了解焊缝强度,塑料激光焊接的焊缝设计

小编 2022-06-25 15:39:53 710

  1、根据工业标准和代码进行焊接时,钢板之间的典型结构焊缝能达到怎样的强度?

  焊缝一般能保持较高的强度,以至于超过了焊材代码和应用中所要求的强度。在很多情况下,这种焊缝的强度不能通过焊材代码本身辨别出来。例如,用普通焊条E60××焊接完成的焊缝强度比焊条标称的最小强度值高大约50%。并且在焊接完成后,很多市售的E60××焊缝的屈服强度比结构钢本身高75%。

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  2、为什么典型焊态下的结构钢焊接接头的强度比母材金属的强度高?

  有以下两个原因。

  ①所用焊条中的金属心是优质钢,比母材的性能好。

  ②在焊接过程中,熔化金属受到良好的保护作用。与电炉钢相比较,焊条药皮还具有净化剂和脱氧剂的作用,药皮中的其他合金万分能够促使形成均匀的晶体结构和良好软科学性能的焊缝。

  3、焊接缺陷,可美国焊接学会AWS术语中的非连续,对焊缝的强度有何影响?

  ①图1表明,对于焊接接头试样来说,焊缝上尽管有严重的咬边缺陷,但在静载荷的拉伸作用下,失效的是金属板,而不量焊缝。

  ②一个总的原则是,角焊缝尺寸应为被焊金属板厚度的75%,以便增强整个金属板的强度。依据这种方法,在厚度12.5mm金属板上焊接尺寸为9.5mm的角焊缝的强度应比母材金属高,对于尺寸为8.7mm和8mm的角焊缝也是这样。当角焊缝尺寸减小到6.4mm时,焊缝金属在220kgf/mm压力(该压力值是美国焊接学会施用压力的5倍多)作用下才发生破断。尺寸不足够大的角焊缝对焊缝强度的影响如图2所示。

  ③图3给出了未焊透对焊缝强度的影响。进行拉伸试验之前,先将焊缝加工平整。当焊缝缩颈处减小到整个试样厚度的31%时,整个焊缝才发生破断。

  图3未焊透对焊缝强度的影响

  4、焊缝中有多少气孔时会影响到焊缝金属的强度?

  试验表明,当焊缝中的孔隙量大于整个焊缝的7%时,焊缝的塑性或抗拉强度、冲击强度将发生很大的变化。

  什么是工作焊缝?什么是联系焊缝?

  焊接结构上的焊缝,根据其载荷的传递情况,可分为两种:一种焊缝与被连接的元件是串联的,承担着传递全部载荷的作用,一旦断裂,结构就立即失效,这种焊缝称为工作焊缝。

  另一种焊缝与被连接的元件是并联的,仅传递很小的载荷,主要起元件之间相互联系的作用,焊缝一旦断裂,结构不会立即失效,这种焊缝称为联系焊缝。

  塑料激光焊接的焊缝设计

  在环保被越来越重视的时代,工艺的成本大幅下降,激光焊接专用塑料开始国产化这3个因素之下,塑料激光焊接技术被越来越频繁的提及,其技术的应用也逐渐被大家所知,比如在汽车行业、医疗行业、家电行业以及电子电器行业等的应用。在焊接工艺的应用中,焊接质量的考量关键在于对焊缝的检测,焊缝的美观、密封性、耐老化性以及力学性能抗冲击等,本文就塑料激光焊接的焊缝设计做一个简单的介绍。

  焊接部件设计的基本要求

  注塑件的焊接性能主要有以下几个方面决定:

  元器件的设计要求;

  所使用的焊接工艺;

  零件的材料;

  零件的结构。

  为了能够在焊接区域内产生焊接过程中所需的焊接压力,焊接部件的结构需要根据使用的焊接工艺进行设计。激光透射焊接中,要求透射激光的部件具有较高的透射率,使得激光光束能够直接作用于焊接区域。而焊接半结晶塑料或者填充塑料时,需要在保证部件机械性能的基础上,使激光的穿透深度尽可能的浅。

  激光透射焊接的基本原理

  激光透射焊接中,激光光束穿透上层透射部件,照着到下层吸收激光的部件。激光能量被吸收部件中的染料或添加剂颗粒吸收,转化为热量。吸收部件融化,通过热传导,热量传递到上层透射零件中。在焊接开始前,两部件在外部压力的作用下相互接触。焊接过程中,零件被局部加热,材料的热膨胀会提供附加的内部焊接压力。在内部和外部焊接压力的共同作用下,两部件被牢固的焊接在一起。激光光束和焊接部件的相对移动形成整条焊缝。

  材料的光学性能要求

  在激光透射焊接中,对两焊接部件光学性能的要求有很大的不同。焊接的先决条件就是一个焊接部件激光透射率很高,而另一个部件激光吸收率很高。同时,两焊接部件的激光反射率都不能太高,否则要使用很高的激光能量密度才能够使焊接区域内的材料熔化。

  激光穿透塑料的表现

  在近红外光谱范围内,无添加剂的热塑性塑料通常都有很高的激光透射率。同时,不透明的局部结晶塑料、着色塑料以及使用特殊染料着色的黑色塑料也可能具有足够的激光透射率。而通过添加激光吸收剂,可以使焊接部件在表层吸收激光能量。

  焊接接头型式的工程设计

  需要根据焊接任务的要求,来设计零件焊接区域的形状。焊接工艺的选择、注塑零件的形状以及两焊接零件的光学和机械性能决定了焊接接缝的型式。注塑件中的交叠部分(如接套、插槽、定位结构等)不能位于激光光源与焊接接缝之间,因为这样会产生阴影阻碍激光传输。

  激光透射焊接一般可以分为有焊缝位移和无现焊缝位移两种形式。

  如果焊接过程中无焊缝位移,那么焊接接头型式与胶接技术中的接头型式基本相同。

  激光透射焊接工艺中,在不出现焊缝位移的情况下,为了能够得到较高的焊缝强度,两焊接部件的接触面必须平滑均匀,焊接前避免存在接头间隙。焊接时,两焊接部件需要使用加紧装置(如气动加紧装置)夹紧。而对于环形部件,可以通过两部件的过盈配合来减小接头间隙。

  对于存在焊缝位移的焊接,要求其中一个焊接部件必须能够产生位移。设计时,应该避免零件的边界、加强筋以及隔板等阻碍焊缝位移的产生。而且在部件设计时,需要设计空腔用于存贮熔化的塑料,以改善零件的外观。

  在焊接过程中,加紧装置不可以干涉激光光束的传输。在设计时,要特别注意加紧装置和焊接部件的相对位置关系。

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