薄板不銹鋼雙點凸焊

王家龍

摘? 要：近年來隨著電阻焊的使用在不斷增加，電阻焊在汽車車身和零部件的生產(chǎn)中的需求量很大，如液力變矩器葉片、傳動軸平衡塊、制動蹄、橫梁裝配等，在輕工、建筑、交通設(shè)備等行業(yè)也有很大的應(yīng)用。基于此，該文簡述了凸點電阻焊的原理和凸點電阻焊在不銹鋼薄板件上的應(yīng)用，以不銹鋼杯蓋為例，詳細述說從機器到模具及焊接參數(shù)、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計等焊接相關(guān)因素。

關(guān)鍵詞：薄板不銹鋼? 雙點? 凸焊

中圖分類號：TH162+.1 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（a）-0068-02

隨著生活水平的提高，日用品行業(yè)需要不斷提升，也越來越多使用電阻焊。由于電阻焊適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求，提高了產(chǎn)品的檔次和美觀性，代替電弧焊的趨勢也在明顯的增加。

1? 凸點電阻焊特點

電阻焊具有可靠性好、操作簡便、生產(chǎn)成本低、效率高、便于自動化生產(chǎn)等特點，由于加熱時間短，熱量集中，變形與應(yīng)力也小，焊后通常不需要熱處理工序，電阻焊主要有4種：點焊、縫焊、凸焊、對焊。凸焊通過電極對焊件加壓，在兩焊件接觸區(qū)域形成了閉合電路，這時有大量電流通過接觸部位，就會在焊件凸點和凸點附近區(qū)域產(chǎn)生電阻熱，凸點附近的金屬被加熱并獲得高的塑性，這時對焊件施加壓力，兩焊件便在接觸區(qū)域融合聯(lián)接成一體。焊接產(chǎn)生的熱量由下式?jīng)Q定Q=I2·R·t，式中：I為焊接電流（A）;R為電極間電阻（Ω）;t為焊接時間（s），導(dǎo)電性好、導(dǎo)熱性差的材料焊接性好，高溫屈服強度大、塑性溫度范圍小、對熱敏感的材料焊接性差，由于凸焊電流集中在凸點附近，避免了點焊時熔核偏移的缺點，因此可以焊接數(shù)倍厚度差的工件。

圖1為保溫杯蓋結(jié)構(gòu)，外蓋為SUS304不銹鋼拉伸件，要求與塑料蓋片緊配合，且無相對轉(zhuǎn)動，由于外蓋是外觀件，設(shè)計上避免使用沖凹與塑料蓋片組合，并且沖凹園角的存在，也不利于止轉(zhuǎn)效果的實現(xiàn)，實際生產(chǎn)中采用了沖制不銹鋼固定片（見圖2）與外蓋凸焊后再壓入塑料蓋片的工藝，而塑料蓋片與蓋本體為預(yù)先進行了超聲波焊接，凸點設(shè)置在不銹鋼固定片上，采用大平面電極，可以最大限度地減輕外蓋表面上的壓痕。為保證一定的凸焊強度，同時避免過大的焊點引起變形，采用了圖2示雙凸點結(jié)構(gòu)，并且雙凸點方向與受力方垂直，這樣避免不銹鋼固定片受到拋光和使用時，上下交替扭力的作用，而發(fā)生脫落，下面作為實例加以詳述。

2? 凸點電阻焊接機臺

電阻焊機由機座、電極及其加壓機構(gòu)、焊接回路和調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成，電極材料為高強度銅合金，因大功率焊接機產(chǎn)生的熱量高，需要進行通水冷卻電極;加壓機構(gòu)有手動（腳踏）、氣壓或液壓機構(gòu)，工作壓力越大，選用加壓方式也越靠后;焊件的焊接質(zhì)量要求越高，選用控制系統(tǒng)就越復(fù)雜。交流電源會用變壓器降壓、提高升電流。本圖例材料薄、焊接性好、凸焊點小，采用3kV安機臺，加壓機構(gòu)為腳踏，電極不需要通水冷卻。凸焊時，要求電極必須隨著凸點的被壓饋而快速移動，因為失壓容易引起焊渣飛濺，所以選用凸焊機的電極隨動性要好。

3? 凸點電阻焊模具

如圖3所示，模具采用電極和夾具一體式，模具中加工一道凹槽方便放入外蓋卷邊，同時定位外蓋。模具下方切除一塊，方便外蓋進入和焊接完成后取出。模具頂端加工凹槽，為放置不銹鋼固定片，凹槽深度既能固定不銹鋼固定片，也不能過深，避免電極壓外蓋致外蓋凹入，凹槽與不銹鋼固定片間隙建議0.2～0.3mm，凹槽位置必須保證居中，同時上電極壓力垂直作用于凸點中心，由于凹槽與不銹鋼固定片有壓力和電流通過，長期使用需要注意維護保養(yǎng)，以保證焊接質(zhì)量。

4? 凸點電阻焊主要參數(shù)

