胶焊——精选推荐

第九章!胶!!焊

胶焊工艺方法实质上就是零件的电阻点焊及随后搭接部位的胶接!这个工艺是由苏

联首先发展的"并通称为#胶焊$!此法是一种#毛细作用胶焊$"即先将零件焊接在一起"

然后将胶粘剂注入接头中!所用的低粘滞性胶粘剂靠毛细作用渗入搭接接头中"随后固

化!胶焊结构已在全欧洲和苏联得到了公认!从表面上看"这个方法是把两个不同的学

科"即点焊和胶接组合为一个工艺过程!

在美国所用的工艺为#透胶胶焊$法"见图-"!"它是先用胶粘剂胶接零件"然后再点

焊"并随后固化!

图-"!!透胶胶焊和毛细作用胶焊工艺和普通点焊相比"胶焊接头的搭接抗剪强度提高了三倍"疲劳寿命提高了九倍!和熔

焊相比"其成本较低!和铆接相比"其主要优点是具有较高的强度和疲劳抗力"有时"其成

本也较低%在焊接薄蒙皮的情况下&!

尽管胶焊工艺在各种军用飞机和飞行器构件上已经得到了高度评价"但尚未用于生

产!然而"胶焊已用于汽车工业的生产线上!

第一节!胶焊原理及主要参数

将电阻点焊和胶接二者结合用于零件的实际连接是较易做到的!大多数零件均可使

用胶焊"其方法是将胶粘剂小滴先涂敷于零件表面"并用尼龙刮铲将其散布开!然后将零

’-).!’件组合在一起!临时夹紧"零件置于普通点焊机的电极之间并焊在一起"零件焊接所用

的是由普通焊机稍加改进的点焊机"焊接结构焊后一般都放在烘箱中加热!直到胶粘剂

固化为止"固化时间和温度取决于所用胶粘剂的类型和被焊接的金属种类"

在确定一种可靠的胶焊生产过程时!胶粘剂的性能是重要的"这些性能如下#材料的

物理和工艺性能!实际的胶接性能!以及胶粘剂的胶焊特性"

第二节!胶焊物理特性

一个胶接点焊胶粘剂体系所要求的物理特性应包括#$!%加工过程中良好的流动性!

$1%在固化过程中基本上无挥发物逸出而!..A地成为固体!$#%在胶粘剂的使用和焊接

期间!具有足够长的使用寿命"由于成本的缘故!即使较高的固化压力能够提高某些胶粘

剂的性质!但是通常使用的还是低压固化胶粘剂"

一!毛细作用胶粘剂

进行毛细作用胶焊时!在胶层上没有压力作用来促使胶粘剂流动"胶粘剂流入和填

充结合表面的能力完全取决于胶粘剂的重力流动和毛细作用"这些胶粘剂无论在使用期

间还是在固化加热过程中!都必须有很好的流动性$低的粘滞性%!而且不能有任何沉淀下

来的添加物"这些高流动性的胶粘剂有可能由那些在形状上或位置上偏离水平面的接头

中流出"还有!如果接头之间的空隙大于.’.!&@>$.’#(<<%!则因为胶粘剂有可能从接

头中流出!并由此形成一个空隙区域!所以完全填满是不可能的"

胶粘剂于流态使用!当它涂于焊接接头边缘时!由于毛细作用便渗入接头之中"高粘

滞性胶粘剂的流动会受到周围温度的抑制!因此在使用时可用加热促使其流动"

如果胶粘剂液体$脚标为F%对固体$脚标为R%的最大可逆粘着功$’3M8%大于液体的

内聚功$’:G8%!即

’3M8*’:G8).$-*!%

或最大可逆粘着功为

’3M8(+?.;+‘H.*+?‘$-*1%

则液体就会在固体表面上扩展"

式中!+?.是固体在真空中的表面自由能!+‘H.是和其饱和蒸气相接触的液体表面自

由能!+?‘是固"液相界面的平衡表面自由能"液体的内聚功为

’:G=(1+‘H."$-*#%

从公式$1%和$#%可得出公式$!%的下述表达式

+?.*+‘H.*+?‘).$-*$%

或

+.)+‘H.;+?‘$-*&%

&.%.!

