軋制純鉬桿焊接工藝研究

童治安，郭世貴

(自貢硬質合金有限責任公司，四川 成都 610100)

電阻焊在鎢鉬材料深加工領域較為常見，鎢鉬材料的焊接質量[1]嚴重影響連鍛、拉絲工序的產品質量及生產的有序進行。焊接質量不良會直接導致焊接區域斷裂，造成連鍛工序加工出現抵料和堵料的情況，給生產設備及正常生產帶來一系列不可控問題，不僅造成了原料浪費，也嚴重降低了生產效率。

目前某公司產品從旋鍛工序加工到細絲工序的焊點斷折率高達4%，一年總斷折數量約有4000個，因為斷絲每年需增加半個月的生產時間，再加上材料損耗每年直接經濟損失在20萬元以上。為了提高勞動生產效率和原材料成材率，通過提高材料的焊接質量降低斷折率將顯的尤為關鍵。本文重點研究了焊機預熱功率、預熱時間、電壓、沖程、鍛壓力、電極之間距離等主要參數對焊接質量的影響，為焊接方面的科技工作者提供試驗數據。

1 試驗方法

1.1 試驗設備

在實際生產過程中，不同類型的鎢鉬對焊機對焊接接頭質量的影響較大，本文的試驗設備采用深圳市駿騰發自動焊接裝備有限公司生產的多功能鎢鉬對焊機，設備主要參數為，電源(3P380V 50/60Hz 100kVA)，電容柜最大容量1400000Uf，最大充電電壓450V，焊接變壓器次調節級數3，額定負載持續率20%，焊接額定截面積27mm2～64mm2，圖1為多功能鎢鉬對焊機工作示意圖。

1.2 試驗材料

試驗材料選用某公司同批號同狀態的合格軋制六方型純鉬桿(外接圓直徑7.7mm±0.2mm)，其化學成分(質量分數，%)為，C≤0.01，N≤0.002，O≤0.007，Fe≤0.010，Ni≤0.005，Si≤0.010，Al≤0.002，Ca≤0.002，Mg≤0.002，Mo≥99.95。軋制工藝經過了嚴格控制，可以保證同批號的連軋六方型鉬桿性能穩定。試驗前對試驗鉬桿進行了室溫拉伸[2]，平均抗拉強度685MPa。

2 試驗內容及結果分析

2.1 對預熱功率、預熱時間、充電電壓進行正交試驗

為了研究參數變化對焊接過程的影響程度，采取固定其他焊接參數不變，對預熱功率、預熱時間、充電電壓等參數進行三因素三水平正交試驗，各因素水平取值見表1，焊接后的樣品在CMT4504型電子多功能試驗機設備上進行室溫拉伸測試，試驗結果見表2。

表1 焊接因素水平表

表2 Φ7.7mm鉬桿焊接參數及結果分析表(方案一)

通過極差數據分析，以上3個影響程度相差不大，三因素的影響都不顯著，理論上組合A2 B2 C3最好，但試驗中有兩個突出問題：(1)焊疤小和焊疤根部抗拉強度低；(2)且焊接過程中有時會有“放炮”狀異響。針對預熱時間(25ms～50ms)區間、預熱功(40%～80%)區間、充電電壓(250V～400V)區間做了多次正交試驗探索，最突出的問題仍然是焊疤小和焊疤強度低。由此可知，只變化以上3種參數，焊疤強度都未超過基體強度的35%。因此還需要研究其它能影響焊疤抗拉強度的參數，重點是電極之間的距離、鍛壓力和沖程。

2.2 對電極之間的距離、鍛壓力、沖程進行正交試驗

焊機其他參數固定不變，對電極之間的距離、鍛壓力、沖程等參數進行三因素三水平正交試驗，然后在同一設備上進行室溫拉伸測試。焊接樣件在同一設備上進行室溫拉伸測試,試驗結果見表3。

表3 Φ7.7mm鉬桿焊接參數及結果分析表(方案二)

