王家龍
摘? 要:近年來隨著電阻焊的使用在不斷增加,電阻焊在汽車車身和零部件的生產(chǎn)中的需求量很大,如液力變矩器葉片、傳動軸平衡塊、制動蹄、橫梁裝配等,在輕工、建筑、交通設(shè)備等行業(yè)也有很大的應(yīng)用。基于此,該文簡述了凸點電阻焊的原理和凸點電阻焊在不銹鋼薄板件上的應(yīng)用,以不銹鋼杯蓋為例,詳細述說從機器到模具及焊接參數(shù)、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計等焊接相關(guān)因素。
關(guān)鍵詞:薄板不銹鋼? 雙點? 凸焊
中圖分類號:TH162+.1 ? ?文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2019)12(a)-0068-02
隨著生活水平的提高,日用品行業(yè)需要不斷提升,也越來越多使用電阻焊。由于電阻焊適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求,提高了產(chǎn)品的檔次和美觀性,代替電弧焊的趨勢也在明顯的增加。
1? 凸點電阻焊特點
電阻焊具有可靠性好、操作簡便、生產(chǎn)成本低、效率高、便于自動化生產(chǎn)等特點,由于加熱時間短,熱量集中,變形與應(yīng)力也小,焊后通常不需要熱處理工序,電阻焊主要有4種:點焊、縫焊、凸焊、對焊。凸焊通過電極對焊件加壓,在兩焊件接觸區(qū)域形成了閉合電路,這時有大量電流通過接觸部位,就會在焊件凸點和凸點附近區(qū)域產(chǎn)生電阻熱,凸點附近的金屬被加熱并獲得高的塑性,這時對焊件施加壓力,兩焊件便在接觸區(qū)域融合聯(lián)接成一體。焊接產(chǎn)生的熱量由下式?jīng)Q定Q=I2·R·t,式中:I為焊接電流(A);R為電極間電阻(Ω);t為焊接時間(s),導(dǎo)電性好、導(dǎo)熱性差的材料焊接性好,高溫屈服強度大、塑性溫度范圍小、對熱敏感的材料焊接性差,由于凸焊電流集中在凸點附近,避免了點焊時熔核偏移的缺點,因此可以焊接數(shù)倍厚度差的工件。
圖1為保溫杯蓋結(jié)構(gòu),外蓋為SUS304不銹鋼拉伸件,要求與塑料蓋片緊配合,且無相對轉(zhuǎn)動,由于外蓋是外觀件,設(shè)計上避免使用沖凹與塑料蓋片組合,并且沖凹園角的存在,也不利于止轉(zhuǎn)效果的實現(xiàn),實際生產(chǎn)中采用了沖制不銹鋼固定片(見圖2)與外蓋凸焊后再壓入塑料蓋片的工藝,而塑料蓋片與蓋本體為預(yù)先進行了超聲波焊接,凸點設(shè)置在不銹鋼固定片上,采用大平面電極,可以最大限度地減輕外蓋表面上的壓痕。為保證一定的凸焊強度,同時避免過大的焊點引起變形,采用了圖2示雙凸點結(jié)構(gòu),并且雙凸點方向與受力方垂直,這樣避免不銹鋼固定片受到拋光和使用時,上下交替扭力的作用,而發(fā)生脫落,下面作為實例加以詳述。
2? 凸點電阻焊接機臺
電阻焊機由機座、電極及其加壓機構(gòu)、焊接回路和調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成,電極材料為高強度銅合金,因大功率焊接機產(chǎn)生的熱量高,需要進行通水冷卻電極;加壓機構(gòu)有手動(腳踏)、氣壓或液壓機構(gòu),工作壓力越大,選用加壓方式也越靠后;焊件的焊接質(zhì)量要求越高,選用控制系統(tǒng)就越復(fù)雜。交流電源會用變壓器降壓、提高升電流。本圖例材料薄、焊接性好、凸焊點小,采用3kV安機臺,加壓機構(gòu)為腳踏,電極不需要通水冷卻。凸焊時,要求電極必須隨著凸點的被壓饋而快速移動,因為失壓容易引起焊渣飛濺,所以選用凸焊機的電極隨動性要好。
3? 凸點電阻焊模具
如圖3所示,模具采用電極和夾具一體式,模具中加工一道凹槽方便放入外蓋卷邊,同時定位外蓋。模具下方切除一塊,方便外蓋進入和焊接完成后取出。模具頂端加工凹槽,為放置不銹鋼固定片,凹槽深度既能固定不銹鋼固定片,也不能過深,避免電極壓外蓋致外蓋凹入,凹槽與不銹鋼固定片間隙建議0.2~0.3mm,凹槽位置必須保證居中,同時上電極壓力垂直作用于凸點中心,由于凹槽與不銹鋼固定片有壓力和電流通過,長期使用需要注意維護保養(yǎng),以保證焊接質(zhì)量。
4? 凸點電阻焊主要參數(shù)
