隨著(zhù)我國焊接技術(shù)的不斷發(fā)展,電阻點(diǎn)焊技術(shù)在機械制造領(lǐng)域得到不斷應用和推廣,尤其是在鈑金制造行業(yè)中應用比較普遍。
電阻點(diǎn)焊焊接原理是將被焊工件壓緊于兩電極之間,并通以電流,利用電流流經(jīng)工件接觸面及臨近區域產(chǎn)生的電阻熱,將其加熱到熔化或塑性狀態(tài),使之形成金屬結合的一種方法,如圖1所示。
電阻點(diǎn)焊優(yōu)點(diǎn)
⑴生產(chǎn)效率高。在電阻點(diǎn)焊時(shí),通用點(diǎn)焊機的生產(chǎn)率約為每分鐘60點(diǎn),若用快速點(diǎn)焊機,則可達到每分鐘500點(diǎn)以上,因此非常適用于大批量生產(chǎn)。
⑵焊縫質(zhì)量好。電阻點(diǎn)焊冶金過(guò)程簡(jiǎn)單,焊縫化學(xué)成分基本不變。焊縫因在壓力作用下結晶,所以致密。由于是內部熱源,熱量集中,加熱范圍小,所以熱影響區和焊接變形都很小。
圖1 電阻點(diǎn)焊示意圖
⑶焊接成本比較低。電阻點(diǎn)焊不使用任何填充材料,焊接時(shí)也無(wú)需保護氣體,所以在正常情況下,除電力消耗外,幾乎沒(méi)有其他消耗,焊接成本比較低。
⑷焊接操作比較規范,易于實(shí)現機械化和自動(dòng)化。焊接過(guò)程既沒(méi)有較強的弧光輻射,也無(wú)有害氣體的侵蝕,勞動(dòng)條件比較好。電阻點(diǎn)焊缺點(diǎn)
⑴目前還缺乏可靠的無(wú)損檢測方法,焊接質(zhì)量只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗來(lái)檢查,以及靠各種監控技術(shù)來(lái)保證。
⑵焊件厚度、形狀和接頭形式受到一定限制,電阻點(diǎn)焊一般適合薄板焊接且對接頭有一定要求。
⑶設備功率大,機械化、自動(dòng)化程度較高,使設備成本較高、維修較困難,并且常用的大功率單相交流焊機不利于電網(wǎng)的正常運行,但隨著(zhù)近年來(lái)中頻點(diǎn)焊機的推廣應用,這一問(wèn)題逐漸得到解決。
綜上所述,雖然電阻點(diǎn)焊焊件的接頭形式受到一定限制,但是適用于電阻點(diǎn)焊的構件仍然非常廣泛,其主要適用于焊接厚度為4mm以下的薄板結構和鋼筋構件,還可焊接不銹鋼、鈦合金和鋁鎂合金等,目前被廣泛應用于鈑金制造業(yè)。焊接質(zhì)量欠缺影響因素
對于電阻點(diǎn)焊,我們在實(shí)際生產(chǎn)應用中經(jīng)常遇到的問(wèn)題就是焊接質(zhì)量欠缺。一般說(shuō)來(lái),質(zhì)量欠缺又分為內部缺欠(如:裂紋、未焊透、縮松、氣孔等)和外部缺欠(如:壓痕過(guò)深、焊點(diǎn)發(fā)黑、表面粘損、噴濺等)。對于以上質(zhì)量欠缺的主要影響因素有以下三點(diǎn)。
⑴工件及電極表面狀態(tài)的影響。
⑵點(diǎn)焊工藝參數:如焊接電流、焊接時(shí)間、焊接壓力、電極形狀及材料性能的影響。
⑶焊接過(guò)程中的分流的影響。焊接質(zhì)量改善措施
為了消除上述質(zhì)量欠缺,提高焊接質(zhì)量,我們在生產(chǎn)過(guò)程中通常采取以下措施。焊接前工件及電極表面清理
當焊接件表面有油污、水分、油漆、氧化膜或其他臟物時(shí),焊接時(shí)會(huì )造成工件表面電阻急劇增大,直接影響焊接質(zhì)量的穩定性。因此為保證焊接接頭質(zhì)量,焊接前必須對工件表面清理。清理方法分為機械清理和化學(xué)清理兩種。機械清理法有打磨、拋光、噴砂(丸)等,化學(xué)清理常用酸洗或其他化學(xué)藥品。這兩種清理方法的選擇一般根據焊接工件材料、供貨狀態(tài)、結構、批量和質(zhì)量要求等因素來(lái)選定。
⑴鋼鐵材料。
對于低碳鋼和低合金冷軋板鋼板,一般其供貨狀態(tài)表面涂油,若表面無(wú)其他臟物時(shí),焊接時(shí)在電極壓力的作用下,油膜很容易被擠開(kāi),不影響焊接接頭質(zhì)量,因此可以不用清理。而對于未經(jīng)酸洗的熱軋鋼板,因其表面有一層氧化皮,焊前必須用噴砂(丸)或化學(xué)腐蝕的方法將其清理干凈。對于有鍍層的鋼板,一般不需特殊清理就可以焊接,例如鍍鋅,但是鍍鋁鋼板必須用鋼絲刷或化學(xué)腐蝕清理干凈。對于不銹鋼、高合金鋼來(lái)說(shuō),焊接工件表面必須高度清潔,必須拋光、噴丸或化學(xué)方法清理干凈。
