6 mm厚SUS301L-DLT不銹鋼電阻點(diǎn)焊工藝

梅文搏，徐艷麗，賈 鵬，齊 祿，尹曉亮

（中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，河北唐山063035）

0 前言

當(dāng)今軌道車(chē)輛發(fā)展的大趨勢(shì)是綠色、節(jié)能、環(huán)保、安全，不銹鋼車(chē)體結(jié)構(gòu)以其車(chē)體結(jié)構(gòu)輕、耐腐蝕、免維護(hù)、環(huán)保、安全等特點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)綠色軌道交通發(fā)展方面具有一定的優(yōu)勢(shì)[1-2]。不銹鋼具有線膨脹系數(shù)大、電阻率高、熱導(dǎo)率低的特點(diǎn)，適合使用電阻點(diǎn)焊進(jìn)行焊接。電阻點(diǎn)焊技術(shù)因其焊接質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源、電子、軌道車(chē)輛及輕工等行業(yè)[3-4]。在軌道車(chē)輛行業(yè)，電阻點(diǎn)焊主要用來(lái)焊接板厚小于等于5 mm的不銹鋼車(chē)體結(jié)構(gòu)。不銹鋼車(chē)體結(jié)構(gòu)中底架屬于重要承載部位，其強(qiáng)度等級(jí)要求極高，其中底架邊梁材質(zhì)為SUS301L-DLT不銹鋼，厚度6 mm，為滿足強(qiáng)度要求，還需要對(duì)邊梁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)梁的材質(zhì)也為SUS301L-DLT不銹鋼，厚度6 mm。若使用熔化焊對(duì)兩者進(jìn)行焊接，會(huì)出現(xiàn)熱輸入過(guò)大引起的焊接變形，導(dǎo)致邊梁變形，且焊縫成形較差。使用電阻點(diǎn)焊進(jìn)行焊接既可防止焊接變形，又可保證強(qiáng)度要求。因此研究6 mm厚SUS301L-DLT不銹鋼電阻點(diǎn)焊具有重要意義。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為奧氏體不銹鋼SUS301L-DLT，15點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)工作試件尺寸為6 mm×190 mm×1 800 mm。試驗(yàn)材料的化學(xué)成分及其力學(xué)性能如表1、表2所示。

表1 不銹鋼SUS301L-DLT的化學(xué)成分 %

表2 不銹鋼SUS301L-DLT的力學(xué)性能

1.2 試驗(yàn)方法

采用日本電元社YADG-R-UN-30A逆變式直流電阻點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行點(diǎn)焊，焊鉗型號(hào)有C1（φ25球形/R100）和 C2（φ20 球形/R100）兩種，電極材料為CuCrZr。采用雙面單點(diǎn)焊接方式，15點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)工作試件長(zhǎng)度方向搭接量80 mm，試件尺寸如圖1所示。試板點(diǎn)焊完成后加工成如圖2所示的試件。對(duì)焊后試板進(jìn)行外觀檢測(cè)、平滑度試驗(yàn)，去除第1點(diǎn)和第15點(diǎn)焊點(diǎn)后隨機(jī)選取兩點(diǎn)進(jìn)行斷面試驗(yàn)，其余進(jìn)行拉伸剪切試驗(yàn)。拉伸剪切試驗(yàn)在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，記錄脫扣形式、焊點(diǎn)直徑和剪切拉力值。

圖1 15點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)工作試件試件尺寸

圖2 加工后試件尺寸

2 試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 點(diǎn)焊試驗(yàn)

在點(diǎn)焊試驗(yàn)過(guò)程中，焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力是三大主要影響因素。研究證明，不銹鋼車(chē)體電阻點(diǎn)焊的缺陷主要有焊核直徑不符合要求、縮孔、飛濺、未熔合、電極壓痕過(guò)深、熔透率不符合要求等[5-6]。因此，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN15085-3和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，板厚6 mm的不銹鋼要求焊點(diǎn)直徑最小為φ12.2 mm，熔透率30%～90%，電極壓痕不超過(guò)10%，不允許有縮孔、飛濺、未熔合等缺陷。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，實(shí)際生產(chǎn)焊接參數(shù)如表3所示。

表3 電阻點(diǎn)焊焊接工藝參數(shù)

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 外觀檢測(cè)

外觀檢測(cè)指用目視方法檢查焊點(diǎn)的可見(jiàn)質(zhì)量特性，要求進(jìn)行100%外觀檢測(cè)。判定標(biāo)準(zhǔn)包括：焊接區(qū)內(nèi)或臨近焊接區(qū)表面無(wú)裂紋以及牢固的飛濺物，焊點(diǎn)表面不得有直徑超過(guò)1.5 mm的凹坑和電極粘結(jié)物，不允許燒穿。對(duì)以上兩種型號(hào)焊鉗的電阻點(diǎn)焊參數(shù)條件下所焊試件進(jìn)行外觀檢測(cè)，如圖3所示，焊點(diǎn)表面均無(wú)噴濺和裂紋，符合要求。

圖3 兩種焊鉗電阻點(diǎn)焊試件

2.2.2 平滑度檢驗(yàn)

根據(jù)焊縫質(zhì)量等級(jí)，檢查指定有平滑度要求側(cè)的焊點(diǎn)處表面壓痕是否滿足要求。根據(jù)EN15085-3附錄F電阻點(diǎn)焊，壓痕不能超過(guò)金屬厚度的10%。對(duì)以上兩種型號(hào)焊鉗的電阻點(diǎn)焊參數(shù)條件下所焊試件進(jìn)行平滑度檢驗(yàn)，每個(gè)焊點(diǎn)測(cè)量正反兩面壓痕，壓痕值均在板厚的10%以下，所測(cè)壓痕值如表4所示。

