德龍金屬高頂工裝無痕電極修補(bǔ)焊接工藝初探

牛黎平，邢俊舟

（陜西重型汽車有限公司車身廠，陜西 西安 710200）

前言

重型汽車駕駛室是重型汽車很重要的組成部分，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，客戶對駕駛室造型、性能不斷提高，對汽車最初的功能性需求逐漸向商品化的需求轉(zhuǎn)變。駕駛室的生產(chǎn)工藝水平對產(chǎn)品的質(zhì)量和用戶的接受度起著關(guān)鍵作用。焊接工藝作為駕駛室乃至整車有著極其重要的作用。本文對駕駛室高頂夾具的無痕焊電極修補(bǔ)焊接工藝進(jìn)行探索，形成了電極修補(bǔ)工藝方法。

1 駕駛室高頂頂蓋焊接

德龍駕駛室高頂結(jié)構(gòu)如圖1、2所示，主要由骨架總成、下部過度頂蓋和外板組成。外板又分前、后、左、右和頂蓋上外板五個(gè)零件組成。

圖1

圖2

1.1 單面點(diǎn)焊

由于高頂駕駛室結(jié)構(gòu)以及焊接表面質(zhì)量要求，高頂駕駛室采用了單面點(diǎn)焊焊接方式和鉻鋯銅（CrZrCu）活動電極系統(tǒng)。其中鉻鋯銅電極按照設(shè)計(jì)要求鑲嵌在胎具上如圖3所示。

圖3

1.2 鉻鋯銅（CrZrCu）活動電極系統(tǒng)

鉻鋯銅(CuCrZr)是最常用的電阻焊電極材料，這是由它本身優(yōu)越的化學(xué)物理特性及良好的性價(jià)比所決定的。

1.2.1 鉻鋯銅電極的優(yōu)點(diǎn)

A.優(yōu)異的導(dǎo)電性 B.高溫機(jī)械功用 C.耐磨 D.較高的硬度和強(qiáng)度E.成本低F.適用于碳鋼板、不銹鋼板、鍍層板等材料的焊接。

如圖3所示的金屬高頂后背板總成與側(cè)板總成的焊裝，為了保證外表面質(zhì)量需采用鑲嵌（如圖 4）方式，對于特殊型面所要求的鉻鋯銅電極，設(shè)計(jì)特殊型面夾具鑲塊電極（如圖5），才能保證型面質(zhì)量要求。鑲嵌電極機(jī)構(gòu)安裝后，長時(shí)間使用電極表面出現(xiàn)磨損、凹凸不平等缺陷損壞時(shí)，更換電極比較困難，影響生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量。所以免更換，對電極進(jìn)行快速修復(fù)成為非常重要的方法。

圖4 鑲嵌可調(diào)式電極

圖5 特殊形狀鉻鋯銅電極

經(jīng)過實(shí)踐，采用鉻鋯銅電極修補(bǔ)焊接工藝可避免電極更換。本文旨在探討適用于車身廠金屬高頂鉻鋯銅活動電極的修補(bǔ)焊接工藝，以提供一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、簡易的電極的修補(bǔ)方法。

2 鉻鋯銅的焊接性

鉻鋯銅常溫下導(dǎo)熱率高，鉻鋯銅線膨脹系數(shù)和收縮率都很大，銅易氧化生成氧化亞銅，焊縫金屬結(jié)晶時(shí)，氧化亞銅與銅形成低熔點(diǎn)﹙1064℃﹚共晶體，有熱裂傾向，銅在液態(tài)時(shí)溶解大量的H離子，凝固后焊縫中易形成氫氣孔，在焊接過程中合金元素的損失，造成其機(jī)械性能降低，以上問題給鉻鋯銅的焊接造成很大的困難。

3 焊接設(shè)備選擇：選擇氧－乙炔火焰氣焊焊接設(shè)備

4 鉻鋯銅焊接修復(fù)工藝

4.1 焊前準(zhǔn)備

4.1.1 焊前清理

焊接前用拋光砂輪去除焊件表面氧化物，采用丙酮擦拭焊接破口部位，確保表面清潔。

4.1.2 焊絲選擇

為保證焊后的接頭組織性能達(dá)到工藝要求，焊絲必須選擇可獲得雙相組織的焊絲，可使得焊縫晶粒細(xì)化，共晶分散，且不連續(xù)。銅在焊接時(shí)易氧化，要選擇含有Mn、Si、P等脫氧元素的焊絲，因此選擇了SH201型焊絲。