&"原文为’:G=K1+‘H.!有误’’’译者注"!!这就是说!为了使液体能在固体上发生扩展!固体表面自由能必须大于液体"与其饱

和蒸气相接触#表面自由能和固"液体界面自由能的总和$因而!对于一定的固体!液体

表面自由能和液"固体界面自由能越低!则液体发生扩展越迅速$一定的液体在给定的

固体表面上将一直扩展达到平衡条件为止$而粘滞效应能减缓达到平衡条件的速率$

如果在两平板表面之间的接头处需保持一个连续的液体膜!则不仅液体"胶粘剂#必

须在每个表面上扩展!而且液体表面自由能也必须足够大!以便液体在两表面之间形成一

种半月形的连续体$对于一个垂直接头!液体会在平板固休表面之间上升!直到表面能由

于重力作用而达到平衡为止$这种毛细作用的升高!或者位于无限大平板界面基准面以

上的弯曲界面的中心高度!可表示为对于轴向对称弯曲的半月形!式中=是表面张力!或

者表面能!>是重力常数!@是半月形中心处的曲率半径!以及’是液体的密度$因此!看

来表面张力越大或者半月形曲率半径"系由狭窄间隙和较大的表面润湿性所引起#越小!

则液体向接头内渗透得越多$当被粘着件之间的空间太大时"大的曲率半径#!毛细作用

的升高将不充分!并且只有在部分表面上会发生扩展!由此在胶接处形成空隙$

焊后可用密封胶枪或用计量和混合机的注嘴沿着接头两边缘把液体胶粘剂注入$虽

然可以采用那种不易从接头中溢出的触变胶!在压力下向接头注入!但是在被焊的粘着件

之间的细小间隙能够阻止压力喷嘴插进胶层内$为了防止液体胶粘剂在接头以外表面上

扩展!可在金属表面上涂一层粗糙的物质即可$

二!透胶胶焊的胶粘剂

对于透胶胶焊来说!只有当板材点焊在一起时所提供的压力才能助长胶粘剂的流动

性$焊点的间距和被粘着件的厚度对施加于注入胶粘剂上的压强有影响$使用低粘滞性

的液体胶粘剂时!用较低的固化压力通常是不成问题的$而对受热时易液化的高流动性

固体或薄膜胶粘剂!它们不会对胶接强度和胶粘剂特性有严重的影响$由于胶粘剂的流

动性能低!或者由于在固化时胶粘剂会发生挥发除气反应!所以许多高温胶粘剂需要高的

固化压力$不适当的固化压力能够导致多孔的胶层!低劣的粘着力!因而对环境分解作用

有较大的敏感性$由于胶焊固化压力低而造成有害影响的胶粘剂!它首先表现出低劣的

性能$如果胶粘剂没有很好地固化!其胶接强度在环境老化后还会受到影响$

%!%.!%

第三节!胶粘剂的应用

在确定胶粘剂的应用方法以及胶粘剂生产工艺机械化和自动化的适应性方面!材料

的物理状态是很重要的"胶焊用胶粘剂可以是液体#糊状体#薄膜或固体"如果需要的

话!使用底胶可以改进某些胶粘剂的胶接性能!并且可以在很长的一段时间内保持可胶接

的表面"

焊前在接头区域涂糊状胶粘剂通常都是人工操作"使用刮平板能够得到比较均匀的

胶粘剂厚度"对于平滑零件!胶粘剂能够用手术刀涂敷!但对外形复杂的零件是不实用

的"在外形变化不大的零件上涂固体胶粘剂以获得均匀涂层厚度的情况下!可以使用热

熔辊涂敷"

用标准空气喷雾技术来涂敷胶粘剂底胶!无论对平滑零件还是对凹凸不平的零件都

是可行的和完全有效的"真空热喷雾可以减少胶粘剂体系中溶剂的数量!并使喷枪每喷

一次获得较厚的涂层"用!..A固体粉末涂层能够彻底地消除溶剂"静电粉末喷射枪或

射流装置能使颗粒带电!然后它们被吸附于具有任何稍微导电的表面上!随后这些粉末被

加热熔融"

