车身焊接
作者 :  臧联防

  (接上期)
  第四节 钎焊
  
  一、钎焊原理及种类
  
  钎焊是指使用熔点比母材低的钎料,在高于钎料熔点,低于母材熔点的温度下,利用液态钎料在母材表面湿润、铺展和母材间隙中填缝,与母材相互溶解与扩散,从而实现工件之间相互连接的方法。车身上钎焊常用于立柱与前围板结合处、后围板与后翼子板结合处(图60)、车顶与车身侧围的结合处、挡泥板等部位。
  根据钎料熔点不同,钎焊可分为软钎焊和硬钎焊。
  1 软钎焊:钎料熔点低于450%的称为软钎焊。软钎焊的钎料有铅基、铅锡基等合金,主要用于焊接受力不大及工作温度较低的工件,如各种导线的连接、电器元件等,焊接强度通常低于70MPa。软钎焊在车辆上的使用比较常见,如传统的焊接水箱、线束的锡焊。车身钢板修复时的软钎焊,使用范围主要为指针对凹陷与焊口部位的补锡工艺。
  2 硬钎焊:钎料熔点高于450%的称为硬钎焊。硬钎焊的钎料有银基、铜基、铝基等合金,主要用于焊接受力较大、工作温度较高的工件,焊接强度通常高于200MPa。车身修复时硬钎焊一般特指使用氧乙炔焊作为加热源的铜焊。
  
  二、钎焊与其它焊接种类的区别
  
  与熔焊相比,钎焊时只熔化钎料,母材并不熔化,熔焊时母材与焊料完全熔化;与压焊相比,焊接部位不需要施加压力。
  与其它常用焊接方式焊接时母材的状态相比,二氧化碳保护焊焊接部位母材的状态是完全融化;电阻点焊的焊接部位母材是半熔融状态;硬钎焊焊接部位的母材为表皮熔化,软钎焊焊接部位的母材则为表皮活化。
  
  三、钎焊特性
  
  1 熔化后流动性、气密性好,能够顺利进入到狭窄的间隙中,可以作为金属密封容器的修补用途。由于流动性好,熔化后使用潮湿的抹布轻轻一擦,即可将钎料去除,所以铜焊可作为板件临时性定位焊接。
  2 由于只熔化钎料,母材没有焊透,只是在母材的表面相结合,焊接接头所能承受的动载荷强度较低,所以钎焊只适合对原有钎焊的部位进行焊接,其它部位不应该使用钎焊进行焊接。
  3 焊接过程在相对较低的温度下完成,工件产生的变形和应力较小。
  4 由于板件不熔化,所以可以将不相熔的两种金属结合在一起。
  5 铜焊焊接后容易出现热裂纹倾向,随着加热温度的升高,这一现象会逐渐加重。
  
  四、钎焊材料
  
  钎焊时所使用的填充金属材料称为钎焊材料,简称为钎料,钎料经常被加工成丝状、棒状、片状、颗粒状等。为提高钎料的流动性、致密性、与工件的相熔性、强度及熔化温度等,钎料都是由两种或两种以上的合金构成。铜焊所使用的铜焊条通常由的铜和锌两种合金构成,补锡工艺所使用的钎料(图61)由铅、锡和锑三种合金构成。
  
  五、钎焊焊剂
  
  1 钎焊焊剂的作用
  (1)清除母材和焊料表面的氧化膜及其它杂质。如果金属表面有氧化膜或者油污等杂质,焊料熔化后,在金属表面张力的作用下,会形成球状,不能和金属表面充分扩散、结合。
  (2)焊剂加热后,将会以液态膜的形式覆盖在金属和钎料的表面上,隔离空气,预防金属和焊料加热时的进一步氧化。
  
  (3)改善加热后液态钎料的浸润性,增加钎料的铺展性和填充能力。在洁净的玻璃上放一滴水,它便会附着在玻璃上形成薄层,把玻璃浸入水中取出来,玻璃的表面会沾上一层水,这种液体附着在固体表面上的现象就叫做浸润性,或湿润性。如果在洁净的玻璃上放一滴水银,它便来回滚动而不会附着在玻璃上,把玻璃浸入水银里再取出来,玻璃上也不会附着水银。这种液体不附着在固体表面上的现象叫做不浸润。如果焊接时不使用焊剂,即使金属和钎料的表面没有氧化膜或者杂质,钎料的浸润性也会很差,不能很好地与金属表面结合。钎焊时,浸润性与母材、钎料的成分、加热温度、金属表面的粗糙度、表面处理等有直接关系。
  
