金属丝网组合件电阻扩散焊技术研究

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1、洛阳理工学院毕业论文前 言电阻点焊，简称点焊。是焊件装配成搭接接头，并压紧在两极之间，利用电阻加热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。点焊是一种高速、经济的重要连接方法，适用于制造可以搭接、接头不要求气密、厚度小于3mm得冲压轧制的薄板构件。当然，它也可焊接厚度达6mm或更厚的金属构件，但这时其综合技术经济指标将不如某些熔焊方法。目前，由于科技的飞速发展，对材料性能的要求也越来越突出，双金属复合材料可以克服两种金属各自的缺点，发挥两种金属的优点，使部件具有特殊得性能以适应各种恶劣工况。然而将几种分别满足要求、性能各异的金属材料复合起来，而扩散焊接技术作为异种金属链接的一种方法，即在一定的温度和

2、压力下使待焊表面互相接触，通过塑性变形或待焊面产生的微量液相而扩大待焊面的物理接触面积，然后经较长时间的原子相互扩散而实现冶金结合的一种焊接方法。扩散连接技术不仅能实现同种材料的牢固连接，对异种材料的连接也是比较理想的，特别是对性能差别大、不互溶、相互间易产生脆性金属间化合物的异种材料，扩散连接与其它方法相比较优点更为突出。其应用越来越广泛，扩散焊接结构得质量问题也越来越受到人们的关注。界面焊接质量的无损检验，对于保证焊件的正常运行和延长其使用寿命是非常必要的。由于扩散焊接的独特特点，通常的冶金化焊缺陷是不存在的，扩散焊最常见的缺陷为接触面层的未复合微间隙连接缺陷以及工艺淬火裂纹。针对扩散焊缺

3、陷的特点，超声波探伤是一种行之有效地的方法。而在扩散焊接结构质量的超声无损评价中，主要困难式微观缺陷的检测。微观缺陷在扩散焊中极易出现。微观缺陷的超声回波通常被噪声掩盖，不能为传统得超声波探伤仪检出。所以通过研究其结构的声传播特性，以及声成像技术，对扩散焊接结构进行超声无损检验已成为国内外普遍关心和研究的主要课题之一。扩散焊分为真空和非真空两大类，非真空扩散焊需用溶剂或气体保护，应用较广和效果最好的是真空扩散焊。真空扩散焊接的方法和设备已在英国、法国、H本、美国、比利时、瑞士等国家中得到承认并获专利。真空扩散焊接机一般采用钨、钼、感应器等为加热源，且有热压特性，国内企业如上海晨华电炉公司己生产

4、此类产品，经用户使用能满足扩散焊接的要求。 将焊件紧密贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散形成联接的焊接方法。影响扩散焊过程和接头质量的主要因素是温度、压力扩散时间和表面粗糙度。焊接温度越高，原子扩散越快。焊接温度一般为材料熔点的0.50.8倍。根据材料类型和对接头质量的要求，扩散焊可在真空、保护气体或溶剂下进行，其中以真空扩散焊应用最广。为了加速焊接过程降低对焊接表面粗糙度的要求或防止接头中出现有害的组织，常在焊接表面间添加特定成分的中间夹层材料，其厚度在0.01毫米左右。扩散焊接压力较小，工件不產生宏观塑性变形，适合焊后不再加工的精密零件。扩散焊可与其他热加工工

5、艺联合形成组合工艺，如热耗-扩散焊粉末烧结-扩散焊和超塑性成形-扩散焊等。这些组合工艺不但能大大提高生產率，而且能解决单个工艺所不能解决的问题。如超音速飞机上各种鈦合金构件就是应用超塑性成形-扩散焊製成的。扩散焊的接头性能可与母材相同，特别适合於焊接异种金属材料、石墨和陶瓷等非金属材料、弥散强化的高温合金、金属基复合材料和多孔性烧结材料等。扩散焊已广泛用於反应堆燃料元件、蜂窝结构板、静电加速管、各种叶片、叶轮、冲模、过滤管和电子元件等的制造。本课题研究的目的就是使这一焊接技术尽快变为成熟，在我国各个领域推广使用。提高我国在此类焊接生产的技术质量水平，也可部分解决普通扩散焊需要特定的环境条件、需