第四节!胶接性能

除了胶粘剂本身所固有的耐温和承载$内聚力强度%能力之外!影响胶接接头强度和

环境耐久性的主要因素是表面的准备"所选择的表面准备必须同时与焊接和胶接相适

应"过去!为胶焊选定的表面准备方法时!曾出现了金属的飞溅问题"为了防止这种情况

的发生!对各种浸蚀剂采用折衷的研究方案"这种兼顾表面耐久性和焊接性的表面处理

方法的试验结果表明!无论在单相交流还是在三相调频点焊机上焊接的,类焊缝!在

1.1$"*#和%.%&"*)两种裸铝合金上都可用磷酸&重铬酸钠阳极化处理"阳极化溶液

具有适合于生产使用的槽液寿命!并且被处理的表面至少在三周内能够保持其焊接性和

耐久性"这段时间对大多数的生产操作是足够的"除了那些在胶接上通用的操作之外!

这里并没有表面处理的特殊操作和其它的防护要求"但遗憾的是只有糊状胶粘剂才具有

这些好的结果"透胶胶膜的焊接性是相当差的!因此导致了焊接时的金属飞溅和焊缝的

不一致"

胶焊的表面处理必须使胶粘剂的强度和耐久性均得到最佳的发展"已进行的研究工

作表明!在标准湿度#盐雾#沸水和高温条件下!强度试验不可能显示出各种表面处理之间

的明显差别!而当试祥承受机械应力并在高湿度和高温下老化处理时!这就能够相当快地

鉴别出它们之间的差别"

’1%.!’

第五节!金属胶粘剂

第一个轻重量的!廉价的宇航结构用材料是铝合金"继而是钛合金!硼"铝复合材

料#以及最近在运载火箭上已考虑使用的不锈钢"

影响焊接熔核质量的有三个最主要的要素#即$!%金属合金#$1%表面导电性#$#%表面

传导性的均匀性"

此外#还必须注意工艺因素#因为用化学处理金属表面的表面性能将受下列因素的强

烈影响&

"!表面处理的均匀性"人工清理比自动清理技术对表面的可变性有更大的影响"

#!湿度的控制"高湿度会影响金属表面!胶粘剂!底胶#及胶粘剂在涂敷时的表面

润湿性"

$!温度的控制"温度对胶粘剂的改进!粘滞性和润湿性都有影响"除非对温度进

行控制#不然会使承载强度发生大的分散性"

%!颗粒数目的控制"空气中的污染#例如烟雾!油!灰尘!酸的蒸气!盐!研磨剂的细

粒!排出的试剂和溶剂等#所有这些都会影响金属表面的电阻率"

&!溶剂的擦拭"在焊接前用溶剂擦拭表面#即所谓的’再清理(#弊多于利"由于不

清法的溶剂!污染的抹布!在溶剂中溶解出来的抹布拼料或者表面污染物的一般涂抹#这

不是清理而是使其进一步污染"

’!胶粘剂的控制"填充的胶粘剂的混合!贮存期的控制以及使用的胶粘剂在加工

过程中的控制对于胶粘剂在电极压力下的区域内的流动能力有影响"任何数量的胶粘剂

的残留物都会引起对电流和金属飞溅的高绝缘电阻"

5!铝合金"铝合金的化学成分影响焊接和胶接性能"高含铜量是在清洁的表面上

产生’污点(的条件#并由此产生高表面电阻#它促使金属飞溅"高含锌量会损害胶粘剂体

系的胶接强度"1.1$合金比%.%&合金易于产生金属飞溅#但是它的胶接性能更好些"

包铝板对胶层的腐蚀比裸铝板更敏感些"

第六节!胶接的经济性

胶焊工艺与点焊比较有下列明显的优点&

"!可用于飞机设计)

#!提高静载强度)

$!改善疲劳强度$机械的和声学的%)

%!可取消密封工序)

&!改善耐腐蚀性能"与机械紧固件相比#胶焊有如下优点&

"!降低制造成本以及具有机械化和自动化的可能)

#!提高静载强度#图-"1)

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