鈑金零件焊接強(qiáng)度的研究

亓鵬遠(yuǎn) 楊宇

摘? 要：為了提升鈑金零件的綜合抗拉性能，同時(shí)也能提升其抵抗外界因素侵蝕的能力，需要由鈑金零件結(jié)構(gòu)入手，尋求一類最為科學(xué)合理的鈑金零件焊接模式。文章針對(duì)鈑金零件結(jié)構(gòu)層面的實(shí)際運(yùn)用，并對(duì)鈑金零件各類焊接方式產(chǎn)生的鈑金零件的不同構(gòu)造的特點(diǎn)實(shí)施了詳盡的闡述，同時(shí)對(duì)于鈑金零件的膠焊方式及激光焊方式的成品件的各項(xiàng)力學(xué)性能、焊接后的有關(guān)影響做出詳盡表述，對(duì)于焊接過程中焊縫的深度、寬度、外形尺寸實(shí)施了進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：鈑金零件;焊接;抗拉性能

中圖分類號(hào)：TG456.7? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）35-0075-02

Abstract： In order to improve the comprehensive tensile performance of sheet metal parts， but also improve its ability to resist the erosion of external factors， it is necessary to start with the structure of sheet metal parts to find the most scientific and reasonable welding mode of sheet metal parts. Aiming at the practical application of the structural level of sheet metal parts， this paper expounds in detail the characteristics of different structures of sheet metal parts produced by all kinds of welding methods of sheet metal parts. at the same time， the mechanical properties of the finished parts of sheet metal parts and laser welding and the relevant influence after welding are described in detail， and the depth， width and shape size of the weld in the welding process are further studied.

Keywords： sheet metal parts; welding; tensile properties

引言

伴隨著技術(shù)的快速進(jìn)步，各行各業(yè)中鈑金零件的使用愈來(lái)愈普遍。一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)針對(duì)鈑金零件的焊接性能也進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)及深入研究，一般來(lái)講，鈑金零件的焊接方法種類繁多，現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)使用比較普遍是電阻點(diǎn)焊的焊接方法，此類焊接方法相較其他工藝方法具有較多的優(yōu)點(diǎn)，例如質(zhì)量較輕，而且具有較好的穩(wěn)定性，并且相較其他焊接方式其焊后的強(qiáng)度比較高，不過位于焊縫接頭處通常會(huì)發(fā)生某些瑕疵，具體使用的時(shí)候也可能發(fā)生相關(guān)的某種質(zhì)量方面的問題。

1 鈑金零件焊接構(gòu)件實(shí)際使用情況

所謂焊接構(gòu)件即為應(yīng)用焊接的方式加工成型的金屬材質(zhì)的零件構(gòu)造。國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)，建筑用的鋼鐵桁架、廠礦使用的大體積的壓力容器的罐身、大型船舶本身或各類車輛的車身加工過程中，焊接構(gòu)件都在普遍應(yīng)用中。早期的很多設(shè)備的零部件屬于經(jīng)過整體鑄造、整體鍛造進(jìn)行加工成型的，如果使用焊接的加工工藝方法就可以最大限度地減少生產(chǎn)成本，同時(shí)也能大幅度簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程。

2 鈑金零件焊接構(gòu)件在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

焊接加工方法在一般工業(yè)加工制造方面的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的。

（1）大量節(jié)約金屬原材料。（2）鈑金零件焊縫的密合程度、防水性能獲得了顯著增強(qiáng)。（3）和其他的拼接部件的方式對(duì)比，成本上具有一定的優(yōu)勢(shì)。a.鈑金零件在拼接部位得到了重量方面的減輕。和鉚接連接的模式比較，焊接構(gòu)件的重量取得了一定程度的減輕。通常來(lái)講一個(gè)鉚釘?shù)闹亓考s為構(gòu)件總重量的（3.3～4.5）%，然而鈑金零件的焊接構(gòu)件能夠減少到構(gòu)件總重量的（1.2～2.5）%，如果和傳統(tǒng)的鑄造構(gòu)件相比較，焊接構(gòu)件的重量能到達(dá)輕輕（55～65）%的程度。b.從鈑金零件的構(gòu)造層面考慮，工件的某些截面面積都能夠得到充分的利用，最大限度地節(jié)約金屬原材料。c.從鈑金零件的構(gòu)件外部形狀上考慮使得相關(guān)原材料得到最大限度的合理化使用。