6、要专用的焊接设备以及不能实现具有特定形状界面的零件的焊接等难题。第1章 电阻扩散点焊1.1 电阻扩散焊的概念电阻扩散焊是利用电阻加热和在一定得压力下使待焊表面互相接触，通过围观塑性变形或通过待焊面产生的微量液相而过大待焊表面的物理接触，然后经较长时间的原子相互扩散来实现冶金结合的一种焊接方法。这种方法主要受温度的限制，电阻温度的微小变化会是扩散焊速度产生较大的变化。在一定得温度范围内，温度愈高，扩散过程愈快，所获得得接头强度也高，但加热温度受被焊工件和夹具得高温强度、工件的相变、再结晶等冶金特性的限制。而且温度高于一定值之后再提高事，接头质量提高不多，有时反而下降。 1.2 点焊基本原理1.2

7、.1 点焊接头形成图1-1 电阻点焊原理和接头形成如上图所示将焊件3压紧在两电极2之间，施加电极压力后，阻焊变压器1向焊接区通过强大的焊接电流，在焊件接触面上形成真实的物理接触点，并随着通电加热的进行而不断扩大。塑性变形与热能使接触点的原子不断激活，消失了接触面，继续加热形成融化核心4，建成熔核。熔核中的液态金属在电动力作用下发生强烈搅拌，熔核内的金属成分均匀化，结合界面迅速消失。加热停止后，核心液态金属以自由能最低的熔核边界半熔化晶粒表面为晶核开始结晶，然后沿与散热相反方向不断以枝晶形式向中间延直至生长的枝晶相互抵住，获得牢固的金属键合，接合面消失了，得到了柱状晶生长较充分的焊点。或因合金过

8、冷条件不同，核心中心区同时形成等轴晶粒，得到柱状晶与等轴晶两种凝固组织并存的焊点。同时，液态熔核周围的高温液态金属，在电极压力作用下产生塑性变形合强烈再结晶而形成塑性环。该环先于熔核形成且始终伴随着熔核一起长大。它的存在可防止周围气体侵伸。通常熔核以柱状晶形式生长，将合金浓度较高的成分排至晶叉及枝晶前端，入和保证熔核液态金属不至于沿板缝向外喷射。1.2.2 点焊的热源及加热特点点焊的电阻是产生内部热源电阻热的基础，是形成焊接温度场的内在因素。研究表明，接触电阻（平均值）+2的析热量约占内部热源Q的5%10%。软规范时能要小于此值，硬规范时及精密点焊时要大于此值。接触电阻与导体真实物理接触点的分

9、布和接触点的面积有关，即与焊件材质、表面状态（清理方法、表面粗糙度、存放时间等）、电极压力及温度等有关。有时为避免发生粘损、初期喷溅等不良现象，可在厚钢板、铝合金等的点焊中采用马鞍形压力变化曲线以获得低而均匀的接触电阻值，这不仅可充分利用电功率，又可取得提高焊接质量、节约电能的双重效果。在厚钢板点焊时，若采用预热电流脉冲、调幅电流波形等点焊循环，亦可获得与采用马鞍形压力变化曲线相同之功效，并且由于可不必增大预压电极压力而降低了设备的造价。应该指出，虽然接触电阻析热量占热源比例不大，并且在焊接开始后很快降低、消失，但这部分热量对建立焊接初期的温度场、扩大接触面积、促进电流分布的均匀化有重要作用的

10、。1.3 点焊的一般工艺1.3.1 点焊方式点焊通常分为双面点焊和单面点焊两大类。双面点焊时，电极由工件的两侧向焊接处馈电。典型的双面点焊方式是最常用的方式，这时工件的两侧均有电极压痕。大焊接面积的导电板做下电极，这样可以消除或减轻下面工件的压痕。常用于装饰性面板的点焊。同时焊接两个或多个点焊的双面点焊，使用一个变压器而将各电极并联，这时，所有电流通路的阻抗必须基本相等，而且每一焊接部位的表面状态、材料厚度、电极压力都需相同，才能保证通过各个焊点的电流基本一致采用多个变压器的双面多点点焊，这样可以避免c的不足。单面点焊时，电极由工件的同一侧向焊接处馈电，典型的单面点焊方式，单面单点点焊，不形成