⑵非鋼鐵材料。
對于鋁及其合金材料表面有一層鋁氧化膜,大大增加工件表面電阻,影響焊接接頭質(zhì)量,因此要求必須清理干凈。一般鋁氧化膜主要用化學(xué)方法清除,也可用機械法清理。由于鋁在空氣中容易被氧化,因此清理后要盡快焊接。通?;瘜W(xué)清理后必須在72小時(shí)內焊接,機械清理后必須2~3小時(shí)內焊接。鎂合金和銅合金一般用化學(xué)方法清理。
電極表面狀態(tài)也直接影響著(zhù)焊接接頭強度,電極端部在焊接過(guò)程中容易粘結焊接材料,使接觸電阻增大,焊點(diǎn)強度下降。因此焊接前和焊接過(guò)程中一定要用砂紙等打磨拋光電極端部,保持電極端部清潔。焊接工藝參數
電阻點(diǎn)焊的工藝參數主要有焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力和電極工作面尺寸。它們之間密切相關(guān),而且可以在比較大的范圍內調節控制焊點(diǎn)質(zhì)量。
⑴焊接電流。
焊接電流是影響焊接接頭質(zhì)量的主要因素。隨著(zhù)焊接電流增大,焊接產(chǎn)生的熱量增大,從而焊接接頭的熔核尺寸和熔透率增加。當焊接電流太小低于下限值時(shí),熱量過(guò)少,不能形成熔核。當電流過(guò)大高于上限值時(shí),熱量過(guò)大,會(huì )產(chǎn)生飛濺或熔透。工件的電阻點(diǎn)焊電流上下限值并不是固定不變的,它會(huì )隨著(zhù)其他焊接參數變化而變化。例如當電極壓力增大時(shí),電流的上限值也會(huì )增大。
⑵焊接時(shí)間。
焊接時(shí)間對焊接接頭熔核尺寸的影響,與焊接電流的影響基本相似。焊接時(shí)間增加,熔核尺寸隨之擴大。但是過(guò)長(cháng)的焊接時(shí)間會(huì )引起焊接區域過(guò)熱、飛濺和搭邊壓潰。
⑶電極壓力。
電極壓力對焊點(diǎn)有兩重作用。它既影響焊點(diǎn)的接地電阻,即影響熱源的強度和分布;又影響電極散熱效果和焊接區塑性變形及熔核的致密程度。增大電極壓力,接觸電阻減小,散熱加強,因而焊點(diǎn)總熱量減小,熔核尺寸減小,熔透率降低,過(guò)大甚至造成沒(méi)焊透。若電極壓力過(guò)小,則工件板間接觸電阻大而不穩定,甚至出現飛濺和燒穿。電極壓力對焊接區金屬塑性環(huán)的形成和消除焊點(diǎn)內外缺陷及改善組織起著(zhù)很大作用。隨著(zhù)電極壓力的增大,焊點(diǎn)強度降低。因此在增大電極壓力的同時(shí),增大焊接電流或焊接時(shí)間,以彌補電阻減小的影響,可以保持焊點(diǎn)強度不變。
⑷電極工作面的形狀和尺寸。
電極端面和電極本體的結構形狀、尺寸及其冷卻條件影響熔核尺寸和焊點(diǎn)強度。對于常用的圓錐形電極,其電極體越大,電極頭的圓錐角越大,則散熱越好。但是角度越大,端部磨損后,電極工作面直徑越大,接觸面積增大,焊點(diǎn)強度降低。為提高焊點(diǎn)穩定性,要求焊接過(guò)程電極直徑盡可能變化小。因此角度一般在90°~140°。對于球面形電極,因頭部體積大,與焊接工件接觸面擴大,電流密度降低,散熱能力加強,引起熔透率降低和熔核直徑減小。但焊件表面壓痕淺,且圓滑過(guò)渡,不會(huì )引起應力集中。而且焊接區電流密度和電極壓力分布均勻,焊點(diǎn)質(zhì)量保持穩定。因此對于熱導率低的金屬,如不銹鋼,推薦采用球面或弧面形電極。
在點(diǎn)焊過(guò)程中,以上各工藝參數并非孤立,而是彼此相互制約。其中增加焊接電流或焊接時(shí)間,都會(huì )使熔核尺寸和焊透率增大,提高焊點(diǎn)強度。如果對這兩個(gè)參數進(jìn)行不同的調節,則會(huì )得出加熱速度不同的兩種焊接條件,即強條件(又叫硬規范)和弱條件(又叫軟規范)。強規范是焊接電流大,焊接時(shí)間短。其效果是加熱速度快,焊接區溫度分布陡,加熱區窄,接頭表面質(zhì)量好,綜合性能好,生產(chǎn)率高。弱條件是焊接電流小,焊接時(shí)間長(cháng)。其效果是加熱速度慢,焊接區溫度分布平緩,塑性區寬,壓力作用下易變形。因此對變形困難或易淬火的材料,采用弱條件焊接是有利的。
