不銹鋼點(diǎn)焊工藝研究

楊雙波

摘要：通過不等厚不銹鋼鋼電阻點(diǎn)焊工藝研究，總結(jié)不等厚不銹鋼電阻點(diǎn)焊的工藝特性。研究了點(diǎn)焊工藝參數(shù)與06Cr19Ni10不銹鋼點(diǎn)焊接頭性能的影響和接頭組織及焊接缺陷的分析。不同焊接參數(shù)，對(duì)焊接接頭的性能影響不同，焊接電流對(duì)0.5mm的不銹鋼影響不大；1.0和1.5mm時(shí)，隨著電流的增加，硬度減小，同時(shí)熔核與塑性環(huán)的差值比熔核與分界線的差值波動(dòng)大，易在塑性環(huán)區(qū)斷裂。此外，焊接時(shí)間對(duì)1.0的熔核硬度影響非常大，反之1.5的影響不大，并且，三者間的差值突變不劇烈，斷口是往往從熔核與塑性環(huán)處。點(diǎn)焊中，焊接缺欠與焊接工藝有著巨大的關(guān)系。

Abstract： Through the research on the resistance spot welding technology of stainless steel with different thickness， the characteristics of resistance spot welding technology of stainless steel with different thickness are summarized. The influence of spot welding technology parameters and the joint property of spot welding technology of 06Cr19Ni10 stainless steel are studied， the joint organization and welding defects are analyzed. The influence of different welding parameters on the performance of the welded joint is different， the impact of welding current on 0.5mm stainless steel is not big. When the stainless steel is 1.0mm and 1.5mm， with the increase of current， the hardness of it decreases， at the same time， the difference between nugget and plastic area is bigger than that between nugget and boundary， it is easy to fracture in the plastic area. In addition， the influence of welding time on the hardness of 1.0 nugget is very remarkable， whereas the influence of it on 1.5 is not remarkable， and the mutation among the three is not intense， fracture is often in nugget and plastic area. In spot welding， welding defect has a great relationship with welding technology.

關(guān)鍵詞：06Cr19Ni10不銹鋼；點(diǎn)焊工藝；接頭性能；焊接缺陷

Key words： 06Cr19Ni10 stainless steel；spot welding technology；joint property；weld defect

中圖分類號(hào)：TG44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）05-0150-04

0 引言

在不銹鋼的使用中，以薄板為主。但目前薄板不銹鋼的焊接工藝存在很多不完善的問題，關(guān)于不銹鋼薄板焊接時(shí)最易產(chǎn)生的缺陷是燒穿，一旦燒穿則不能修補(bǔ)。因此，燒穿控制是不銹鋼薄板焊接過程中的質(zhì)量關(guān)鍵。不銹鋼焊接時(shí)，工件的焊接變形也是不容忽視的問題，不銹鋼薄板拘束度較小，在焊接過程中受到局部的加熱、冷卻作用，形成了不均勻的加熱、冷卻狀態(tài)，這時(shí)焊件會(huì)產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力和應(yīng)變，當(dāng)焊縫的縱向縮短對(duì)薄板邊緣的壓力超過一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的波浪式變形，影響工件的外形美觀[1]。且，容易產(chǎn)生焊接接頭因受到雜質(zhì)的污染和合金元素的燒損而產(chǎn)生性能變化、焊接裂紋、氣孔等缺陷。不銹鋼焊接的氣體保護(hù)問題是影響焊接接頭質(zhì)量的首要問題[2]。隨著對(duì)焊接接頭質(zhì)量要求的不斷提高，新的焊接工藝方法和新的焊接技術(shù)越來越受重視。薄板不銹鋼在焊接或點(diǎn)焊中存在如此多的焊接缺陷，在焊接生產(chǎn)過程中帶來了許多問題。所以，通過對(duì)于不等厚不銹鋼鋼電阻點(diǎn)焊工藝研究，總結(jié)不等厚不銹鋼電阻點(diǎn)焊的工藝特性，并獲得當(dāng)前不等厚不銹鋼電阻點(diǎn)焊過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一些工藝缺陷問題，結(jié)合問題的出現(xiàn)，提出不等厚不銹鋼電阻點(diǎn)焊工藝改進(jìn)參數(shù)。

1 不銹鋼點(diǎn)焊的試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了總結(jié)出適合本課題中不同板厚的06Cr19Ni10不銹鋼焊接，直流點(diǎn)凸焊機(jī)D（T）Z-63不同焊接參數(shù)對(duì)其焊接性能的影響。根據(jù)現(xiàn)有的焊接條件、試驗(yàn)設(shè)備和檢測(cè)分析條件，聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際并節(jié)約成本，嘗試直流點(diǎn)凸焊機(jī)D（T）Z-63不同焊接參數(shù)對(duì)不同板厚的06Cr19Ni10不銹鋼進(jìn)行焊接。