3 對(duì)鈑金零件的焊接方法的深入研究及相關(guān)的值得注意的問題

3.1 點(diǎn)焊加工成型工藝方案之中，以下問題需要特別注意

（1）粘接處的金屬材料不能對(duì)點(diǎn)焊膠有腐蝕性，材料和膠必須是兼容的狀態(tài)。（2）粘接膠必須是無(wú)毒無(wú)害的。（3）使用膠粘接點(diǎn)焊方式以前，鋁合金材質(zhì)能夠采用92℃陽(yáng)極氧化方法的預(yù)先填充加工處置。進(jìn)而即便溶液（酸性或者堿性）中對(duì)構(gòu)件的接頭實(shí)施點(diǎn)焊作業(yè)，也具有一定的穩(wěn)定性，因此在構(gòu)件材質(zhì)為鋼質(zhì)的材料時(shí)，最好實(shí)施適當(dāng)?shù)腻冧\、磷化或者表面氧化等一系列的金屬表面預(yù)先處理的工序。就可以最大限度地規(guī)避膠接點(diǎn)焊方案的焊接接處產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象[1]。（4）為確保生產(chǎn)商工期的可行性需要設(shè)定一定時(shí)間的活性期。（5）完成點(diǎn)焊操作的鈑金零件接頭處強(qiáng)度會(huì)比鈑金零件本身的強(qiáng)度稍微差一些。

3.2 點(diǎn)焊加工成型的工藝流程有一定的區(qū)別

常規(guī)來(lái)講，普通點(diǎn)焊、透過膠體的點(diǎn)焊、毛細(xì)效應(yīng)的點(diǎn)焊在膠焊加工成型的工藝流程上來(lái)講，存在一定的差異。在常規(guī)的點(diǎn)焊工藝程序里，焊接作業(yè)之前，僅僅需要簡(jiǎn)單地實(shí)施待焊接零件表面清潔工作就能夠直接進(jìn)入點(diǎn)焊程序。透過膠體的點(diǎn)焊工藝方法的整個(gè)流程包含首先實(shí)行待焊接零件的表面清洗流程，然后進(jìn)行注膠作業(yè)、預(yù)先固化過程、固化過程、點(diǎn)焊操作，一直到最后進(jìn)行零件表面清理的程序。毛細(xì)效應(yīng)的點(diǎn)焊膠焊工藝方法的整個(gè)流程同理也是首先實(shí)行待焊接零件的表面清洗流程，然后進(jìn)行注膠作業(yè)、預(yù)先固化過程、固化過程、點(diǎn)焊操作，一直到最后進(jìn)行零件表面清理的程序。

3.3 膠焊工藝方法的分類以及注意事項(xiàng)

在鈑金零件的膠焊工藝流程中，有很多要點(diǎn)必須特別關(guān)注：首先，必須將待焊接的零件表面實(shí)施徹底的清潔作業(yè)，即為進(jìn)行預(yù)處理工序。其次，透過膠體的點(diǎn)焊必須處在膠體還未凝固成型之前開始進(jìn)行點(diǎn)焊操作，并且挑選恰當(dāng)?shù)哪z黏劑。由于該焊接方式對(duì)膠黏劑的型號(hào)及特性要求相對(duì)較高，因此適當(dāng)?shù)哪z黏劑選取可以保證作業(yè)位置膠黏劑能夠順暢排出，膠黏劑的特點(diǎn)需要保證焊接過程中不易產(chǎn)生流膠，且膠黏劑本身需要具有一定程度的導(dǎo)電特性。而毛細(xì)效應(yīng)的膠焊，即為點(diǎn)焊操作以后把膠黏劑灌入接縫區(qū)的邊沿，這樣操作致使膠黏劑性能降低，由于有很多的毛細(xì)效應(yīng)能夠滲透至拼接縫，如此操作能使膠黏劑強(qiáng)度提升，使接縫處縫隙可以被膠黏劑完全填充。最后，要使膠焊工藝科學(xué)合理，即為合理把控膠黏劑的使用量。針對(duì)于點(diǎn)焊處膠黏劑層厚度層面上來(lái)講，點(diǎn)焊后的間隙≤0.85毫米，厚度≤0.55毫米[2]。

3.4 對(duì)于焊接性能的研究

（1）鋼質(zhì)零件的焊接最好不要使用膠焊工藝。假如針對(duì)焊接件的抵抗腐蝕的性能、抗震強(qiáng)度有相關(guān)規(guī)定。（2）對(duì)于鈑金零件的膠焊結(jié)果，透過膠體的點(diǎn)焊相對(duì)毛細(xì)作用膠焊品質(zhì)稍遜一籌。（3）無(wú)論鋼質(zhì)零件或鋁質(zhì)零件，在焊接操作后抗拉強(qiáng)度均有提高。