11、焊点的电极采用大直径和大接触面以减小电流密度。无分流的单面双点点焊，此时焊接电流全部流经焊接区。有分流的单面双点点焊，流经上面工件的电流不经过焊接区，形成风流。为了给焊接电流提供低电阻的通路，在工件下面垫有铜垫板。当两焊点的间距l很大时，例如在进行骨架构件和复板的焊接时，为了避免不适当的加热引起复板翘曲和减小两电极间电阻，采用了特殊的铜桥A，与电极同时压紧在工件上。在大量生产中，单面多点点焊获得广泛应用。这时可采用由一个变压器供电，各对电极轮流压住工件的型式,也可采用各对电极均由单独的变压器供电，全部电极同时压住工件的型式.后一型式具有较多优点，应用也较广泛。其优点有：各变压器可以安置得离所联

12、电极最近，因而。其功率及尺寸能显著减小；各个焊点的工艺参数可以单独调节；全部焊点可以同时焊接、生产率高；全部电极同时压住工件，可减少变形；多台变压器同时通电，能保证三相负荷平衡。1.3.2 点焊工艺参数选择通常是根据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件表选取，首先确定电极的端面形状和尺寸。其次初步选定电极压力和焊接时间，然后调节焊接电流，以不同的电流焊接试样，经检查熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调节电极压力，焊接时间和电流，进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。最常用的检验试样的方法是撕开法，优质焊点的标志是：在撕开试样的一片上有圆孔，另一片上有圆凸台。

13、厚板或淬火材料有时不能撕出圆孔和凸台，但可通过剪切的断口判断熔核的直径。必要时，还需进行低倍测量、拉抻试验和X光检验，以判定熔透率、抗剪强度和有无缩孔、裂纹等。以试样选择工艺参数时，要充分考虑试样和工件在分流、铁磁性物质影响，以及装配间隙方面的差异，并适当加以调整。1.3.3 不等厚度和不等材料的点焊当进行不等厚度或不同材料点焊时，熔核将不对称于其交界面，而是向厚板或导电、导热性差的一边偏移，偏移的结果将使薄件或导电、导热性好的工件焊透率减小，焊点强度降低。熔核偏移是由两工件产热和散热条件不相同引起的。厚度不等时，厚件一边电阻大、交界面离电极远，故产热多而散热少，致使熔核偏向厚件；材料不同时，

14、导电、导热性差的材料产热易而散热难，故熔核也偏向这种材料（见图11-8）调整熔核偏移的原则是：增加薄板或导电、导热性好的工件的产热而减少其散热。常用的方法有：1 采用强条件使工件间接触电阻产热的影响增大，电极散热的影响降低。电容储能焊机采用大电流和短的通电时间就能焊接厚度比很大的工件就是明显的例证。2 采用不同接触表面直径的电极在薄件或导电、导热性好的工件一侧采用较小直径，以增加这一侧的电流密度、并减少电极散热的影响。3 采用不同的电极材料 薄板或导电、导热性好的工件一侧采用导热性较差的铜合金，以减少这一侧的热损失。1.3.4 点焊接头的设计点焊通常采用搭接接头和折边接头。接头可以由两个或两个

15、以上等厚度或不等厚度的工件组。在设计点焊结构时，必须考虑电极的可达性，即电极必须能方便地抵达构件的焊接部位。同时还应考虑诸如边距、搭接量、点距、装配间隙和焊点强度等因素。点距最小值主要是考虑分流影响。采用强条件和大的电极压力时，点距可以适当减小；采用热膨胀监控或能够顺序改变各点电流的控制器时，以及采用能有效地补偿分流影响的其他装置时，点距可以不受限制。如果受工件尺寸限制，点距无法拉开，而又无上述控制手段时，为保证熔核尺寸一致，就必须以适当电流先焊各工件韵第一点，然后调大点流，再焊其相邻点。点焊通常采用搭接接头和折边接头，接头可以由两个或两个以上等厚度或不等厚度的工件组成。在设计点焊结构时，必须

16、考虑电极的可达性，即电极必须能方便地抵达工件的焊接部位。同时还应考虑诸如边距、搭接量、点距、装配间隙和焊点强度诸因素。边距的最小值取决于被焊金属的种类，厚度和焊接条件。对于屈服强度高的金属、薄件或采用强条件时可取较小值。搭接量是边距的两倍，推荐的最小搭接量见表1-1。表1-1 接头的最小搭接量（mm)最薄板件厚度单排焊点双排焊点结构钢不锈钢及高温合金轻合金结构钢不锈钢及高温合金轻合金0.5 0.81.01.21.52.02.53.03.54.08 910111214161820226 78910121416182012 12141416202426283016 1820222428323640

