單面雙點(diǎn)和單面單點(diǎn)焊接形式對(duì)電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)強(qiáng)度的影響

康麗齊，張雪峰，王 濤，薛 濤，劉長(zhǎng)和，劉小鵬，王 香，孫 英，權(quán)亞莉

（中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，吉林長(zhǎng)春130062）

單面雙點(diǎn)和單面單點(diǎn)焊接形式對(duì)電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)強(qiáng)度的影響

康麗齊，張雪峰，王 濤，薛 濤，劉長(zhǎng)和，劉小鵬，王 香，孫 英，權(quán)亞莉

（中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，吉林長(zhǎng)春130062）

采用外界銅板作為導(dǎo)電體的點(diǎn)焊，有單面雙點(diǎn)和單面單點(diǎn)兩種形式。用一臺(tái)并列雙電極式加輔助電極形式的焊接設(shè)備焊接三種搭接接頭形式的試件，試件搭接方式分別是：薄板在鉻鋯銅平臺(tái)接觸，厚板在電極側(cè)，完成單面雙點(diǎn)和單面單點(diǎn)的焊接；厚板在鉻鋯銅平臺(tái)側(cè)，薄板在電極側(cè)，用單面雙點(diǎn)方式進(jìn)行焊接。焊接電流、壓力、時(shí)間相同的條件下，對(duì)三種形式的焊接試樣分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和金相試驗(yàn)，分析拉伸力、熔核中的氣孔尺寸和熔核尺寸，得出在表面不涂裝的不銹鋼車輛的側(cè)墻、端墻生產(chǎn)中的焊接影響因素。

單面雙點(diǎn)；單面單點(diǎn)；電阻點(diǎn)焊；焊點(diǎn)強(qiáng)度

0 前言

我國(guó)各城市的業(yè)主逐漸將不銹鋼材質(zhì)作為車輛優(yōu)先選用材質(zhì)，主要原因是不銹鋼材料在使用30年后還可再利用，并且輕量化的高強(qiáng)不銹鋼材料是車輛重點(diǎn)選用材料，在保證車輛強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，降低車輛質(zhì)量，車輛運(yùn)行時(shí)節(jié)約能源。采用電阻點(diǎn)焊工藝，焊接過(guò)程沒有煙塵，對(duì)環(huán)境的影響降至最低。

長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司從日本、韓國(guó)、德國(guó)引進(jìn)了各種形式的電阻點(diǎn)焊焊接設(shè)備，開發(fā)了軌道車輛的電阻點(diǎn)焊焊接工藝和配套焊接工裝，生產(chǎn)的A型、B型、C型等不銹鋼材質(zhì)的車輛均采用電阻點(diǎn)焊技術(shù)，車輛材料使用日本進(jìn)口的SUS301L系列不銹鋼。

1 材料選用和焊接技術(shù)

1.1 材料選用

選用JIS E 4049-1990標(biāo)準(zhǔn)中的SUS301L高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼，這種材料在調(diào)質(zhì)壓延過(guò)程中形成5種強(qiáng)度等級(jí)的材料，標(biāo)記分別是H、3/4H、1/2H、1/4H和-。5種材料的機(jī)械性能差別較大，H的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度最高，H和1/4H對(duì)應(yīng)鐵道車輛分別是HT和DLT，H和1/4H級(jí)不銹鋼機(jī)械性能如表1所示。根據(jù)產(chǎn)品端墻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，選用W型端墻補(bǔ)板和端墻墻板進(jìn)行電阻點(diǎn)焊。W補(bǔ)強(qiáng)板材料為厚度0.8mm的H材料，端墻板材料為厚度1.5mm的1/4H材料，采用0.8 mm H+1.5 mm 1/4H搭接方式。

表1 SUS301L-DLT和HT材料的機(jī)械性能[1]

1.2 設(shè)備特點(diǎn)和試樣焊接形式

點(diǎn)焊設(shè)備是雙腿龍門式，可以自動(dòng)離線和示教編程，設(shè)備圖片如圖1所示。設(shè)備并列主電極有2個(gè)，完成單面雙點(diǎn)焊接。主電極的正極和輔助電極可以完成單面單點(diǎn)焊接。電源為直流逆變電源，控制方式為直流逆變恒電流控制，恒電流精度不大于±3%；額定容量120 kVA，額定負(fù)載持續(xù)率大于等于20%；采用液壓方式加壓電極，電極壓力12kN；電極直徑φ19mm，有效長(zhǎng)度100 mm。電極輔助行程330 mm，工作行程75 mm。電極材料為鉻鋯銅；輔助電極行程100 mm，工作行程25 mm，輔助電極壓力5 kN。焊接時(shí)鉻鋯銅平臺(tái)作為導(dǎo)電體，工件放在鉻鋯銅平臺(tái)表面上。