點(diǎn)焊參數的選擇主要依據焊件的材料特點(diǎn)、產(chǎn)品結構特點(diǎn)和焊接設備特點(diǎn)。材料特點(diǎn)主要指材料的熱物理性能,如電導率、熱導率、熔點(diǎn)、高溫強度、硬度等。結構特點(diǎn)指板厚、搭接層數、點(diǎn)距、邊距等。設備特點(diǎn)主要指設備的機械特性和電氣特性。確定點(diǎn)焊參數的一般程序是:
第一步根據以上特點(diǎn)初選各參數,一般通過(guò)理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗數據相結合的方法來(lái)確定;
第二步是現場(chǎng)工藝試驗進(jìn)行調試并修正,最后確定最佳工藝參數。任何初選的工藝參數都必須經(jīng)過(guò)現場(chǎng)工藝進(jìn)行檢驗,達不到技術(shù)要求的必須進(jìn)行調整和修正。
我公司根據產(chǎn)品材料和板厚制定的點(diǎn)焊參數表詳見(jiàn)表1。減小焊接過(guò)程中分流的影響
焊接時(shí)不經(jīng)過(guò)焊件焊接區,而經(jīng)過(guò)其他部分的電流為分流。同一焊件上已焊接點(diǎn)對正在焊接的點(diǎn)就構成分流,焊接區外焊接件間的接觸點(diǎn)也能引起分流。分流引起焊接區有效電流降低,熱量減少而引起熔核尺寸減小,導致焊點(diǎn)強度下降。因此提高焊接質(zhì)量,我們要盡可能減小分流。減小分流的常用措施有:
表1 電焊參數表
⑴選擇合適的點(diǎn)距。材料的電阻越小,板厚越厚,層數越多,則分流越大,所允許的最小間距也應增大。
⑵焊接前清理焊件焊接區。表面的氧化物、油污會(huì )使焊接區電阻增大,使分流增大。
⑶提高裝配質(zhì)量,使焊接區接觸良好。待焊接處裝配間隙增大,增大電阻,分流增大。
⑷適當增大焊接電流,以補償分流的影響。由于結構設計需要,分流不可避免,因此適當提高焊接電流,可以補償分流的損失。
⑸其他特殊措施,對于有些開(kāi)敞焊件,可以采用特殊專(zhuān)用電極和電極握桿。對于不同厚度的板材焊接時(shí),我們可以在較厚板材那一側采用大面平板電極,增大焊接區接觸面積,減小分流。如圖2所示,下電極設計采用較大面積電極,大大降低分流,取得較好點(diǎn)焊質(zhì)量。電阻點(diǎn)焊應用
目前我公司有6臺電阻點(diǎn)焊設備,生產(chǎn)產(chǎn)品中也大量采用電阻點(diǎn)焊工藝,其中焊接材料涉及碳鋼、鍍鋅板、鋁鋅版、不銹鋼、鋁合金等。根據以上電阻點(diǎn)焊工藝特點(diǎn),我們一方面通過(guò)多年來(lái)的生產(chǎn)工藝實(shí)踐積累,制定了不同產(chǎn)品材料和板厚對應的點(diǎn)焊經(jīng)驗參數,并且在實(shí)際生產(chǎn)中不斷完善改進(jìn),定期工藝巡檢,發(fā)現問(wèn)題和解決問(wèn)題;另一方面加強了對焊接操作人員的培訓和考核,定期組織培訓和考核,只有考核合格才能取得上崗資質(zhì)。
通過(guò)以上工作,近幾年我公司焊接工藝水平、焊接質(zhì)量和焊接效率不斷提高,如公司機柜產(chǎn)品很多需要點(diǎn)焊加強筋,之前點(diǎn)焊質(zhì)量不穩定,而且點(diǎn)焊壓痕明顯,需要打磨磨平,產(chǎn)生大量的打磨浪費。通過(guò)對焊接工藝改善和人員定期培訓,點(diǎn)焊質(zhì)量逐漸有了明顯提升,同時(shí)將點(diǎn)焊壓痕取消打磨,從而生產(chǎn)效率得到大大提升,如圖3所示。
綜上所述,只有掌握電阻點(diǎn)焊的工藝技術(shù),結合設備、產(chǎn)品情況,在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷摸索和完善點(diǎn)焊工藝參數,并培訓相應的操作人員學(xué)會(huì )應用,才能將電阻點(diǎn)焊技術(shù)在生產(chǎn)中應用和不斷發(fā)展進(jìn)步,給公司不斷創(chuàng )造效益和利潤。