圖6 SH201型焊絲照片

圖7 CJ301型溶劑照片

4.1.3 溶劑選擇

選用CJ301溶劑，焊接前在坡口及焊絲上涂覆助焊劑可在焊接過程中充分保證元素抗氧化能力，保證焊接質(zhì)量。

4.1.4 火焰性質(zhì)，焊炬和焊嘴的選擇

鉻鋯銅焊接采用中性焰焊接、預(yù)熱均采用如圖8所示的H01-12焊炬。預(yù)熱時(shí)用5號焊嘴，焊接時(shí)用3號焊嘴，如圖9所示。

圖9 3號及5號焊嘴型照片

圖8 H01-12焊炬照片

4.1.5 焊前預(yù)熱

為減少焊接缺陷，在焊接前進(jìn)行預(yù)熱，降低焊接內(nèi)應(yīng)力，以預(yù)防出現(xiàn)熱裂紋，氣孔，未焊透等缺陷。

4.2 焊接

對出現(xiàn)裂紋或者斷裂的電極焊接時(shí)選用對接接頭，坡口成形為V型；采用定位焊，接頭焊接時(shí)預(yù)留2-3mm間隙，在坡口內(nèi)間隙均勻涂覆溶劑，定位焊時(shí)火焰功率較正常焊接大約15%，并采用左焊法。對出現(xiàn)凹坑或者棱角塌陷的電極在待焊處同樣涂抹溶劑，也采用左焊法。

開始時(shí)焊嘴與電極板夾角為 80～90°，在待焊處加熱至銅液表面有氣體逸出，穩(wěn)定一段時(shí)間，待氣泡充分逸出，銅液發(fā)亮?xí)r，溶入焊絲。

由于鉻鋯銅焊接時(shí)氣孔出現(xiàn)的傾向比低碳鋼嚴(yán)重的多，所形成的氣孔幾乎分布在焊縫的各個(gè)部位。這是由于銅在液態(tài)時(shí)可溶解大量的H離子，凝固時(shí)H在銅中的溶解度極具下降，大量的H2向外逸出。銅導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接熔池凝固速度快，H2來不及逸出，在焊縫中形成氣孔。此外，熔池金屬氧化形成的氧化亞銅與熔池中H或CO形成下列化學(xué)反應(yīng)：

所生成的H2O和CO2在熔池凝固時(shí)來不及逸出，形成氣孔。因此焊接時(shí)須待熔池中氣泡充分逸出后，實(shí)施焊接。

焊嘴傾角邊為 60～70°，焊絲的加入要與焊炬的操作密切配合，并隨時(shí)用焊絲將熔池表面氧化亞銅焊渣剔除。為減少高溫下焊縫表面金屬氧化，焊絲端部應(yīng)避免與焰芯接觸，焰芯距離電極表面3～7mm，焊接結(jié)束時(shí)，焊炬應(yīng)緩慢離開熔池，使焊縫緩慢冷卻，防止冷卻過快而產(chǎn)生氣孔，裂紋等缺陷。

4.3 焊后處理

4.3.1 焊后用平錘錘擊焊縫，去除焊接殘余應(yīng)力

焊后錘擊焊縫至焊縫充分凝固，細(xì)化晶粒是共晶狀態(tài)趨向彌散化，提高接頭焊接性能。并在3-6小時(shí)之內(nèi)，清除焊縫表面及附近熔渣，溶劑。保持焊縫表面清潔，提高接頭耐蝕性。

4.3.2 熱處理

由于鉻鋯銅在溫度上升至 550℃時(shí)軟化，硬度下降，因此，焊后將電極板加熱至950°，隨爐冷卻至500℃，再進(jìn)行水冷，其硬度可恢復(fù)至焊接前80%。由于鉻鋯銅的耐蝕性依靠Mn、Ni等元素的合金化獲得，焊接過程中合金元素不同程度的蒸發(fā)和氧化燒損使得接頭性能的耐蝕性下降，焊接應(yīng)力的存在使得對應(yīng)力腐蝕較為敏感的銅合金的焊接接頭性能過早的破壞。為盡量減弱熱效應(yīng)，焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，以便細(xì)化焊縫組織和改善塑性、韌性，提高耐蝕性能。

4.3.3 修整

按要求修磨鉻鋯銅電極，清除表面氧化層，使其滿足使用要求。

5 結(jié)論

在陜重汽德龍駕駛室金屬高頂焊接中，采用上述鉻鋯銅電極修補(bǔ)焊接工藝方法，既避免了鑲嵌式電極設(shè)計(jì)復(fù)雜、拆裝困難，影響生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品表面質(zhì)量、加工成本高的問題，又能夠保證金屬頂蓋活動電極鉻鋯銅的焊接強(qiáng)度和表面質(zhì)量要求，使其完全達(dá)到產(chǎn)品生產(chǎn)和質(zhì)量要求。并對類似鉻鋯銅焊接的工藝選擇具有一定的借鑒作用。

[1] 有色金屬及其熱處理.國防工業(yè)出版社出版.

[2] 孫景榮.實(shí)用焊接手冊.化學(xué)工業(yè)出版社出版.

[3] 榮敬俊.氣焊工.中國建筑工業(yè)出版社.

[4] 高級氣焊工技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社出版.