圖1 點(diǎn)焊設(shè)備

焊接形式采用兩層板搭接，搭接方式有3種：（1）薄板與鉻鋯銅平臺(tái)接觸，厚板與電極接觸，采用單面雙點(diǎn)焊接，如圖2所示，兩個(gè)并列電極分別是正極和負(fù)極；（2）薄板與鉻鋯銅平臺(tái)接觸，厚板與電極接觸，采用單面單點(diǎn)焊接，并列電極中其中1個(gè)主電極是正極，輔助電極與鉻鋯銅平臺(tái)接觸，不接觸工件，起到負(fù)極作用，鉻鋯銅平臺(tái)起到導(dǎo)電作用，如圖3所示；（3）厚板放在鉻鋯銅平臺(tái)上，薄板放在厚板上，采用單面雙點(diǎn)焊接，如圖4所示。件1是0.8 mm HT材料，件2是1.5 mm DLT材料。

圖2 單面雙點(diǎn)焊接（厚板在上面）

圖3 單面單點(diǎn)焊接（厚板在上面）

圖4 單面雙點(diǎn)焊接（薄板在上面）

1.3 焊接要求和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

將被焊試件上的接觸面和非接觸面擦拭干凈，不允許有銹蝕和不導(dǎo)電的雜物。被焊件1和件2下料尺寸如圖5所示，焊接試樣夾在拉伸機(jī)上，上下夾頭間距離A=120 mm。三種形式試件的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是：金相試驗(yàn)中熔核直徑[2]符合BF級(jí)大于4.0 mm；拉伸試驗(yàn)中試樣的最小拉伸剪切載荷大于6.5 kN[3]；凹坑尺寸[2]小于母材的10%，最大不能超過(guò)15%，試樣的兩側(cè)均測(cè)量。檢驗(yàn)設(shè)備用凹坑檢測(cè)儀表，5 t拉伸機(jī)。

圖5 試片尺寸及搭接方式

1.4 試樣焊接和檢驗(yàn)

采用圖2～圖4三種搭接方式各焊接5組試樣，總計(jì)15組。焊接過(guò)程中有預(yù)熱和焊后冷卻要求，有爬坡電流和爬坡時(shí)間，點(diǎn)焊參數(shù)如表2所示。對(duì)所有焊接試樣進(jìn)行外觀檢測(cè)試驗(yàn)、目測(cè)是否有裂紋，再進(jìn)行凹坑檢測(cè)，試樣的兩側(cè)均測(cè)量。測(cè)量結(jié)果見表3，選4組試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、1組進(jìn)行金相試驗(yàn)。拉伸檢驗(yàn)結(jié)果見表3，金相試樣的編號(hào)分別為JX1、JX2、JX3，結(jié)果如圖6所示。

表2 焊接參數(shù)

表3 點(diǎn)焊試件凹痕深度和剪切力

圖6 宏觀金相

1.4.1 金相檢驗(yàn)

先對(duì)試樣進(jìn)行目測(cè)檢查，檢查焊核的形狀及表面缺陷。在沒有表面缺陷、焊核成型良好的狀態(tài)下，對(duì)試樣進(jìn)行加工，先將試件的橢圓型焊核中心位置垂直截?cái)啵貌煌６鹊纳凹堉鸺?jí)進(jìn)行初始磨制，最后用研磨機(jī)打磨，研磨后放入3%～4%硝酸中腐蝕，腐蝕后用溫水沖洗試樣，再用軟刷清理、吹干，在顯微鏡下觀察熔核直徑以及熔核中存在裂紋、氣孔等內(nèi)部缺陷的情況[2]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，JX1試件熔核直徑為5.50 mm[1]，JX2試件熔核直徑6.0 mm，JX3試件熔核直徑為5.7 mm，均無(wú)氣孔缺陷。

1.4.2 拉伸檢驗(yàn)

在溫度18℃～25℃的試驗(yàn)室里，將試樣夾持在試驗(yàn)機(jī)上，試樣軸線與試驗(yàn)機(jī)夾持中心重合，避免夾持傾斜，逐步增加拉伸力，直至試件拉斷為止，記錄試樣拉斷時(shí)的拉力如表3所示[4]。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

（1）凹坑深度試驗(yàn)數(shù)據(jù)。放置在鉻鋯銅平臺(tái)側(cè)的試件的點(diǎn)焊凹坑深度符合凹痕深度標(biāo)準(zhǔn)，滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，并且小于電極側(cè)試件的凹坑。

（2）焊核拉剪切力。拉剪力均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。圖3形式的單面單點(diǎn)的試驗(yàn)拉伸效果最佳；對(duì)均采用單面雙點(diǎn)焊接的試樣，厚板在上面搭接的剪切力試驗(yàn)結(jié)果較差。

（3）宏觀金相中的焊核直徑符合標(biāo)準(zhǔn)要求。圖3形式的單面單點(diǎn)完成的試件焊核直徑最大；采用單面雙點(diǎn)方式焊接的試樣，厚板在上面搭接的焊核直徑較小。