1.1 點(diǎn)焊試驗(yàn)內(nèi)容和方案

試驗(yàn)的基本思路是將不同厚度的06Cr19Ni10不銹鋼做成一定形狀和大小的試樣，采用點(diǎn)焊方法與不同工藝將母材焊在一起，再用撕裂試驗(yàn)的所用力的大小來考察焊縫的強(qiáng)度。使用顯探頭對(duì)熔核和斷口形貌、缺陷進(jìn)行觀察，做進(jìn)一步的分析與評(píng)估焊縫的焊接質(zhì)量。基于各種詳細(xì)的分析對(duì)影響點(diǎn)焊接頭性能的主要因素進(jìn)行研究，找出合理的點(diǎn)焊工藝。

1.2 檢測(cè)方案及設(shè)計(jì)

破壞性檢驗(yàn)是擁有檢驗(yàn)焊接參數(shù)的合理性，點(diǎn)焊焊點(diǎn)是通過撕破試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用撕裂、剝離和扭轉(zhuǎn)等得出強(qiáng)度，塑性和韌性。用撕裂試驗(yàn)來表征焊接接頭的力學(xué)性能的強(qiáng)度。

硬度試驗(yàn)可以反映金屬材料在不同的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及熱處理工藝條件下機(jī)械性能的差異。在本次研究中，通過硬度試驗(yàn)來獲得材料在焊后塑性環(huán)、熔核和塑性環(huán)和母材相交的邊界線的硬度值，以此來研究點(diǎn)焊接頭性能。試驗(yàn)方法比較簡(jiǎn)單，對(duì)試件的形狀及尺寸適應(yīng)性較強(qiáng)，試驗(yàn)效率高。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

針對(duì)電阻點(diǎn)焊工藝過程的非線性及多變量耦合等不確定因素的特點(diǎn)，研究了點(diǎn)焊工藝參數(shù)電極壓力、焊接電流及焊接時(shí)間與06Cr19Ni10不銹鋼點(diǎn)焊接頭性能的影響。0.5mm的不銹鋼，以組為單位，分別對(duì)焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力與撕裂力矩進(jìn)行比較分析；同時(shí)，1.0和1.5mm的不銹鋼，以組為單位，分別對(duì)焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力與硬度進(jìn)行比較分析，試驗(yàn)參數(shù)如下：

2.1 撕裂試驗(yàn)結(jié)果

2.2 硬度試驗(yàn)結(jié)果

通過比較1.0mm和1.5mm不同厚度在不同的焊接工藝參數(shù)下焊點(diǎn)熔核、塑性環(huán)和邊界線的平均硬度值。隨著板厚的增加，焊點(diǎn)的硬度值也隨之增加。塑性環(huán)和邊界線的硬度值基本相近，焊接接頭的強(qiáng)度也隨之增加，不容易撕裂。在焊接時(shí)間和焊接壓力為定值時(shí)，焊接電流對(duì)不同厚度的不銹鋼，影響不一樣。焊接0.5mm的不銹鋼時(shí)，電流的改變，力的波動(dòng)不大，基本上對(duì)焊接接頭的影響不大；1.0和1.5mm時(shí)，隨著電流的增加，硬度減小，同時(shí)熔核與塑性環(huán)的差值比熔核與分界線的差值波動(dòng)大，易在塑性環(huán)區(qū)斷裂。焊接0.5mm時(shí)，在0.7s內(nèi)，隨著焊接時(shí)間的增大，力也隨著增大，說明焊接接頭的強(qiáng)度隨著焊接時(shí)間的增長而加大。在過此時(shí)間值后，繼續(xù)延長焊接時(shí)間，接頭的強(qiáng)度變低，同時(shí)引起強(qiáng)烈的飛濺。此外，焊接時(shí)間對(duì)1.0的熔核硬度影響非常大，但對(duì)1.5mm的板對(duì)熔核硬度不大，并且，三者間的差值突變不劇烈，斷口是往往從熔核與塑性環(huán)處。

3 點(diǎn)焊缺陷及其影響

焊接缺陷是在焊接生產(chǎn)中是不可避免的，在點(diǎn)焊焊接不銹鋼生產(chǎn)中也存在大量的缺陷，如：未熔合與未完全熔合，縮孔、裂紋，表面燒傷、燒穿和噴濺等等。

3.1 未熔合與未完全熔合

在焊接試驗(yàn)中，在研究包路線的過程中，未熔合、未焊透還是經(jīng)常存在。不銹鋼的在進(jìn)行焊點(diǎn)能夠剛剛形成時(shí)，由于熱輸入量不足造成，焊接電流偏小或者通電時(shí)間不足等情況出現(xiàn)的一種缺陷。