17、4214 16182022263034384022 222426303440464850点距即相邻两点的中心距，其最小值与被焊金属的厚度、导电率，表面清洁度，以及熔核的直径有关。表1-2为推荐的最小点距。表1-2 焊点的最小点距（3mm)最薄板件厚度点距结构钢不锈钢及高温合金轻合金0.5 0.81.01.21.52.02.53.03.54.0101212141416182022248 10101212141618202215 151515202525303535规定点距最小值主要是考虑分流影响，采用强条件和大的电极压力时，点距可以适当减小。采用热膨胀监控或能够顺序改变各点电流的控制器时，以及能

18、有效地补偿分流影响的其他装置时，点距可以不受限制。装配间隙必须尽可能小，因为靠压力消除间隙将消耗一部分电极压力，使实际的焊接压力降低。间隙的不均匀性又将使焊接压力波动，从而引起各焊点强度的显著差异，过大的间隙还会引起严重飞溅，许用的间隙值取决于工件刚度和厚度，刚度、厚度越大，许用间隙越小，通常为0.1-2mm。1.4 不锈钢的点焊不锈钢一般分为：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢三种。由于不锈钢的电阻率高、导热性差，因此与低碳钢相比，可采用较小的焊接电流和较短的焊接时间。这类材料有较高的高温强度，必须采用较高的电极压力，以防止产生缩孔、裂纹等缺陷。不锈钢的热敏感性强，通常采用较短的焊接时

19、间、强有力的内部和外部水冷却，并且要准确地控制加热时间、焊接时间及焊接电流，以防热影响区晶粒长大和出现晶间腐蚀现象。点焊不锈钢的电极推荐用2类或3类电极合金，以满足高电极压力的需要。下表为不锈钢点焊焊接条件：表1-3 不锈钢点焊的焊接条件板厚（mm)电极端面直径（mm)电极压力（KN)焊接时间（周）焊接电流（KA)0.30.50.81.01.21.52.02.53.03.04.05.05.06.05.5-6.57.07.5-8.09-100.8-1.21.5-2.02.4-3.63.6-4.24.0-4.55.0-5.67.5-8.58.5-1010-122-33-45-76-87-99-12

20、11-1312-1613-173-43.5-4.55-6.55.8-6.56.0-7.06.5-8.08-108-1111-13奥氏体不锈钢点焊焊接参数板厚/mm 电极直径/mm 电极压力/N 焊接电流/kA 焊接时间/周焊点间最小间距/mm d D b1050MPa b1050MPa 0.3 2.8 6 1200 2.4 2.1 3 6 0.6 4.0 10 2200 4.7 3.6 4 11 1.0 5.0 10 4000 7.6 6.0 6 15 1.6 6.3 10 7000 11.5 9.0 9 25 2.0 7.0 16 9000 13.5 11.0 11 32 3.2 9.0 1

21、9 15500 19.0 15.5 17 50 奥氏体不锈钢点焊焊接参数 板厚/mm 电极直径/mm 电极压力/N 焊接电流/kA 焊接脉冲数焊点间最小间距/mm 熔核直径/mm d D b1050MPa b1050MPa 4 12.5 25 18160 20.7 17.5 4 48 11 4.8 12.5 25 22700 21.5 18.5 5 51 13 5.2 16 25 25000 22.0 19.0 6 55 14 6.4 16 25 31800 22.5 20.0 7 60 15 第2章 奥氏体不锈钢的焊接2.1 奥氏体不锈钢的物理特性304是一种通用性的不锈钢，它广泛地用于制作

22、要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。304不锈钢是按照美国ASTM标准生产出来的不锈钢的一个牌号。304相当于我国的0Cr19Ni9 (0Cr18Ni9)不锈钢。304含铬19%，含镍9%。 304是得到最广泛应用的不锈钢、耐热钢。用于食品生产设备、昔通化工设备、核能等。不锈钢防锈的机理是合金元素形成致密氧化膜，隔绝氧接触，阻止继续氧化。所以不锈钢并不是“不锈”。304不锈钢,是美国的标准叫法。SUS304则是日本的叫法。而我们中国是直接把它的元素叫出来，就叫做0Cr18Ni9 。不锈钢防锈的机理是合金元素形成致密氧化膜，隔绝氧接触，阻止继续氧化。所以不锈钢并不是“不锈”。 304