焊接電流：焊接電流的變化對焊接的影響最大，直接影響焊接強度的是電流密度，既通過單位面積的電流量，當電流一定時，凸焊焊點尺寸越小，電流密度越高，接頭焊接強度也越好;當凸點尺寸一定時，電流越大，擠出的金屬量越大，因此調(diào)節(jié)時電流從小開始，和點焊一樣，焊件的性能和厚度是影響焊接電流大小的主要因素，焊接性越好、材料越薄、焊點越少越小的，焊接電流也越小，不銹鋼的導(dǎo)電性差、電阻率高，因此，點焊時產(chǎn)熱容易而散熱難，建議使用較小的電流，本圖例焊接電流為2000A左右，實際調(diào)節(jié)以獲得最好的焊接效果為準。電極壓力：壓力的作用是在凸點達到焊接溫度時將凸點完全壓饋，同時保證兩工件緊密貼合形成熔焊。電極壓力過大會過早地壓饋凸點，失去凸焊的作用，降低焊接強度;壓力過小又會使電阻增大，產(chǎn)生熱量過多，引起嚴重飛濺，也會降低焊接強度。被焊件的性能、凸點的尺寸、數(shù)量等是影響電極壓力大小的主要因素，凸點尺寸越大、數(shù)量越多，壓力也越大，調(diào)節(jié)從小壓力開始，本圖例電極壓力為200N左右。焊接時間：當焊件材料一定時，焊接電流和凸點剛度決定焊接時間，焊接電流越小、凸點剛度越高，焊接時間則越長，一般凸焊的焊接時間比點焊長，在確定合適的電極壓力和焊接電流后再調(diào)節(jié)焊接時間，以獲得合適的焊點，在凸焊不銹鋼時，焊接時間的影響是次要的，本圖例焊接時間為4周。

5? 凸點電阻焊設(shè)計

奧氏體不銹鋼和低碳鋼都屬于凸焊性好的金屬材料，厚度0.5～4mm的板件比較適合凸焊。焊接板件越薄，對凸點設(shè)計要求也越高，因此厚度小的板件更易于采用點焊。凸點能夠?qū)㈦娏骱蛪毫τ行У毓潭ㄔ谝黄穑裹c的形狀和尺寸決定了焊點強度。對于同種材料的焊接，凸點建議設(shè)計在較厚的工件上，對于異種材料的焊接，凸點建議設(shè)計在電導(dǎo)率較高的工件上，表面質(zhì)量要求較高的工件不建議凸點的設(shè)計，凸點的數(shù)量必須足以承受設(shè)計載荷。凸點形狀建議為有剛度的圓錐型，這樣可以減少飛濺，對本圖例材料厚度0.5mm，屬于薄件焊接，園弧形表面受壓易變形，而焊后表面要求高，因此凸點直徑取小值：1mm左右，更大的凸點需要更大的電流和壓力，容易導(dǎo)致外蓋焊接變形。本圖例凸點高度取小值0.3mm左右， 對于多個凸點焊，凸點高度不一致會導(dǎo)致各點電流的不平衡，影響到接頭強度，本圖例要求凸點高度誤差范圍不超過0.1mm，對于厚料、大凸點，要求高度誤差范圍不超過0.2mm，這對沖制模具的精度提出了很高要求，沖頭模具需要定期進行維護和保養(yǎng)。凸點間距盡量取大值，過小間距容易出現(xiàn)熔核的位移現(xiàn)象，也會降低抗扭力的能力。

6? 注意事項

（1）機臺加壓機構(gòu)要求保證較高的隨動性，特別是對需要使用高電極壓力、高機械精度的大功率焊機。（2）工件凸點的尺寸（尤其是高度）必須保證較高精度公差，這樣才能保證均勻的電極力和焊接電流，從而保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定;電極與工件的對準度要好，電極的接觸面必須足夠大，要超過全部凸點的邊界。（3）干凈的表面能獲得較穩(wěn)定的質(zhì)量，必要時對工件進機械清理（拋光、噴砂、噴丸）或化學(xué)清理。對于馬氏體、鐵素體不銹鋼厚大板件焊接建議焊前對焊件進行預(yù)熱，和消除焊接應(yīng)力的焊后熱處理。（4）對焊接后不銹鋼固定片牢度檢查，用攝子夾住不銹鋼固定片左右轉(zhuǎn)動，不銹鋼固定片無松動，對于牢度要求高的產(chǎn)品，需制作專用的扭力板手做檢查。

7? 結(jié)語

合理的焊接結(jié)構(gòu)是不銹鋼凸焊成功的關(guān)鍵因素，機器的選擇、凸焊模具的設(shè)計、焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)也對焊接質(zhì)量起重要作用，合理配置相關(guān)的因素，才能制造出完美的不銹鋼焊接產(chǎn)品。作為一種清潔、環(huán)保、高效、精確，適合批量生產(chǎn)的焊接方式，不銹鋼凸焊的應(yīng)用范圍愈來愈廣泛，為適應(yīng)國內(nèi)外市場急速發(fā)展和激烈的競爭，還須加大力度研究開發(fā)數(shù)字焊機、數(shù)字化控制，發(fā)展成熟凸焊接技術(shù)，推動凸焊接技術(shù)自動化、智能化，推廣自動調(diào)節(jié)焊接參數(shù)的智能型逆變焊機，加快凸焊技術(shù)在國內(nèi)汽車制造業(yè)、家電制造行業(yè)、包裝業(yè)、電子行業(yè)等領(lǐng)域的進一步發(fā)展。

參考文獻

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