊接鋼、銅等結(jié)構(gòu)件，還不能焊接鋁、鈦等結(jié)構(gòu)件。

　　2.2 無電焊接筆的結(jié)構(gòu)與成分

　　2.2.1 結(jié)構(gòu)組成及作用

　　無電焊接筆由焊藥、包裹焊藥的紙管、分別裝于焊筆前端和末端的引火帽和堵頭、外套管五部分組成。焊筆外徑通常在Ф16mm～Ф30mm 之間，焊筆長度150mm～600mm，以滿足使用要求為準。堵頭是焊接夾持的部位，一般為長度15mm～25mm 的金屬圓棒，其直徑與外殼的內(nèi)徑相同，其作用是焊接時協(xié)助夾持焊筆并防止粉狀焊藥溢出。套管為類似筆帽的塑料管，平時起保護、封裝焊筆的作用，焊接時將其摘下固定于焊筆尾部的夾持端，以夾持焊筆進行焊接。焊筆的外殼為圓柱筒形，可以為紙制的，也可由金屬制成，主要用于焊筆的成型。引火帽用以引燃焊藥發(fā)生自蔓延反應，一般由易點燃的藥品通過黏結(jié)劑成型為直徑與焊筆直徑相同、長度大約10mm 的短圓柱狀，自然風干后安裝于焊筆引燃端。引線用來引燃引火帽，可直接由明火點燃。

　　2.2.2 成分組成及作用

　　焊藥是無電焊接筆的核心部分，其化學成分直接影響焊縫金屬的組織和性能、焊渣的形態(tài)及保護作用、焊接的工藝性等，是焊接質(zhì)量的決定因素，因而焊藥成分是無電焊接筆性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。焊藥為多種粉料的混合物，按其在焊接中所起的作用，可以分為以下幾種：

　　(1)高熱劑：能發(fā)生燃燒合成反應以提供焊接所需熱量的`材料，可選用燃燒熱大、燃燒溫度高的鋁熱劑，這類高熱劑發(fā)生自蔓延反應放出大量熱量的同時，還生成一定的金屬，作為焊縫金屬，充填于母材焊縫之中。

　　(2)造渣劑：鋁熱反應放出大量熱量生成金屬產(chǎn)物的同時也生成大量的非金屬成分，在熔池冷卻時首先凝固，夾雜于焊縫金屬當中，嚴重影響焊縫的強度和韌性。因此，需要在焊藥中添加適當?shù)脑煸鼊?，使其與金屬產(chǎn)物有效分離，并形成熔點低、密度低、黏度適宜的焊渣，覆蓋在金屬熔池上方，使焊縫金屬免受空氣和水分的侵蝕。

　　(3)造氣劑：用以造成一定量氣體排除大氣對熔池的有害作用，保護熔化金屬，使焊接時金屬焊縫中不出現(xiàn)氣孔，同時有助于熔滴過渡。選取適當?shù)脑鞖鈩?，可實現(xiàn)自保護焊。

　　(4)脫氧劑：用以降低熔渣的氧化性并脫除金屬中的氧?？諝庵械难跬廴诮饘龠M行反應生成金屬氧化物(氧化鐵等)，而各種結(jié)構(gòu)鋼總是含有一定量的碳，碳同氧化鐵進行反應，生成的一氧化碳在焊縫金屬結(jié)晶時來不及逸出便產(chǎn)生了氣孔。因此

　　在焊藥中需加入一定量的脫氧劑，阻止熔化金屬同氧結(jié)合，同時防止氣孔的產(chǎn)生。

　　(5)合金劑：起滲合金的作用，用以向焊縫金屬中添加適當?shù)暮辖鹪?，以保證焊縫具有良好的力學性能或其他特殊的性能(如耐蝕、耐熱、耐磨等)，或補充母材在焊接過程中合金元素的燒損。

　　(6)稀釋劑：稀釋劑是不參加燃燒合成反應的惰性添加劑，用來降低焊筆的燃燒速度，以使焊接具有較好的可控性，易于操作。同時防止反應溫度過高，以減小對焊接母材的熱損傷。