2.2.3 斷面檢驗(yàn)

斷面試驗(yàn)是將點(diǎn)焊試件垂直于焊核中心切開(kāi)，用目視檢查焊核的形狀、直徑、熔透率及內(nèi)部缺欠等。熔核直徑和熔透率是評(píng)估電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到接頭強(qiáng)度和外觀質(zhì)量[7]。根據(jù)EN15085-3附錄F要求，6 mm厚SUS301L-DLT不銹鋼電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)熔核直徑應(yīng)達(dá)φ12.2 mm，熔透率應(yīng)達(dá)到板厚的30%～90%，即1.8～5.4 mm。試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)頻率最高的缺陷為縮孔，如圖4所示?？s孔是由于電極壓力不足，焊核液態(tài)金屬由外向內(nèi)凝固時(shí)，縮孔處未得到有效的擠壓而形成的[6]。SUS301L-DLT不銹鋼表面硬度很高，收縮率很大，若電極壓力不足，極易出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象。按照調(diào)整后的焊接參數(shù)點(diǎn)焊完成后的金相結(jié)果如圖5所示，C1型焊鉗（見(jiàn)圖5a）電阻點(diǎn)焊的熔核直徑為13.5 mm，上側(cè)熔透3.7 mm，熔透率61.7%，下側(cè)熔透4 mm，熔透率66.7%；C2型焊鉗（見(jiàn)圖5b）電阻點(diǎn)焊的熔核直徑為12.8 mm，上側(cè)熔透4 mm，熔透率66.7%，下側(cè)熔透4.2 mm，熔透率70%。

表4 兩種參數(shù)條件下電阻點(diǎn)焊壓痕測(cè)量值

圖4 縮孔

由試驗(yàn)可知，使用C1和C2兩種型號(hào)焊鉗，在合理的電阻點(diǎn)焊參數(shù)條件下，6mm厚SUS301L-DLT不銹鋼電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)熔核直徑達(dá)到φ12.2 mm的要求。增加電極壓力可有效避免縮孔缺陷的出現(xiàn)，且電極壓力不宜過(guò)大，否則會(huì)產(chǎn)生壓痕過(guò)深、熔核直徑過(guò)小等不足。

圖5 兩種焊鉗電阻點(diǎn)焊試件金相

2.2.4 拉伸剪切檢驗(yàn)

拉伸剪切試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。根據(jù)EN15085-3附錄F及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，板厚為6 mm、抗拉強(qiáng)度高于690 MPa的SUS301L-DLT不銹鋼電阻點(diǎn)焊接頭的最小拉伸剪切力73.5 kN。由表5可知，兩種型號(hào)焊鉗電阻點(diǎn)焊接頭拉伸剪切試驗(yàn)失效形式均為剪切，剪切拉力值也均達(dá)標(biāo)，焊點(diǎn)直徑滿足φ12.2 mm要求。試驗(yàn)再次證明：使用C1和C2兩種型號(hào)焊鉗，在合理的電阻點(diǎn)焊參數(shù)條件下，6mm厚SUS301L-DLT不銹鋼電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)熔核直徑可達(dá)到φ12.2 mm的要求，且拉伸剪切結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

（1）軌道車(chē)輛中板厚小于等于5 mm的不銹鋼結(jié)構(gòu)適合使用電阻點(diǎn)焊焊接，對(duì)于板厚6mm的不銹鋼，使用C1和C2兩種型號(hào)焊鉗，在合理的電阻點(diǎn)焊參數(shù)條件下，6 mm厚SUS301L-DLT不銹鋼電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)熔核直徑可達(dá)到φ12.2 mm的要求，且拉伸剪切結(jié)果及表面質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）SUS301L-DLT不銹鋼表面硬度很高，收縮率很大，若電極壓力不足，極易出現(xiàn)縮孔缺陷。增加電極壓力可有效避免縮孔缺陷的出現(xiàn)，且電極壓力不宜過(guò)大，否則易產(chǎn)生壓痕過(guò)深、熔核直徑過(guò)小等不足。

表5 不同參數(shù)條件下電阻點(diǎn)焊拉伸剪切試驗(yàn)結(jié)果

參考文獻(xiàn)：

[1]丁成鋼，史春元，都本剛，等.SUS301L不銹鋼電阻點(diǎn)焊工藝研究[J].熱加工工藝，2006，35（11）：28-29.

[2]姚明哲，楊志勇，馬秋紅，等.不銹鋼軌道車(chē)輛的特點(diǎn)[J].科技綜述，2015（3）：10-13.

[3]溫家伶，黃志軍，黃小軍，等.薄板點(diǎn)焊工藝及性能研究[J].武漢造船，2000（1）：15-17.

[4]Vogler M，Sheppare S.Electrical Contact Resistance under High Loads and Elevated Temperatures[J].Welding Journal，1993，72（6）：231-238.

[5]常云龍，蘇杭，常榮輝，等.熔核尺寸與點(diǎn)焊工藝參數(shù)的回歸模型[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（12）：655-658.

[6]劉永剛，韓曉輝，馬明菊，等.軌道車(chē)輛不銹鋼車(chē)體電阻點(diǎn)焊缺陷產(chǎn)生及預(yù)防工藝[J].電焊機(jī)，2012，42（4）：97-99.

[7]梁濤，彭章祝.不銹鋼車(chē)體電阻點(diǎn)焊缺陷和變形的預(yù)防措施[A].“中三角”焊接發(fā)展論壇[C].湖北：2014.