澳大利亞不銹鋼雙層客車項目點焊參數的技術研究

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春 130062

引言

點焊是電阻焊的一種,它是利用電流通過焊件時產生的電阻熱作為熱源來加熱焊件,使材料熔化并同時加壓的一種焊接方法。點焊的原理是點焊時,將焊件搭接裝配后,壓緊在兩圓柱形電極間,并通過很大的電流,使兩焊件接觸處加熱到熔化溫度,形成透鏡狀的液態熔池,斷電后,在壓力的作用下,凝固形成焊點。根據點焊適合不銹鋼薄板的大量的高效結合的特點,因此國際上不銹鋼城軌客車生產中廣泛應用點焊工藝。

隨著產品的發展,對點焊的工藝要求也在不斷地完善,使點焊在產品質量上得到提高,完善產品的整體質量。

1 點焊原理

點焊是利用電流通過焊件時產生的電阻熱作為熱源來加熱焊件,使材料熔化并同時加壓的一種焊接方法。點焊的原理是點焊時,將焊件搭接裝配后,壓緊在兩圓柱形電極間,并通過很大的電流,使兩焊件接觸處加熱到熔化溫度,形成透鏡狀的液態熔池,斷電后,在壓力的作用下,凝固形成焊點。

它的特點是：

1.自動焊接,只要輸入相應的焊接參數,就能自動進行一系列的焊接工序；

2.由于是在短時間內焊接,加熱區域僅限于焊接部位附近,所以被焊接材料的熱變形小；

3.不需要焊條和焊藥,不產生有害健康的紫外線以及弧光；

反之缺點是：

1.由于需要強大的焊接電流,焊接機及配電設備的電容量變大；

2.焊機的價格較高；

3.需要按照被焊接材料的材質和板厚分別選擇焊接電流、通電時間、加壓力、電極形狀等焊接條件；

4.由于是在被焊接材料的接觸面上接合,焊接質量容易受焊接材料表面狀態的影響；

5.不能從外觀上判斷接合狀態,沒有簡單的無損檢測方法；

由于具有上述各種特征,點焊方法適合于薄板的大量的高效的結合。

2 悉尼雙客項目點焊標準

在不銹鋼軌道客車生產中,點焊的應用非常多。目前,隨著產品的不斷更新,對點焊的工藝要求也在不斷地提高。不僅要求焊點達到一定的工藝強度,還要求焊點的外表成形美觀,使不加裝飾的產品表面不受點焊的影響。

澳大利亞不銹鋼雙層客車項目執行澳大利亞CPS00251點焊焊接標準。要求焊接可見材料(如消光處理材料)的電阻點焊的表面壓痕應被盡量減少(無須犧牲規定的焊接強度),這樣做的目的是使表面上的焊點接近于見不到。對金屬熔核尺寸要求在兩條直徑變成直角處所測量到的點焊的兩直徑之差不應超過10%。

通常情況下以及不在可見消光材料焊接遵守下列要求：

1.如果表面壓痕的深度超過0.10t或0.13mm,則是不允許的(此處t是壓痕外部構件的厚度)；

2.表面壓痕必須一致并且與電極頭外層的半徑相同,從半徑或邊緣凸出處必須無明顯的偏移；

3.焊接表面應當光滑、無裂縫,無頂端凸起,無凹陷及其他缺陷；

3 焊接參數選擇

在做點焊測驗確定焊接參數之前,我們先弄清楚點焊焊接缺陷及其產生的原因：

1.焊點表面顏色重,及頂端凸起。

原因：表面條件不好,電極冷卻或電極清洗不充分,焊接時間過長,施加在電極上的壓力不足。

2.內部與外部裂縫。

原因：表面條件不好,焊接電流過大,施加在電極上的壓力不充足,冷卻速度不適當以及電流的快速升高。

3.焊接飛濺。

原因：施加在電極上的壓力不足,焊接電流過大,電極輪廓不正確。

4.過度壓痕。

原因：施加在電極上的壓力過大,焊接飛濺,電極輪廓不正確,表面加熱過度,焊接電流過大。

5.過度的表面加熱。

原因：施加在電極上的壓力不足,焊接電流過大,焊接時間過長。

總結出產生缺陷的原因,就方便于焊接參數的確定。焊接參數主要包括：焊接電流、焊接時間、加壓力、電極形狀等焊接條件。

如果是焊接可見材料,經過試驗,如果在單側使用平電極,那么在這個電極一側的被焊接材料基本無壓痕,能夠得到光滑的焊點。

電極材料和電極形狀、尺寸確定后,接著選擇電極加壓。加壓的作用有兩個。一個是為了不發生表面飛濺和板間飛濺,從電極向板材提供電流。另一個是通電后,使熔融金屬邊加壓邊冷卻,從而減少熔融部位的內部缺陷。

選擇焊接時間

焊接時間過短會使焊件不能完全熔接,如果延長通電時間,不但熔核不會變大,而且壓痕深度和熱變形增加。從冶金學考慮,對材料還帶來不良影響,所以延長通電時間并不好。另外,即使從作業的時間和能源的角度考慮,延長通電時間也不好。

選擇焊接電流

最初設定較低的焊接電流,如果慢慢地提高焊接電流,最終就會產生板間飛濺,比發生該板間飛濺的電流值稍低的電流是最佳焊接電流值。

點焊是利用電阻發熱進行金屬焊接的。根據Q＝0.24I2RT,在降低壓力時電阻增大。通過調低壓力,隨之可以下調電流,使金屬熔核直徑縮小,壓痕減輕。但要保證無飛濺、縮孔等缺陷,焊點強度要達到工藝要求。

以2.0LT＋2.0MT為例,設定焊接參數,壓力7000N,電流8KA,焊接時間10CY,標準強度拉伸值18.25KN,試驗強度拉伸值20.75KN,上電極分別采用直徑￠16的球面電極和平面電極.

如果電極頭的前端面積改變,即使焊接電流一定,電流密度也發生變化,從而對焊接質量產生重大影響。在生產現場,經常看到用銼刀對電極頭進行整形的情況,應該絕對避免這種情況。

理想的電極頭的管理方法應該是預先通過預備試驗,求出標準打點次數(接合強度不低于規定的打點次數),達到這個打點次數后,就定期地更換新電極。使用過的電極頭回收后,通過機械加工進行整形(將其稱為集中研磨方法),可以使用下圖示出的電極頭砂輪修整機會非常方便。這種工具是切成與各種各樣的前端半徑相對應的槽,在其上面卷上180號左右的砂紙,用電極輕輕加壓,使工具水平研磨,最重要的是電極需要輕輕地加壓,如果強力加壓,砂紙就破碎了。還有就是現在設備上多數都帶有電極修磨具,自動修磨。

4 結論

結合以上分析,經過反復試驗及分析,確定了一套能夠滿足EDI項目點焊標準要求的焊接參數,達到了澳大利亞不銹鋼雙層客車項目的要求,保證了澳大利亞不銹鋼雙層客車項目的順利進展。