焊接電流:焊接電流的變化對焊接的影響最大,直接影響焊接強度的是電流密度,既通過單位面積的電流量,當電流一定時,凸焊焊點尺寸越小,電流密度越高,接頭焊接強度也越好;當凸點尺寸一定時,電流越大,擠出的金屬量越大,因此調(diào)節(jié)時電流從小開始,和點焊一樣,焊件的性能和厚度是影響焊接電流大小的主要因素,焊接性越好、材料越薄、焊點越少越小的,焊接電流也越小,不銹鋼的導(dǎo)電性差、電阻率高,因此,點焊時產(chǎn)熱容易而散熱難,建議使用較小的電流,本圖例焊接電流為2000A左右,實際調(diào)節(jié)以獲得最好的焊接效果為準。電極壓力:壓力的作用是在凸點達到焊接溫度時將凸點完全壓饋,同時保證兩工件緊密貼合形成熔焊。電極壓力過大會過早地壓饋凸點,失去凸焊的作用,降低焊接強度;壓力過小又會使電阻增大,產(chǎn)生熱量過多,引起嚴重飛濺,也會降低焊接強度。被焊件的性能、凸點的尺寸、數(shù)量等是影響電極壓力大小的主要因素,凸點尺寸越大、數(shù)量越多,壓力也越大,調(diào)節(jié)從小壓力開始,本圖例電極壓力為200N左右。焊接時間:當焊件材料一定時,焊接電流和凸點剛度決定焊接時間,焊接電流越小、凸點剛度越高,焊接時間則越長,一般凸焊的焊接時間比點焊長,在確定合適的電極壓力和焊接電流后再調(diào)節(jié)焊接時間,以獲得合適的焊點,在凸焊不銹鋼時,焊接時間的影響是次要的,本圖例焊接時間為4周。
5? 凸點電阻焊設(shè)計
奧氏體不銹鋼和低碳鋼都屬于凸焊性好的金屬材料,厚度0.5~4mm的板件比較適合凸焊。焊接板件越薄,對凸點設(shè)計要求也越高,因此厚度小的板件更易于采用點焊。凸點能夠?qū)㈦娏骱蛪毫τ行У毓潭ㄔ谝黄穑裹c的形狀和尺寸決定了焊點強度。對于同種材料的焊接,凸點建議設(shè)計在較厚的工件上,對于異種材料的焊接,凸點建議設(shè)計在電導(dǎo)率較高的工件上,表面質(zhì)量要求較高的工件不建議凸點的設(shè)計,凸點的數(shù)量必須足以承受設(shè)計載荷。凸點形狀建議為有剛度的圓錐型,這樣可以減少飛濺,對本圖例材料厚度0.5mm,屬于薄件焊接,園弧形表面受壓易變形,而焊后表面要求高,因此凸點直徑取小值:1mm左右,更大的凸點需要更大的電流和壓力,容易導(dǎo)致外蓋焊接變形。本圖例凸點高度取小值0.3mm左右, 對于多個凸點焊,凸點高度不一致會導(dǎo)致各點電流的不平衡,影響到接頭強度,本圖例要求凸點高度誤差范圍不超過0.1mm,對于厚料、大凸點,要求高度誤差范圍不超過0.2mm,這對沖制模具的精度提出了很高要求,沖頭模具需要定期進行維護和保養(yǎng)。凸點間距盡量取大值,過小間距容易出現(xiàn)熔核的位移現(xiàn)象,也會降低抗扭力的能力。
6? 注意事項
(1)機臺加壓機構(gòu)要求保證較高的隨動性,特別是對需要使用高電極壓力、高機械精度的大功率焊機。(2)工件凸點的尺寸(尤其是高度)必須保證較高精度公差,這樣才能保證均勻的電極力和焊接電流,從而保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定;電極與工件的對準度要好,電極的接觸面必須足夠大,要超過全部凸點的邊界。(3)干凈的表面能獲得較穩(wěn)定的質(zhì)量,必要時對工件進機械清理(拋光、噴砂、噴丸)或化學(xué)清理。對于馬氏體、鐵素體不銹鋼厚大板件焊接建議焊前對焊件進行預(yù)熱,和消除焊接應(yīng)力的焊后熱處理。(4)對焊接后不銹鋼固定片牢度檢查,用攝子夾住不銹鋼固定片左右轉(zhuǎn)動,不銹鋼固定片無松動,對于牢度要求高的產(chǎn)品,需制作專用的扭力板手做檢查。
7? 結(jié)語
合理的焊接結(jié)構(gòu)是不銹鋼凸焊成功的關(guān)鍵因素,機器的選擇、凸焊模具的設(shè)計、焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)也對焊接質(zhì)量起重要作用,合理配置相關(guān)的因素,才能制造出完美的不銹鋼焊接產(chǎn)品。作為一種清潔、環(huán)保、高效、精確,適合批量生產(chǎn)的焊接方式,不銹鋼凸焊的應(yīng)用范圍愈來愈廣泛,為適應(yīng)國內(nèi)外市場急速發(fā)展和激烈的競爭,還須加大力度研究開發(fā)數(shù)字焊機、數(shù)字化控制,發(fā)展成熟凸焊接技術(shù),推動凸焊接技術(shù)自動化、智能化,推廣自動調(diào)節(jié)焊接參數(shù)的智能型逆變焊機,加快凸焊技術(shù)在國內(nèi)汽車制造業(yè)、家電制造行業(yè)、包裝業(yè)、電子行業(yè)等領(lǐng)域的進一步發(fā)展。
參考文獻
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