4 對(duì)于鈑金零件激光焊接方法研究

激光能量密度、焊接噴嘴移動(dòng)速率、聚焦量均為能夠制約鈑金零件激光焊接最終品質(zhì)。選取激光功率能量密度的原則為：確保待焊接材質(zhì)表層的焊接溫度，這樣就能夠保持在待焊接材料的熔點(diǎn)。假如焊接材質(zhì)熔化程度不足，就會(huì)發(fā)生無(wú)法焊透的問題。這種情況就是激光能量密度過小造成的。假如待焊接材質(zhì)表層溫度太高，焊接作用力和氣體作用力不匹配時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生氣孔及砂眼，這樣也會(huì)損害噴嘴接頭的功能，這就是激光能量密度過大的壞處。

4.1 激光焊接的形式和特點(diǎn)

激光焊接（見圖1）是一類焊接過程不穩(wěn)定的焊接模式，可歸結(jié)為熱量傳導(dǎo)焊接、深度熔化焊接。上述兩類是激光焊接的兩類主要形式，依據(jù)焊接規(guī)定，形成一種漸變區(qū)域。挑選焊接方式，根據(jù)焊接指標(biāo)選定焊接方式，進(jìn)而能夠行之有效的得到優(yōu)良的焊接效果。必須明確的是：激光能量密度、焊接噴嘴移動(dòng)速率、焦點(diǎn)方位。假如待焊接件的厚度很大，就是由于激光能量過大導(dǎo)致的熔化深度增加，進(jìn)而導(dǎo)致焊接件的美觀程度遭到破損，也可能出現(xiàn)氣孔及砂眼，這就是能量過高造成的。依據(jù)焊接激光能量加載的多少，焊接的速率就會(huì)遭受到阻礙。伴隨著激光能量的加大，焊接的速率出現(xiàn)降低，熔化深度、熔化寬度同時(shí)也由此產(chǎn)生變化，出現(xiàn)減小的趨勢(shì)，這種情況是因?yàn)榧す饽芰渴悄軌蜻M(jìn)行調(diào)控的。如果焊接速率過大將會(huì)導(dǎo)致熔化深度變小，不過同時(shí)在焊接的表層會(huì)造成焊珠出現(xiàn)。焦點(diǎn)的區(qū)域位于工件表層，激光焊接最大熔深指的是焦點(diǎn)處于工件表面下方尺寸。

4.2 制約激光焊接效果的因素

焊接噴嘴移動(dòng)速率、聚焦量這類因素均在鈑金零件的焊接進(jìn)程中對(duì)焊接品質(zhì)產(chǎn)生非常大的影響。在焊接噴嘴移動(dòng)速率中，要求大于光斑的65%。如果鈑金零件吸取了許多的激光的能量，導(dǎo)致焊縫無(wú)法合格，進(jìn)而使焊接強(qiáng)度下降。焊接噴嘴移動(dòng)速率太慢使焊接零件接頭強(qiáng)度下降。聚焦量又可歸類成正聚焦、負(fù)聚焦和零聚焦。在激光焊接過程中，假如過度用到正聚焦或負(fù)聚焦，導(dǎo)致光斑增大，進(jìn)而造成到激光能量發(fā)散，導(dǎo)致激光能量不足，產(chǎn)生焊件接頭無(wú)法焊透的狀況[3]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，焊接工藝方法的相關(guān)指標(biāo)通常用焊接熱輸入來(lái)評(píng)估焊接流程，這對(duì)鈑金零件熔化深度影響很明顯。激光焊接過程中，焊接方法的相關(guān)指標(biāo)不能由聚焦量、焦點(diǎn)位置針對(duì)焊接熔深帶來(lái)制約。然而對(duì)于焊接接頭作用影響明顯的就是激光能量密度、聚焦量、焊接噴嘴移動(dòng)速率。在焊接接頭熔化深度增加的時(shí)候，聚焦量及焊接噴嘴移動(dòng)速率的減低或熔化深度增加，上述情況均是由于在激光焊接中激光能量密度提升引起的。進(jìn)而得出如下結(jié)論，熔化深度的提升并不能夠增加接頭的強(qiáng)度，但是并不是正比關(guān)系。僅僅的提升能量密度或降低焊接噴嘴移動(dòng)速率、聚焦量的減少并不能增加鈑金零件接頭的性能，需要將它們相互匹配，從而得到一種最優(yōu)的組合。激光焊接中激光能量密度過大會(huì)導(dǎo)致激光焊接品質(zhì)降低;焊縫寬度也可能由于聚焦量的改變而改變。

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