凸焊接頭性能的影響因素

沈陽華潤(rùn)三洋壓縮機(jī)有限公司 才坤

羅克韋爾自動(dòng)化有限公司 李光輝

沈陽華潤(rùn)三洋壓縮機(jī)有限公司 張執(zhí)

凸焊接頭性能的影響因素

沈陽華潤(rùn)三洋壓縮機(jī)有限公司 才坤

羅克韋爾自動(dòng)化有限公司 李光輝

沈陽華潤(rùn)三洋壓縮機(jī)有限公司 張執(zhí)

凸焊在焊接方法中屬于壓力焊中的電阻焊，是焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過凸點(diǎn)的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法。凸焊在我們公司中應(yīng)用也很多，接線端子、螺栓、底座、托架焊接都屬于凸焊。日常工作中，時(shí)常會(huì)發(fā)現(xiàn)有焊接強(qiáng)度不足、凸點(diǎn)移位、焊接飛濺較大等焊接缺陷，造成這些缺陷的原因是多方面的，下面就對(duì)凸焊接頭性能的影響因素作一個(gè)簡(jiǎn)單的分析。

一、凸焊的物理本質(zhì)

凸焊的物理本質(zhì)是利用焊接區(qū)金屬本身的電阻熱和大量塑性變形能量，使兩個(gè)分離表面的金屬原子之間接近到晶格距離形成金屬鍵，在結(jié)合面上產(chǎn)生足夠量的共同晶粒，而得到焊點(diǎn)。因此，適當(dāng)?shù)臒岷蜋C(jī)械作用是獲得凸焊優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的基本條件。

二、凸焊的工藝流程

在一般的凸焊焊接循環(huán)條件下，焊點(diǎn)的形成過程是由預(yù)壓、通電加熱和冷卻結(jié)晶3個(gè)連續(xù)階段所組成的。

1．預(yù)壓階段。在電極壓力作用下，凸點(diǎn)與被焊板材表面緊密貼合并產(chǎn)生變形。此階段的作用是清除一部分接觸表面的不平和氧化膜，形成物理接觸點(diǎn)，這就為以后焊接電流的順利通過及表面原子的鍵合做好準(zhǔn)備。

2．通電加熱階段。該階段的作用是在熱與機(jī)械力作用下形成塑性環(huán)、熔核并隨著通電加熱的進(jìn)行而長(zhǎng)大，直到獲得需要的熔核尺寸。

3．冷卻結(jié)晶階段。切斷焊接電流，熔核在壓力作用下開始冷卻。

三、凸焊工藝參數(shù)的選擇

從凸焊的工藝流程來看，凸焊的主要工藝參數(shù)是電極壓力、焊接電流和焊接時(shí)間。

1．電極壓力。凸焊的電極壓力取決于被焊金屬的性能、凸點(diǎn)的尺寸和凸點(diǎn)數(shù)量等。電極壓力應(yīng)足以在凸點(diǎn)達(dá)到焊接溫度時(shí)，將其完全壓潰，并使兩工件緊緊貼合。電極壓力過大會(huì)過早地壓潰凸點(diǎn)，失去凸點(diǎn)的作用，同時(shí)因電流密度減小而降低接頭強(qiáng)度，壓力過小將使通電前凸點(diǎn)預(yù)變形量太小，凸點(diǎn)貼合面電流密度顯著增大，造成嚴(yán)重飛濺，甚至燒穿焊件。因此凸焊機(jī)的隨動(dòng)性越高越好，提高隨動(dòng)性的方法主要是減小加壓系統(tǒng)可動(dòng)部分的質(zhì)量，以及在導(dǎo)向部分采用滾動(dòng)摩擦。

2．焊接電流。焊接電流是最重要的凸焊參數(shù)。對(duì)于給定的工件材料和凸點(diǎn)尺寸，焊接電流并非越大越好。此外，電流密度對(duì)加熱也有顯著影響。如果焊點(diǎn)出現(xiàn)分流、電極接觸面積增大等都會(huì)降低電流密度，從而使接頭強(qiáng)度顯著下降。