23、材料出现生锈现象，可能有以下几个原因：2.1.1 使用环境中存在氯离子氯离子广泛存在，比如食盐、汗迹、海水、海风、土壤等等。不锈钢在氯离子存在下的环境中，腐蚀很快，甚至超过普通的低碳钢。所以对不锈钢的使用环境有要求，而且需要经常擦拭，除去灰尘，保持清洁干燥。（这样就可以给他定个“使用不当”。） 美国有一个例子：某企业用一橡木容器盛装某含氯离子的溶液，该容器已使用近百余年，上个世纪九十年代计划更换，因橡木材料不够现代，采用不锈钢，更换后16天容器因腐蚀泄漏。 2.1.2 没有经过固溶处理合金元素没有溶入基体，致使基体组织合金含量低，抗蚀性能差。2.1.3 这种不含钛和铌的材料有天生的晶间腐蚀的倾

24、向加入钛和铌，再配以稳定处理，可以减少晶间腐蚀。304不锈钢制造的部件和设备,大多数是通过焊接而成型的。为了消除内应力或因工作条件需要,这些焊缝往往要暴露于5001000的高温环境中。这种焊后热处理,可能会导致焊缝显微组织和耐蚀性能的改变。迄今为止,虽然有关不锈钢应力腐蚀的文献浩如烟海,但涉及焊缝环境断裂的仍然不多,关于焊缝KISCC和da/dtK1关系的定量研究更是屈指可数。众所周知,奥氏体不锈钢焊缝中常有少量铁素体存在,它对提高焊缝的抗热裂和微裂性能是有利的12。有一些研究报告指出: 304 钢焊缝中的铁素体, 能提高其在1430C的42 %MgCl2 水溶液中或250 硫酸盐水溶液中的应

25、力腐蚀抗力36;另一些试验结果却与之截然相反711。据分析,上述分歧可能来源于试验条件不同。试样大小、焊缝成分和热处理状态等,均能导致铁素体数量和形态的巨大差异, 因而试验结果迥异。1 304钢及其焊缝在RT0.5mol/LNaCl+2.5mol/LH2SO4溶液中都会发生环境断裂。焊缝的KISCC为3038MPam1/,2按A002、A302和A132递增,只及母材的(62 79)%;其da/dt达(57)10-6mms-1,为母材的2.83.9倍。2 304钢母材的环境断裂受应变产生活性通道机理控制,呈准解理穿晶断裂;而焊缝则受预存活性通道机理所制约,断口呈沿晶或沿晶与穿晶混合形态。3 焊

26、缝中铁素体的数量和形态,对环境断裂有决定性的影响。数量越多,越呈半连接或连接的网状,环境断裂敏感性越大;孤立的块状或粒状铁素体,能提高环境断裂抗力。2.2 奥氏体不锈钢的焊接性研究2.2.1 316L不锈钢的焊接316L不锈钢焊接时，易发生HAZ敏化区晶间腐蚀，对于316L，发生敏化区间井非在平衡加热时的45085O，而是有一个过热度，可达6001000。因为焊接过程是一个快速加热和冷却的过程，而铬碳化合物沉淀是一个扩散过程，为足够扩散需要一定的“过热度”，其焊接工艺应采用快速过程。以减少处于敏化区加热的时间。所以焊接过渡层应用小热输入、反极性、直线运条和多层多道焊。316L的导热系数小线膨胀

27、系数大，热量不易散失，很容易形成所需尺寸的熔地，而旦在自由状态下，易产生较大的焊接变形。因此，在焊接复层316L时，应采用小电流、快速焊、窄焊道的多层多道焊接，要控制道间温度在6O以下。2.2.2 制造工艺1 下料划线 禁止在复层表面上切割线内用针划线打样冲眼，不得用墨汁、油漆涂写，尽量避免铁器碰伤划伤表面。2 切割试样材料厚度为24mm3mm，采用切割机进行切割时复层朝下，从基层侧开始切割并严禁熔渣溅到复层表面。切割前留有加工余量，切割后用刨边机把切割的热影响区刨掉。坡口也采用刨边机进行加工，加工后的坡口要进行外观检验，不得有裂纹和分层，否则要进行修补。3 拼接 拼接前坡口两侧各 2O mm