　　2.3、無電焊接焊縫組織及性能

　　被焊材料為10mm 厚的45# 鋼、Q235 鋼板，不開坡口，采用對焊形式進行焊接。焊接工藝參數(shù)如表1 所列。

　　2.3.1 焊縫性能

　　無電焊接焊縫及Q235 鋼、45# 鋼性能比較表。從表中可以看出，無電焊接焊縫的強度和Q235 鋼接近，但是要低于45# 鋼，這表明焊接焊縫的強度較高，這是由于該種焊接是熔焊焊接，焊縫與基體以冶金結(jié)合方式進行結(jié)合。這也說明該種無電焊接焊縫的強度比較高，在野外應急情況下的汽車維修中能夠滿足使用要求。無電焊接焊縫及Q235 鋼、45# 鋼性能比較表見表2：

　　2.3.2 焊縫合金強化機理

　　無電焊接的焊縫產(chǎn)物為銅，鋼鐵與銅的物理性能和化學性能相差極大，熔點、導熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)、冶金性能等都有很大的不同，這對焊接來說是不利的因素，容易產(chǎn)生焊縫熱裂紋、熱影響區(qū)銅的滲透裂紋以及焊縫力學性能下降等。為了克服這些不利的因素，需在焊縫中加入合金元素。通過研究，選擇鎳、硅、鈦等作為合金元素，并通過合金元素添加前后焊縫的組織和性能來揭示合金元素的作用。

　　2.4 焊接工藝

　　無電焊接技術(shù)是一種新型技術(shù)，其焊接工藝不同于傳統(tǒng)的焊接工藝。焊接時，焊接工藝對焊接效果影響很大。由于基材的熔化需要一定的熱量以及熱量的傳遞時間，如果焊接速度過快，將導致焊不上或焊接效果不好;如果焊接速度過慢，基材接受的熱量太多，將導致基材熔化流失，焊縫中出現(xiàn)較大孔洞，焊接質(zhì)量不好。

　　無電焊接的焊接工藝如下。

　　2.4.1 焊接前準備

　　(1)準備防護手套、墨鏡和打火機，不需任何其他設備和電源、氣源。

　　(2)焊接前，清理擬焊接部位的臟物、油脂或油漆。

　　(3)對較厚焊接件，須在焊接部位進行坡口打磨處理，較薄焊接件則不需要此工序。

　　(4)根據(jù)被焊零部件的厚度和屬性，選取相應的無電焊接筆。

　　2.4.2 焊接工藝

　　(1)取出焊接筆，用打火機點燃引信，將燃燒的焊接筆頭部對準待焊部位，經(jīng)過2s～4s 后在被焊部位進行焊接，根據(jù)被焊材料的厚度沿焊道緩慢移動，確保金屬液充分滴落和覆蓋在焊縫處，經(jīng)過20s～25s 即可獲得100mm～150mm長的焊縫。

　　(2)對于平面上的焊縫，焊接筆與平面垂直且呈不大的傾角。焊接厚度大于1.5mm 的金屬板時，焊接筆基本接觸焊接平面;厚度小于1.5mm時，視厚度大小，焊接筆高出15mm～30mm。

　　(3)對于有一定傾角的焊接、立焊，則需使用一定的模具才能進行，該模具一般由石墨制成。

　　(4)待焊接結(jié)束，金屬冷卻后，輕輕敲掉焊縫上的熔渣即可得到牢固的焊縫。

　　2.4.3 注意事項

　　(1)焊接工作結(jié)束，而焊接筆尚未燃盡時，切不可用水熄滅，讓其自行燃盡。

　　(2)工作場地上應強制通風，在室外焊接時應在背風處進行。

　　(3)焊接筆有機械損壞時，不得使用。

　　(4)焊接筆保存在干燥，并遠離明火的地方。

　　(5)焊接筆為一次性使用物。