通過極差數據分析，發現鍛壓力對焊疤的抗拉強度影響較顯著，沖程和電極之間的距離影響不顯著。試驗發現焊機在鍛壓力較小時，焊接過程中會發生閃光及熔融物飛濺現象[3]，鍛壓力較大時焊機多次“放炮”，確定了鍛壓力對焊疤抗拉強度影響較大。本方案基本上解決了焊疤小和焊疤抗拉強度低等兩個突出問題，在試驗范圍中最佳組合參數焊接的焊疤抗拉強度可以達到基體抗拉強度的60%左右，基本滿足焊接要求。但在工業化生產中，焊疤抗拉強度與基體抗拉強度相比，比較理想的比例應在75%以上，因此還需要在正交試驗的基礎上再優化參數組合。

2.3 優化參數組合試驗

對比正交探索試驗極差Rj值可以發現以上6類參數中，對焊疤抗拉強度值的大小影響較大的為鍛壓力、沖程、電極之間的距離；試驗基礎參數選為預熱功率70%、預熱時間28ms、充電電壓350V、鍛壓力0.12MPa、沖程14mm、電極之間的距離24mm；在保證焊接動作正常情況下，固定預熱功率、預熱時間、充電電壓等參數，只變化鍛壓力、沖程、電極之間的距離等3個參數，重點研究焊疤抗拉強度與鍛壓力、沖程、電極之間的距離單個參數之間的關系。

其它參數固定不變，焊疤抗拉強度與鍛壓力之間的關系如圖2所示，可以發現其他參數固定，鍛壓力在0.10MPa～0.35MPa時，焊疤抗拉強度隨鍛壓力的升高呈降低的趨勢。特別是鍛壓力在0.25MPa～0.35MPa時，焊疤抗拉強度都在260MPa以下，主要原因為焊疤在此區間又厚又小，焊縫區未完全焊透，存在夾渣、氣孔等明顯缺陷，焊接兩端面未完全熔合為一體，焊疤形狀異常情況如圖3(a)所示，圖3(b)為焊疤形狀正常情況。

圖2 焊疤抗拉強度與鍛壓力之間的關系Fig.2 Relationship between tensile strength of welding scar and forging pressure

圖3 不同類型的焊疤形狀Fig.3 Different types of welding scar shapes

鍛壓力在0.05MPa～0.10MPa時，焊疤抗拉強度隨著鍛壓力的減小急劇降低，焊疤形狀厚小，焊疤外邊緣有明顯燒蝕組織。同理也研究了焊疤強度與沖程之間的關系。其他參數固定不變，焊疤抗拉強度與沖程之間的關系如圖4所示，發現沖程≥15mm時，焊機都會出現“放炮”現象，導致焊疤抗拉強度低；沖程在11mm～14mm時，焊疤抗拉強度能穩定在400MPa～460MPa；沖程≤10mm，焊疤較厚小，導致抗拉強度低。

圖4 焊疤抗拉強度與沖程之間的關系Fig.4 Relationship between tensile strength and stroke of welding scar

其他參數固定不變，焊疤強度與電極之間距離的關系如圖5所示，發現在20mm～25mm區間，焊疤抗拉強度較高，呈上升趨勢；大于26mm時焊疤強度有所降低，主要原因為焊接端頭體積過大使焊疤形狀小，同時焊機也容易出現“放炮”現象；在12mm～20mm區間，焊疤抗拉強度低，關鍵原因為焊疤附件組織過燒現象較明顯。

綜上所述，較適宜的焊接參數可以確定為預熱功率70%、預熱時間28ms、充電電壓350V、鍛壓力0.1MPa、 沖程14mm、 電極之間的距離25mm， 焊疤抗拉強度可達到基體強度80%以上，同時該參數已經在工業化生產中進行了批量驗證，Φ7.7mm產品加工到Φ0.24mm規格的焊點斷折率不到1%，完全能滿足生產要求。

圖5 焊疤抗拉強度與電極距離之間的關系Fig.5 Relationship between tensile strength of welding scar and electrode distance

3 結論

(1)對焊機的參數進行了正交試驗。發現了鍛壓力、沖程、電極之間的距離對焊疤抗拉強度影響較大；解決了焊疤小和焊疤抗拉強度低等兩個突出問題。

(2)確定了適宜的焊接工藝，其參數為，預熱功率70%、預熱時間28ms、充電電壓350V、鍛壓力0.1MPa、沖程14mm、電極之間的距離25mm。