28、 内外表面要用不锈钢丝刷清理，复层距坡口 100 mm 范围内要涂防飞溅材料。拼接时应以复层为标准，保证对口错边量1mm，间隙 l2 mm 。2.2.3 焊接工艺焊材及焊接方法 基层外面一层采用埋弧焊，其他层采用焊条电弧焊焊接。根据不同的焊接位置，选用不同的焊接材料。焊接 16MnR时选用3.2 mm，4.0 mm 的 E5O15，过渡层的焊接选用3.2 mm 的CHS042，复层焊接选用3.2 mm 的 CHS022焊条，埋弧焊选用4.O mm 的 H1OMnSi焊丝。2.2.4 焊接要点1 焊基层第1层时须特别注意不得将低合金金属沉积到复层上。2 基层或过渡层焊后经射线探伤合格后才能开始过

29、渡层或复层的焊接。3 焊复层前必须清除坡口边缘复层坡口上的飞溅物。4 过渡层的熔敷金属必须完全盖满钢层b1.52.5mm，并盖过不锈钢与碳钢交界面 aO.51.5 mm。5 过渡层第1遍焊接要采用小参数、反极性、直道多道焊，以降低对复层的稀释。6 复层焊接过程中为保证焊接质量要用小直径焊条进行多道焊，对焊层的堆焊高度要控制到最小，不超过18 mm 。7 复层焊接时，必须彻底清除过渡层熔渣及其它表面附着物，道间温度控制在6O以下，并用10倍放大镜检查无表面缺陷时，方可焊接下一层。8 焊时应注意引弧和熄弧的质量，收弧应将弧坑填满，多层焊时的层间接头应错开。第3章 金属丝网组合架3.1 金属丝网的特

30、殊性能主要特性网孔形状固定，孔隙尺寸均匀，无盲孔流通能力大，渗透性好，阻力损失小孔道光滑简单，易于反洗再生，使用寿命长强度高，整体性好，可在较高压差下稳定工作选材范围宽，耐高温、抗腐蚀、热震性好易于加工、成形，焊接性良好元件性能稳定，适于实现连续化与自动化过程金属丝网过滤器是一种新型的多孔功能材料,它具有理想均匀的孔径分布和优异的流体渗透性能, 强度高、能较好地承受热应力及冲击、可进行机械加工、焊接、清洗再生,尤其适用于高洁净度、高安全性的净化系统。目前, 以刚性烧结金属丝网材料为核心的净化分离技术与设备的开发应用, 已被列入国家“九五”重点科技成果推广项目。分析过滤器性能的影响因素, 对于降

31、低过滤成本、优化过滤器的设计、延长过滤器的寿命均有指导意义。3.1.1 金属丝网过滤机理金属丝网的过滤过程主要包括以下4 个阶段:1 过滤起始阶段,杂质颗粒随流体经过丝网介质时沉积于洁净丝网表面,此时主要靠拦截和扩散机理。此时还没有形成连续的颗粒层,压降损失较小。2 过滤中间阶段,逐渐形成连续的过滤层,即滤饼。此时过滤孔径缩小,粉尘的拦截沉积作用大幅提高,过滤效率急剧升高,压差迅速升高。3 过滤稳定阶段,此阶段主要靠滤饼的过滤筛分作用,丝网起着形成滤饼和支撑加强作用, 这时的过滤机理主要为筛分。这时的压差变化缓慢, 相对中间阶段近似不变。4 过滤反吹阶段,随着滤饼的不断增厚,需要进行在线清洗,

32、实现过滤器的循环再生。此时除尘效率略有下降,至此完成一个过滤周期。金属丝网过滤器的性能评估包括三个方面, 即过滤效率、压降和残余压降。过滤效率为过滤器出口与过滤器入口的杂质量之比。压降是由于丝网表面的颗粒沉积产生的, 压降达到预先设定的最大值时,过滤器需要清洗再生。残余压降是由于过滤和再生循环之后过滤介质内一些沉积的颗粒无法移除干净而产生的。过滤效率高说明颗粒被拦截的比例大,所得流体纯度高。但单纯追求过滤效率,会对过滤器的寿命产生负面影响。压降高导致过滤运行成本高。清洗再生效果不理想会导致残余压降升高,当升高至某极限时过滤过程由于压力损失过高以及循环时间过短而变得不经济,此时需要更换过滤介质。