3．焊接時(shí)間。焊接時(shí)間由焊接電流和凸點(diǎn)剛度決定。與電極壓力和焊接電流相比，焊接時(shí)間是次要的，在確定合適的電極壓力和焊接電流后，再調(diào)節(jié)焊接時(shí)間以獲得滿意的焊點(diǎn)。如想縮短焊接時(shí)間，就要相應(yīng)增大焊接電流，但過分增大焊接電流可能引起金屬過熱和飛濺，通常凸焊的焊接時(shí)間比點(diǎn)焊長(zhǎng)，而電流比點(diǎn)焊小。

4．焊接電流與焊接時(shí)間的匹配。一般情況下，增加焊接電流或焊接時(shí)間都會(huì)增加焊接時(shí)的熱輸入量，從而有利于增加接頭的熔核尺寸。但過大的焊接電流或焊接時(shí)間會(huì)使凸點(diǎn)容易產(chǎn)生偏移，從而使強(qiáng)度降低。在焊接低碳鋼板材時(shí)，一般選用大焊接電流短焊接時(shí)間的硬規(guī)范。

5．焊接電流和電極壓力的匹配。這種匹配是以焊接過程中不產(chǎn)生飛濺為主要特征，一般認(rèn)為在增大電極壓力的同時(shí)適當(dāng)加大焊接電流以維持焊接區(qū)加熱程度不變。

四、凸點(diǎn)設(shè)計(jì)

凸點(diǎn)的作用是將電流和壓力局限在工件的特定位置上，其形狀和尺寸取決于應(yīng)用的場(chǎng)合和需要的焊點(diǎn)強(qiáng)度。通常情況下多采用圓球形凸點(diǎn)，多點(diǎn)凸焊時(shí)，凸點(diǎn)高度不一致將引起各點(diǎn)電流不平衡，使接頭強(qiáng)度不穩(wěn)定，一般凸點(diǎn)高度誤差應(yīng)不超過±0.10mm。

五、電極材料的選用和設(shè)計(jì)

凸焊機(jī)上的電極是凸焊機(jī)上的重要部件，在焊接過程中，電流和壓力都是通過它傳遞的其物理性能的好壞直接影響到焊接質(zhì)量的優(yōu)劣。所以在電極材料的選用上，一般選用高強(qiáng)度、高硬度的Cu-Cr-Zr合金電極材料或者Cu-Be-Ni合金電極材料。由于這兩種材料的電阻率ρ和熱導(dǎo)率ω比較偏高，所以在使用中，要采用強(qiáng)制水冷方式加以冷卻。

在電極的設(shè)計(jì)上，要根據(jù)加工工件的實(shí)際形狀來確定電極的形狀。既要有利于工件加工，又要有利于冷卻降溫，而且電極的接觸面必須足夠大，要超過全部凸點(diǎn)的邊界，超出量一般至少應(yīng)相當(dāng)于一個(gè)凸點(diǎn)直徑。

六、凸焊機(jī)的選用和維護(hù)保養(yǎng)

凸焊時(shí)，電極必須隨著凸點(diǎn)的被壓潰而迅速下降，否則會(huì)因?yàn)槭憾a(chǎn)生飛濺，所以應(yīng)采用電極隨動(dòng)性好的凸焊機(jī)。

為了防止凸點(diǎn)移位，除在保證正常熔核的條件下，選用較大的電極壓力，較小的焊接電流外，還應(yīng)盡可能地提高加壓系統(tǒng)的隨動(dòng)性。提高隨動(dòng)性的方法主要是減小加壓系統(tǒng)可動(dòng)部分的質(zhì)量，另外還可以采用彈簧和減少導(dǎo)軌阻力，使隨動(dòng)性獲得提高。

凸焊機(jī)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，對(duì)焊接質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。部分單位所用的凸焊機(jī)多為次級(jí)整流式凸焊機(jī)（這類焊機(jī)次級(jí)為直流回路，感抗可以忽略。當(dāng)輸出相同電流時(shí)，焊機(jī)的功率因素大大提高，可達(dá)到0.8～0.9。直流電流通過強(qiáng)磁性金屬，所產(chǎn)生的集束效應(yīng)使焊點(diǎn)成型好、穿透力強(qiáng)）主要包括機(jī)械部分（加壓機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、機(jī)身）和電氣部分（焊接回路、阻焊變壓器、主電力開關(guān)、功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備）。

在日常設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)過程中，機(jī)械部分中的加壓機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)，電氣部分中的焊接回路、阻焊變壓器都需要重點(diǎn)檢查和維護(hù)。