絲錐焊接工藝的改進

李曄維

（哈爾濱量具刃具集團有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

1 引言

我集團公司應(yīng)用焊接工藝的產(chǎn)品有鉆頭、絲錐、銑刀、螺紋塞規(guī)等。根據(jù)刃具使用的特殊性及其刃部參與切削、柄部用于夾持的特點，刃部通常采用高速鋼（W6Mo5Cr4V2），柄部采用普通碳素鋼對焊成一體。既使刃部提高了硬度，又節(jié)省了大量的高速鋼原材料，降低了產(chǎn)品的制造成本。

2 焊接工藝的選擇

筆者所工作的分廠有多臺小摩擦焊機、兩臺大摩擦焊機，全部是公司自制設(shè)備，自安裝以來，一直都是焊接鉆頭類產(chǎn)品，但是近年來，由于集團公司調(diào)整安排，將原絲錐分廠合并回歸總公司。多年來絲錐、銑刀類產(chǎn)品都是由閃光焊接機焊接，而閃光焊接又有許多缺陷：（1）閃光焊的對焊加熱是由電流通過觸頭產(chǎn)生電阻熱所構(gòu)成的瞬時熱源實現(xiàn)的。截面加熱有時不均勻，出現(xiàn)砂眼，使接頭質(zhì)量不穩(wěn)定。（2）頂鍛壓力不穩(wěn)定（手動），使焊口處熔融金屬難以封閉，形成薄弱部位，降低了絲錐焊接處的承載能力，產(chǎn)品在使用過程中易斷裂。（3）焊接的截面越大，則電阻預(yù)熱閃光焊所需設(shè)備功率越高，使焊機更大更笨。（4）閃光焊容易使焊接接頭基本金屬產(chǎn)生過熱，甚至過燒，焊合區(qū)脫碳嚴重，嚴重損傷焊接接頭的強度、塑性和韌性。（5）有爆花現(xiàn)象，工作環(huán)境惡劣，易燙傷操作者。（6）閃光焊接本身存在著氣孔、夾渣、封閉不良等未焊透缺陷。（7）閃光焊耗電量大、金屬燒損量大，且焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。

因此，閃光焊接工藝異常和焊接組織不良是造成斷裂的主要原因，致使絲錐產(chǎn)品廢品率居高不下。

閃光焊接工藝流程為：預(yù)熱→接通電源→閃光過程→頂鍛→保壓。

摩擦焊接是一種固態(tài)焊接方法，即通過機械摩擦旋轉(zhuǎn)運動及施加載荷，使兩個表面之間產(chǎn)生熱量，然后利用熱量使材料互相連接，這種焊接的質(zhì)量和鍛造出的一樣，這種焊接方法不需要填充金屬、焊劑和保護氣體。

摩擦焊接具有加熱時間短，焊接熱影響區(qū)狹小，焊接加壓頂鍛能擠出焊縫中的有害夾雜物微粒，能使焊接質(zhì)量大大提高，避免了閃光焊等焊接方法產(chǎn)生的各種焊接缺陷，摩擦焊以優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、環(huán)保的優(yōu)勢成為目前我國焊接的關(guān)鍵技術(shù)之一。

因此公司決定采用摩擦焊焊接絲錐、銑刀類產(chǎn)品。摩擦焊接的工藝流程為：摩擦→頂鍛→保壓。

3 焊接質(zhì)量事故及解決方案

3.1 質(zhì)量事故原因分析

首先，我們改造了原有小摩擦焊機的裝夾系統(tǒng)，使之能夠牢固地夾緊工件，經(jīng)過改造后能夠進行焊接加工。但在初期，由于未能有效地控制焊接質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)過兩次大批量的質(zhì)量事故。據(jù)統(tǒng)計，兩批M14、M16 絲錐的焊接廢品率為9.1%，廢品數(shù)量高達33940個。針對M14、M16 絲錐的斷裂問題，通過多年的實踐經(jīng)驗和理論相結(jié)合，我們對斷裂的原因進行了總結(jié)分析。M14、M16絲錐加工流程如圖1 所示。