33、这种情况需要尽量避免。3.1.2 压降的影响因素整个过滤介质的压降由3部分组成:流体在纯流体区的压降、在丝网介质中的压降以及在滤饼中的压降。流体区的压降变化很小,相对与其他两项压降损失相比所占比例小;丝网介质中的压降符合达西定律: P= u/K其中,P 为多孔介质内的总压降,为多孔介质的厚度,u为多孔介质内的平均速度,为流体粘度,k为过滤介质渗透率。随着滤饼的不断形成,除了滤饼厚度增长外,孔隙率不断减小, 共同的作用结果使压降快速升高。压降的影响因素具体分析如下:1 过滤速度随着过滤流速的增加, 压降增加的速度也逐渐加快。这是由于提高流速在过滤初始滤饼形成阶段, 会有更多的颗粒堵塞滤芯的孔隙,

34、 直到滤饼形成时压降已经很高了。所以提高过滤速度要以压降的急剧升高为代价。文献4指出: 常温下, 滤速对烧结金属丝网过滤效率的影响不大, 随着滤速的增加, 烧结金属丝网过滤效率略有提高。因此, 适合于在高滤速下工作, 滤速的增加不会带来过滤效率的降低。2 流体浓度在同一流速下,流体浓度越大,压差升高得越快。因为浓度的提高,在相同的过滤速度下,颗粒堵塞孔隙的几率越大,造成过滤压差增加变快。3 流体温度文献5指出,对于金属过滤器,压降与过滤流体的温度有关。温度高时,由于热胀冷缩,导致孔径增大,压降降低。4 颗粒粒径对于粒径越小的颗粒, 压降增长得越快。因为固体颗粒粒径越小, 越容易进入过滤介质内部

35、, 塞滤芯内的孔隙, 过滤通道减小, 导致过滤压降高。相反, 粒径较大的颗粒, 越容易在滤芯表面形成架桥, 而阻止小颗粒进入介质内部形成绝对的堵塞。压差增加得比较缓慢, 有利于过滤过程的进行。5 滤饼的可压缩性对于不可压缩滤饼, 压降在过滤初始阶段增加的比较快, 之后随着滤饼厚度的增加而线性增加。这是因为金属丝网在过滤初始的滤饼形成阶段, 由于颗粒直接堵塞滤芯内部的孔隙, 而导致压差增长很快。在滤饼形成后, 压差的增长主要由于滤饼的不断增厚而导致的, 所以增长速度变缓。对于可压缩滤饼, 压降则呈指数增加, 并很快达到最大允许压降, 而且循环周期非常短, 过滤器寿命也短。3.2 金属丝网的焊接特

36、性3.2.1 金属丝网及传统焊接方法金属丝网包络的小球颗粒型载体是排气净化系的核心部件。小球颗粒以直径为10 mm、热膨胀系数低、磨损小、不易碎、预热快的陶瓷原料构成。金属丝网（丝图3-1 金属丝网包络的陶瓷球体直径约0.02 mm）是由导热快、对振动不敏感的、外表有催化涂层的一种金属丝交叉焊接而成。如图1所示。由1mm1mm的金属丝网，上、下2片包络陶上、下2片丝网间放上若干陶瓷球体并将其包络，再将上、下丝网接触处焊接，然后在焊缝外围切割，形成一个个由金属丝网包络的陶瓷小球。包络陶瓷小球体的上、下丝网采用气体保护焊、氩弧焊等时，难免产生机械撞击，损坏丝网，定位不准， 热影响区大，焊接效率低，

37、焊接质量不高或成为废品，更不能适应金属丝网包络的陶瓷球体制作量大和精度高的要求。因而需要研究开发将激光焊接用于金属丝。3.2.2 金属丝网焊接包络陶瓷小球体的金属丝网的焊接是一种精密微细件加工。包络小球体的丝网结构空间小，组合精度高，连接质量要好，包络球体的丝网要光滑圆整。金属丝网材质是贵金属且表面涂有氧化铝层。包络陶瓷小球的上、下2 片丝网的焊接需要控制能量，对于细丝（直径可小于0.02 mm） 交叉焊时，因焊壁很薄，要求丝表面少蒸发，不使焊点烧穿成孔。必须严格控制光束的能量密度， 使焊点温度保持高于熔点而低于沸点。因金属的熔点和沸点相差越大，能量密度（即功率密度） 范围越大，焊接越容易控制