3.2 氣孔

不銹鋼材料為冷作硬化不銹鋼板，材料表面的硬度很高，收縮率很大，若電極壓力不足，焊核液態(tài)金屬由外向內(nèi)凝固時(shí)，縮孔處得不到有效的擠壓從而形成氣孔。如圖1所示，1.5mm不銹鋼點(diǎn)焊時(shí)出現(xiàn)了氣孔，左圖是由于電極壓力小出現(xiàn)大約1.5mm的氣孔、右圖是焊接壓力夠了，焊接時(shí)間短形成0.8mm左右的氣孔。

由試驗(yàn)結(jié)果和不銹鋼材料的物理性能得出，圖1中出現(xiàn)的氣孔有可能是電極壓力不足出現(xiàn)的缺陷。

3.3 表面燒傷、燒穿

焊接電流過大時(shí)，焊件接頭出現(xiàn)了不同程度的表面過燒，這有可能是電流密度過大，加熱速度大于塑性環(huán)的擴(kuò)展速度造成的；還有是因?yàn)樵陔姌O壓力足夠的情況下，焊接時(shí)間較長，致使組織出現(xiàn)這種現(xiàn)象。如圖2所示，1.5mm不銹鋼燒傷、壓垮了大約0.3mm，由此可得知，此次試驗(yàn)中，燒傷、壓垮可能是焊接能量過大或者電極壓力足夠大。

3.4 噴濺

這一次焊接試驗(yàn)中，噴濺出現(xiàn)的頻率是最大的，而且也非常明顯。如圖3和4所示，不銹鋼在點(diǎn)焊試驗(yàn)中存在的大量的內(nèi)部噴濺，形成了如圖所示的偽熔核。

由試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象可以說明，有可能產(chǎn)生噴濺的原因如下：

①焊接電流過大或電極壓力過小。

②工件表面清理不徹底。工件下料時(shí)在工件表面會(huì)殘留油污等雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致飛濺。在點(diǎn)焊前必須清除干凈，保證工件間、工件與電極接觸面清潔。在焊接過程中電極頭是紫銅，剛度不夠，質(zhì)軟，經(jīng)常粘電極，或者電極燒損不平整。

③由于熔核金屬的塑性變形范圍及變形程度不足，電極壓力較小時(shí)，焊件接頭也出現(xiàn)了外部飛濺。

4 研究結(jié)論及措施

4.1 結(jié)論

直流點(diǎn)凸焊機(jī)D（T）Z-63對(duì)不同焊接參數(shù)對(duì)不同板厚情況下的06Cr19Ni10不銹鋼進(jìn)行焊接，通過工藝、性能、硬度試驗(yàn)，通過性能試驗(yàn)測(cè)試焊接接頭的強(qiáng)度，設(shè)置工藝、性能各18組、硬度試驗(yàn)全套，分別在這幾組種式樣進(jìn)行物理性能、撕裂缺口和硬度的對(duì)照、比對(duì)分析，可得到如下結(jié)論：

①在焊接時(shí)間和焊接壓力為定值時(shí)，焊接電流對(duì)不同厚度的不銹鋼，影響不一樣。焊接0.5mm的不銹鋼時(shí)，電流的改變，力的波動(dòng)不大，基本上對(duì)焊接接頭的影響不大；1.0和1.5mm時(shí)，隨著電流的增加，硬度減小，同時(shí)熔核與塑性環(huán)的差值比熔核與分界線的差值波動(dòng)大，易在塑性環(huán)區(qū)斷裂。②焊接0.5mm時(shí)，在0.7s內(nèi)，隨著焊接時(shí)間的增大，力也隨著增大，說明焊接接頭的強(qiáng)度隨著焊接時(shí)間的增長而加大。在過此時(shí)間值后，繼續(xù)延長焊接時(shí)間，接頭的強(qiáng)度變低，同時(shí)引起強(qiáng)烈的飛濺。此外，焊接時(shí)間對(duì)1.0的熔核硬度影響非常大，但對(duì)1.5mm的板對(duì)熔核硬度不大，并且，三者間的差值突變不劇烈，斷口是往往從熔核與塑性環(huán)處。③點(diǎn)焊中，焊接缺欠與焊接工藝有著巨大的關(guān)系。

4.2 措施

在本次課題的研究中，通過多次點(diǎn)焊嘗試，找到一組組的焊接試驗(yàn)參數(shù)，雖然該研究順利結(jié)束了，但也發(fā)現(xiàn)了一些問題，試圖在此次點(diǎn)焊的焊接試驗(yàn)做出合理化建議，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果總的來說可以達(dá)到預(yù)期的理想效果。

①在充足的材料和時(shí)間的條件下，進(jìn)行正交試驗(yàn)，可以對(duì)焊接參數(shù)正確優(yōu)化。②如果有大功率的點(diǎn)焊設(shè)備，則可以進(jìn)行更多點(diǎn)焊參數(shù)的研究。③如果時(shí)間允許，對(duì)接頭金相再研究，使得試驗(yàn)更加完善。

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