不銹鋼點焊工藝研究

楊雙波

摘要：通過不等厚不銹鋼鋼電阻點焊工藝研究，總結(jié)不等厚不銹鋼電阻點焊的工藝特性。研究了點焊工藝參數(shù)與06Cr19Ni10不銹鋼點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)，對焊接接頭的性能影響不同，焊接電流對0.5mm的不銹鋼影響不大；1.0和1.5mm時，隨著電流的增加，硬度減小，同時熔核與塑性環(huán)的差值比熔核與分界線的差值波動大，易在塑性環(huán)區(qū)斷裂。此外，焊接時間對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：TG44 文獻標識碼：A 文章編號：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最易產(chǎn)生的缺陷是燒穿，一旦燒穿則不能修補。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，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)，這時焊件會產(chǎn)生不均勻的應力和應變，當焊縫的縱向縮短對薄板邊緣的壓力超過一定數(shù)值時，就會產(chǎn)生較嚴重的波浪式變形，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問題是影響焊接接頭質(zhì)量的首要問題[2]。隨著對焊接接頭質(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，通過對于不等厚不銹鋼鋼電阻點焊工藝研究，總結(jié)不等厚不銹鋼電阻點焊的工藝特性，并獲得當前不等厚不銹鋼電阻點焊過程中經(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焊工藝改進參數(shù)。

1 不銹鋼點焊的試驗設(shè)計

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

1.1 點焊試驗內(nèi)容和方案

試驗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，采用點焊方法與不同工藝將母材焊在一起，再用撕裂試驗的所用力的大小來考察焊縫的強度。使用顯探頭對熔核和斷口形貌、缺陷進行觀察，做進一步的分析與評估焊縫的焊接質(zhì)量。基于各種詳細的分析對影響點焊接頭性能的主要因素進行研究，找出合理的點焊工藝。

1.2 檢測方案及設(shè)計

破壞性檢驗是擁有檢驗焊接參數(shù)的合理性，點焊焊點是通過撕破試驗實現(xiàn)。應用撕裂、剝離和扭轉(zhuǎn)等得出強度，塑性和韌性。用撕裂試驗來表征焊接接頭的力學性能的強度。

硬度試驗可以反映金屬材料在不同的化學成分、組織結(jié)構(gòu)及熱處理工藝條件下機械性能的差異。在本次研究中，通過硬度試驗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，以此來研究點焊接頭性能。試驗方法比較簡單，對試件的形狀及尺寸適應性較強，試驗效率高。

2 試驗結(jié)果分析

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

2.1 撕裂試驗結(jié)果

2.2 硬度試驗結(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，焊接接頭的強度也隨之增加，不容易撕裂。在焊接時間和焊接壓力為定值時，焊接電流對不同厚度的不銹鋼，影響不一樣。焊接0.5mm的不銹鋼時，電流的改變，力的波動不大，基本上對焊接接頭的影響不大；1.0和1.5mm時，隨著電流的增加，硬度減小，同時熔核與塑性環(huán)的差值比熔核與分界線的差值波動大，易在塑性環(huán)區(qū)斷裂。焊接0.5mm時，在0.7s內(nèi)，隨著焊接時間的增大，力也隨著增大，說明焊接接頭的強度隨著焊接時間的增長而加大。在過此時間值后，繼續(xù)延長焊接時間，接頭的強度變低，同時引起強烈的飛濺。此外，焊接時間對1.0的熔核硬度影響非常大，但對1.5mm的板對熔核硬度不大，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。不銹鋼的在進行焊點能夠剛剛形成時，由于熱輸入量不足造成，焊接電流偏小或者通電時間不足等情況出現(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，縮孔處得不到有效的擠壓從而形成氣孔。如圖1所示，1.5mm不銹鋼點焊時出現(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，焊接時間短形成0.8mm左右的氣孔。

由試驗結(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，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)的擴展速度造成的；還有是因為在電極壓力足夠的情況下，焊接時間較長，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，不銹鋼在點焊試驗中存在的大量的內(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。工件下料時在工件表面會殘留油污等雜質(zhì)會導致飛濺。在點焊前必須清除干凈，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，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

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

①在焊接時間和焊接壓力為定值時，焊接電流對不同厚度的不銹鋼，影響不一樣。焊接0.5mm的不銹鋼時，電流的改變，力的波動不大，基本上對焊接接頭的影響不大；1.0和1.5mm時，隨著電流的增加，硬度減小，同時熔核與塑性環(huán)的差值比熔核與分界線的差值波動大，易在塑性環(huán)區(qū)斷裂。②焊接0.5mm時，在0.7s內(nèi)，隨著焊接時間的增大，力也隨著增大，說明焊接接頭的強度隨著焊接時間的增長而加大。在過此時間值后，繼續(xù)延長焊接時間，接頭的強度變低，同時引起強烈的飛濺。此外，焊接時間對1.0的熔核硬度影響非常大，但對1.5mm的板對熔核硬度不大，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，通過多次點焊嘗試，找到一組組的焊接試驗參數(shù)，雖然該研究順利結(jié)束了，但也發(fā)現(xiàn)了一些問題，試圖在此次點焊的焊接試驗做出合理化建議，試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果總的來說可以達到預期的理想效果。

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

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