圖1 M14、M16 絲錐加工流程圖

針對以上各個工序，我們對摩擦焊接工序進行了分析，如圖2 所示。

圖2

通過以上各方面可能存在的重要問題，查找原因，找出對策。

3.2 改造皮帶輪，提高摩擦焊機的主軸轉(zhuǎn)速

摩擦焊機的轉(zhuǎn)速是焊接工藝要求的主要參數(shù)之一。由線速度公式：V=πDn/60000 可知，工件焊接時其最大外輪廓的線速度與焊接機床的主軸轉(zhuǎn)速n 以及被焊接工件的直徑D 成正比例關(guān)系。當(dāng)被焊接工件規(guī)格確定后，只有焊接機床的主軸轉(zhuǎn)速為變量參數(shù)。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速過低時，工件摩擦線速度低，摩擦不充分，否則增加摩擦?xí)r間，生產(chǎn)效率低。主軸轉(zhuǎn)速過高時，工件摩擦線速度高，工件邊緣和心部產(chǎn)生的熱量不一致，易斷裂。經(jīng)過反復(fù)測量，將皮帶輪的尺寸進行調(diào)整，使機床的主軸轉(zhuǎn)速由1300r/min 提高到1600r/min，使焊接工件的表面提高相對摩擦速度，提高了溫度，使工件的融合效果更好。

3.3 改造剎車系統(tǒng)，增加剎車強度

剎車系統(tǒng)可以在頂鍛瞬間讓主軸停止旋轉(zhuǎn)。焊接工件在高速頂鍛下融合更好，防止由于剎車不及時造成柄部、刃部接觸面有摩擦痕跡，使工件強度大幅度降低，造成斷裂，甚至批量廢品。

原剎車系統(tǒng)采用的是膠脂剎車片，而膠脂剎車片不耐磨、易損壞、剎車性能不穩(wěn)定，易產(chǎn)生批量廢品。改造后采用的是鋼質(zhì)組合剎車片，它具有耐磨性能好、剎車穩(wěn)定、不易損壞，保證工件質(zhì)量，減少維修次數(shù)，提高了機床的利用率。

通過現(xiàn)場測定，每臺焊機的實際轉(zhuǎn)速均達到了要求，經(jīng)過最終確定由591-1、591-2、591-3 這三臺焊機為焊接M14、M16 絲錐機床。

3.4 焊接工藝改進

摩擦焊接工藝就是要確定合理的工藝參數(shù)，各項參數(shù)的合理選擇有利于焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高。

工藝員編制摩擦焊接操作指導(dǎo)卡及其工藝參數(shù)（摩擦焊機轉(zhuǎn)速、摩擦?xí)r間、摩擦壓力、頂鍛時間、頂鍛壓力及變形量）。

操作指導(dǎo)內(nèi)容為：（1）工藝參數(shù)、工藝要求，要按4G1-25 嚴格執(zhí)行。（2）長度、錯位、卷邊形態(tài)的檢查方法，按摩擦焊接質(zhì)量檢查說明書檢查。（3）斷口形態(tài)檢查：每班首件必須進行壓斷檢查，看斷口是否有摩擦痕跡，如有摩擦痕跡，檢查員應(yīng)立即通知操作者停機，通知調(diào)整工調(diào)整機床，直到消除摩擦痕跡為止。除首件檢查外在焊接過程中，每500 件進行一次斷口形態(tài)檢查，抽檢1～2 件，同時在保溫桶中用石棉氈進行隔離，以上檢查由檢查員抽樣、檢查，調(diào)整工壓斷。檢查員記錄并保存式樣，式樣保存期為一個月。（4）如斷口檢查發(fā)現(xiàn)不合格時，需對這批存在不合格的工件單獨標識。在轉(zhuǎn)序前，由車間對該批工件100%檢查后方可轉(zhuǎn)序。

表1 摩擦焊接參數(shù)表

經(jīng)過以上幾方面的調(diào)整，選擇了一臺591-3 焊機進行小批量實驗。經(jīng)過實驗對比，調(diào)整后機床的穩(wěn)定性提高，焊接質(zhì)量也有了明顯提高，焊接廢品率能降到0.3%以下。

這次小批量實驗的成功，堅定了我們的信心，我們用其它焊機開始進行大批量的生產(chǎn)加工，591-1、591-2 焊機陸續(xù)投入生產(chǎn)，都取得了滿意效果。

通過大批量生產(chǎn)進行驗證，效果如表2 所示。

表2

4 結(jié)語

絲錐焊接工藝改進后，摩擦焊接頭的強度、塑性遠遠高于閃光焊的力學(xué)性能且性能穩(wěn)定可靠。摩擦焊接電能消耗為閃光焊的1/3，生產(chǎn)效率提高2 倍。焊接廢品大幅降低，由原來8%～4%，降到0.5%～0.3%，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了產(chǎn)品成本，銷售量也比原來增加了36%。

這次改進絲錐焊接工藝，使我集團公司被評為2004年度全國機械工業(yè)優(yōu)秀QC 成果一等獎。