采用鉻鋯銅平臺(tái)作為導(dǎo)電方式的焊接，鉻鋯銅平臺(tái)本身會(huì)分走輸出焊接電流，按照?qǐng)D2搭接形式的并列雙電極點(diǎn)焊，輸出電流先從近路的走，即從厚板直接分出，這部分電流不能形成電阻熱，對(duì)實(shí)際焊接影響較大。采用圖3的單電極加輔助電極的點(diǎn)焊，形成電阻熱的電流好于圖2方式。

對(duì)采用圖4的薄板在上面雙電極的焊接形式，上層薄板工件分走的無(wú)效電流小于采用厚板在上面的單面雙點(diǎn)的焊接形式，焊接效果好于圖2形式。

3 結(jié)論

（1）在不銹鋼材質(zhì)車輛的電阻點(diǎn)焊中，側(cè)墻和端墻部件是外露面,不進(jìn)行油漆掩蓋缺陷。生產(chǎn)中使用鉻鋯銅平臺(tái)做焊接工裝和焊接導(dǎo)體，能實(shí)現(xiàn)外側(cè)面的點(diǎn)焊最小凹坑的要求，表面美觀，并且焊接設(shè)備能自動(dòng)編程實(shí)現(xiàn)焊接，各焊點(diǎn)直線度控制在0.3 mm范圍內(nèi)，是優(yōu)先的焊接方法。

（2）以鉻鋯銅平臺(tái)為焊接工裝和導(dǎo)電介質(zhì)的并列雙電極焊接，即單面雙點(diǎn)焊接，完成一個(gè)焊接動(dòng)作可以實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)焊接，焊接生產(chǎn)效率高，適合內(nèi)側(cè)補(bǔ)強(qiáng)板的厚度小的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。某公司生產(chǎn)北京5號(hào)線等城軌不銹鋼車輛均采用這種方式的焊接。

（3）以鉻鋯銅平臺(tái)為焊接工裝和導(dǎo)電介質(zhì)，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中內(nèi)側(cè)補(bǔ)板的厚度點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，采用單面單點(diǎn)加輔助電極形式的焊接，能達(dá)到焊點(diǎn)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。某公司為國(guó)外EDI公司生產(chǎn)的不銹鋼車輛，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)就是里側(cè)補(bǔ)厚度大于外側(cè)墻板，采用單面單點(diǎn)焊接，車輛靜強(qiáng)度試驗(yàn)符合要求，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)良好。

（4）采用以鉻鋯銅平臺(tái)為焊接工裝和導(dǎo)電介質(zhì)的焊接，焊接參數(shù)要比采用上下直桿式電極形式的適當(dāng)增大。

[1]康麗齊，于菲.電阻點(diǎn)焊電極頭形式對(duì)高強(qiáng)不銹鋼焊點(diǎn)強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究[J].工程機(jī)械，2014，45（2）：56-59.

[2]JISZ3139-1978，點(diǎn)焊接頭斷面試驗(yàn)方法（日本標(biāo)準(zhǔn)）[S].

[3]YC-IH2002，點(diǎn)焊作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（日本企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）[S].

[4]GB 2651-81，焊接接頭強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)方法[S].

Influence of welding of single side double point and single side single point on solder joint strength

KANG Liqi，ZHANG Xuefeng，WANG Tao，XUE Tao，LIU Changhe，LIU Xiaopeng，WANG Xiang，SUN Ying，QUAN Yali
（CRRC ChangChun Railway Vehicles Co.，Ltd.，Changchun 130062，China）

The use of external copper as the conductor of spot welding，there are two kinds of welding of single side double point and single side single point.Welding of three types of lap joints with a pair of parallel double electrode and auxiliary electrode welding equipment.The test method is the contact between the sheet and the platform of CrZrCu，thick plate on electrode side，complete single side double point welding and single side single point welding；thick plate on the platform of CrZrCu，thin plate on electrode side，single side double point welding.Welding current，pressure and time are the same，the tensile test and metallographic test of three kinds of welded samples are studied，The tensile force，the size of the pores in the nugget and the nugget size are analyzed.The factors affecting the welding of the side wall and the end wall of the stainless steel vehicle without surface coating are studied.

single side double point welding；single side single point welding；resistance spot welding；solder joint strength

TG453+.9

A

1001－2303（2017）05－0120-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.05.26

2016-11-19；

2017-04-29

康麗齊（1971—），女，教授級(jí)高工，學(xué)士，主要從事鐵路不銹鋼車輛、碳鋼車輛制造工藝的研究工作。E-mail：kangliqi@cccar.com.cn。

本文參考文獻(xiàn)引用格式：康麗齊，張雪峰，王濤，等.單面雙點(diǎn)和單面單點(diǎn)焊接形式對(duì)電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)強(qiáng)度的影響[J].電焊機(jī)，2017，47（05）：120-123.