  2 焊剂的种类
  软钎焊采用的焊剂一般有氯化锌溶液或专用焊锡膏、松香等,有些管式的焊丝内部已带有焊剂。车身补锡工艺所采用的焊剂为氯化锌溶液;铜焊焊剂一般选择粉状专用气焊熔剂。
  
  六、钎焊接头的强度
  
  钎焊时由于母材并不熔化,所以焊接部位的强度等于钎焊材料的强度,相对较低,特别是软钎焊,在车身钢板修复时的应用范围仅限于对凹陷部位的填平,以替代韧性较差的原子灰。为弥补强度不足,铜焊时要求钢板采用搭接形式连接(图62),这样可以通过增加接合面,以增强焊接部位的承载能力。因此钎焊时应尽量加宽搭接接头的宽度。
  钎焊时,工件之间的配合间隙要均匀、适当,钎焊接头强度与两块工件之间的间隙也有很大的关系。钎焊过程中,当钎料与工件加热到稍高于钎料熔点后,钎料熔化,借助于毛细管作用被吸入并充满工件间隙之间,液态钎料与工件金属相互扩散,冷却后形成钎焊焊缝。如果间隙过大,不但会造成钎料浪费,而且熔化后的焊料将不能由于毛细管作用吸入并充满工件间隙,造成强度降低。相反,如果间隙太小,会影响钎料的渗入与润湿,同样也会造成强度降低。所以,铜焊焊接钢板时,要求两块钢板应该紧贴在一起。
  
  七、钎焊的操作过程
  
  车身钢板修复时,软钎焊适用范围仅限于钢板凹陷部位补锡工艺,硬钎焊特指使用氧乙炔焊作为加热源的黄铜焊接,以下内容仅针对于这两种钎焊工艺。
  
   1 钢板凹陷部位补锡工艺的操作过程
  (1)清洁钢板表面。使用研磨机、钢丝刷清除钢板凹陷部位表面的漆膜、锈迹、油污等杂质,直至露出金属光泽,用软布将待焊部位彻底清理干净。表面清理面积应大于凹陷部位的面积。
  (2)涂抹焊剂。使用毛刷,将焊剂均匀涂抹在钢板待焊接部位,涂抹焊剂的面积应大于焊接部位的面积。使用焊剂时,应该根据凹陷部位损伤的程度及面积适量施加。用量过小会影响焊接质量,用量过多,在加热时挥发容易带走热量,延长加热时间。如果加热时间不足,焊剂容易夹杂到焊锡中形成夹渣缺陷。
  (3)对凹陷部位加热。软钎焊的加热方式主要有烙铁加热及火焰加热,烙铁加热的效果相对较差,所以通常使用专用罐装气体加热枪(图63)作为加热源。调节气体火焰,不宜过大或过小,将凹陷部位的钢板均匀加热。如果采用氧乙炔焊进行加热,应将火焰调整至稍微呈现碳化焰。加热过程中,试探性的将钎料轻轻接触钢板,通过观察钎料是否熔化,从而对加热温度进行判断。
  (4)镀锡。当钢板表面的温度足以使钎料熔化时,将钎料在钢板上来回摩擦,使凹陷部位熔敷上一层很薄的钎料。在钎料处于塑形状态时,停止加热,用一块干净的软布擦拭修理部位。这样可使整个待焊部位均匀镀上一层钎料,镀过的表面呈银白色,这一过程称为镀锡、上锡、搪锡、预焊等。镀锡可使钎料在整个裸露的钢板表面散开并清除掉所有的杂质,为下一步填平作业 时钎料的浸润性打下良好的基础。
  (5)填平。再次加热凹陷部位,并同时加热钎料的前部,将受热变软的钎料紧压在变热的钢板上,使钎料持续不断熔敷在凹陷部位。根据凹陷部位的损伤程度及面积,确定钎料熔敷量的多少。
  (6)塑形。钎料在半熔融状态下,使用木质刮板轻轻按压,大致修复成凹陷部位损伤前原有的形状。塑形后的钎料高度应稍高于周围的钢板,如果低于周围的钢板,应再加上更多的钎料。
  (7)修平。使用刮刀、车身锉等工具,将多余钎料去除,然后使用研磨机进行表面精修,直到符合标准。
  (8)去除焊剂。由于氯化锌焊剂对钢板有腐蚀作用,而且焊剂还会导致油漆和金属的附着力降低。所以焊缝冷却后应使用酒精或热水,将残留的焊剂清理干净。
  