38、。功率密度较小，焊点直径和熔深小，可以控制丝网在熔融状态下传递热能。形成深宽比大于1 的熔焊点，金属少量蒸发并不影响焊点的形成。316L汽油机排气净化装置的金属丝网采用的是电阻扩散焊焊接方法，精度高，焊接质量好，说明电阻扩散焊适于金属丝网的焊接。结 论1、通过对奥氏体不锈钢及金属丝网组合件的特殊性能和焊接性的研究证明电阻扩散焊是可行的。2、本论文中所研究的电阻扩散焊应用范围很广，在当前处于比较先进的水平。3、所涉及的焊接方法满足焊接工艺的要求，降低了焊接设备成本。4、电阻扩散焊的自动化程度还不高，使用范围受到限制。 5、电阻扩散焊利用电阻加热时受温度的影响且温度不易控制。6、电阻扩散焊主要用于

39、点焊，它的效率还不是很高。谢 辞本论文是在毕业设计指导老师张立峰教授悉心指导下完成的。论文从选题、学习、写作到定稿，自始至终都得到了张老师无私的指导和帮助。张老师深厚的学术造诣、严谨求实的治学精神一直以来都深深地影响着我。在毕业设计期间，导师对我在学习过程中所犯的错误从来都不予以批评，而是教我如何从错误中找出原因、分析原因、总结经验，并指导我如何用最科学、合理的方法去进行改进，少走弯路，培养了我较强的独立思考和分析能力。而这些东西将会使我终身受益。在此，我对导师高尚的品格和诲人不倦的美德致以崇高的敬意和最诚挚的谢意，并将本文献给我永远敬重的导师张立峰教授。能顺利完成大学本科的毕业论文，我要由衷

40、地感谢机电学院所有给予过我在学习上指导、生活上关心和帮助的老师们;我要感我的毕业设计搭档张杰同学和闫强同学在学习过程中对我的协助和支持；我要感谢我的同学和朋友们，在我遇到困难和挫折的时候给予我最大的鼓励和信心，在此向他们表示我最诚挚的谢意!近二十年寒窗苦读，我无时无刻不感受着亲人们的关怀和鼓励。在论文完成之际，我要感谢我的父母和家人对我始终如一的理解和支持，还有他们为我所无私付出的一切。正是他们给予了我精神上和物质上的极大鼓励和支持，才使我能够全身心地投入到学习中去。在此我向他们表示内心最诚挚的谢意和深深的感激。无论在什么时候，你们都是我的坚强后盾。最后感谢所引用文献的作者。牛顿说过：“如果我

41、看的比别人远，那是因为我站在巨人的肩上！”参考文献1 陈裕川主编 现代焊接生产使用手册（第一版），北京：机械工业出版社，2005。2 沈惠塘主编 焊接技术与高招（第一版），北京：机械工业出版社，20023 李亚江主编 焊接冶金学（第一版），北京：机械工业出版社，20064 张柯柯主编 特种现金连接方法（第一版），哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20085 李亚江，王娟，刘鹏主编 特种焊技术与应用（第一版），北京：化学工业出版社，20036 赵熹华，冯吉才主编 压焊方法与设备（第一版），北京：机械工业出版社，2005.7 中国机械工程学会焊接学会主编 焊接手册（第二版，第三卷），北京：机械工业出版

42、社，2001。8 李亚江主编 特种连接技术（第一版），北京：机械工业出版社，2007。9 李志远，中国焊接学会组主编 先进连接方法（第一版），北京：机械工业出版社，2000。10 俞肖知主编 焊接工艺人员手册（第一版），上海：上海科学技术出版社，2007。11 吴宗泽主编 机械设计手册（第一版，上册），北京：机械工业出版社，2002。12 崔忠圻 谭耀春主编 现代焊接生产使用手册（第一版），北京：机械工业出版社，2005。13 赵熹华主编 焊接检验（第一版），北京：机械工业出版社，1993。14 邓洪军主编 焊接结构生产（第一版），北京：机械工业出版社，2004。15 周浩森主编 焊接结构生产与装备（第一版），北京：机械工业出版社，1999。16 杨春利主编 电弧焊基础（第一版），哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003。17 张文钺主编 现代焊接生产使用手册（第一版），北京：机械工业出版社，2005。18 曾乐主编 现代焊接技术手册（第一版），上海：上海科学技术出版社，1993。19 杜国华主编 实用工程材料焊接手册（第一版），北京：机械工业出版社，2004。20 手册编写组主编 简明焊工手册（第一版），北京：机械工业出版社，1986。 - 21 -