  2 铜焊焊接过程
  (1)表面清洁。使用研磨机、钢丝刷清除焊接部位表面的漆膜、锈迹、油污等杂质,直至露出金属光泽。
  (2)施加焊剂。打开氧乙炔焊枪开关并点燃,将火焰调整至稍微呈现氧化焰。氧化焰可以使铜焊条上形成一层很薄的氧化物屏蔽层,以阻止焊条中的锌发生燃烧或冒烟。加热铜焊条前部,然后把铜焊条插入气焊熔剂(图64),受热部位的铜焊条上会均匀粘上一层粉状气焊溶剂。在焊接过程中如果粘上熔剂的这段用完,应及时重复这一过程。
  (3)焊接。火焰对准焊接部位进行加热,将焊条前部放置在火焰的前端,以便焊条同时受热。当工件受热表面出现樱红色时,由于焊条的熔点相对较低,焊条前部已经受热熔化,将熔化的部分送入焊缝形成熔池(图65)。将焊枪前移重复进行这一过程,直至焊接部位形成焊缝。焊枪倾角、焊条前部放置的位置配合应该默契,直接关系到当工件表面达到焊接温度后,焊条能否熔化并及时送入。焊枪移动速度、时机会确保工件受热适当,从而会使熔化的液态黄铜在焊接部位流动聚集,形成良好的鱼鳞状焊缝。
  (4)去除焊剂。焊接完成后,及时用水冷却焊缝,焊剂残留物会结成坚硬的壳状物,很容易剥离下来。八、钎焊常见缺陷及成因
  1.焊缝出现气孔
  (1)焊接接头间隙不当。
  (2)钎料过热或析出气体。
  (3)钎料或工件表面处理不净。
  (4)焊剂不对或失效。
  2 焊缝出现夹渣
  (1)焊接接头间隙不当。
  (2)焊剂用量不当。
  (3)从焊接接头两面向中间焊接填缝。
  (4)加热不均匀。
  (5)焊剂与钎料的熔化温度不匹配。
  3 焊缝出现裂纹
  (1)钎料凝固前,发生位移或抖动。
  (2)加热过度,产生过熔。
  (3)加热不均匀,冷却时产生应力。
  (4)不同材质的母材,热膨胀系数不同,冷却时产生应力。九、车身激光钎焊部位的修理方法
  激光钎焊是指通过激光束作为加热源熔化焊丝,填充焊缝,从而达到工件连接目的的一种焊接工艺。它通常采用CuSi3作为钎料,CuSi3的熔点约950%,浸润后强度可达到350MPa左右,高于低碳钢板,所以焊接强度可以得到有效保证。激光钎焊能量集中、焊缝区和热影响区狭小,可降低钢板表面镀锌层的蒸发,充分保证整车的防腐性能。在充分保证密封性能的同时,激光钎焊可以获得良好的焊缝表面质量。目前,很多车型已采用激光焊接,常见于车顶与车身侧围板的连接(图66)及后备箱盖上下部位的连接。车顶与侧围板采用激光钎焊,可以不用安装车顶两侧压条,以增强整车外观可视性效果,与常规的电阻焊相比,密封性能和焊接强度也得到进一步提高。
  
  激光钎焊常用于两块钢板的角接部位,焊缝较长,表面质量精度高。相关部位一旦损坏需要更换时,比如更换车顶或者侧围板,焊接确实是个很大的难题。修理企业的铜焊工艺焊接变形大、焊缝表面精度低,而软钎焊由于强度较低,所以都无法满足焊接要求。
  对这种情况,可采用焊接和粘接的连接方法。在两块钢板组装前,应分别清理原焊接部位的漆膜及其它杂质,在两个工件搭接的部位打孔以便后续可以进行塞孔焊。打孔位置应选择在从内部能够触及的地方,焊点数量应确保焊接强度。将两块钢板组装,精确定位后,使用二氧化碳保护焊将打孔的部位进行塞孔焊接。原激光钎焊焊缝位置使用双组分胶按照操作规范进行粘接连接(图67)。待胶完全固化后,使用120号的砂纸进行精细修整,直到符合标准。(未完待续)

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