軋制純鉬桿焊接工藝研究

童治安，郭世貴

(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司，四川 成都 610100)

電阻焊在鎢鉬材料深加工領(lǐng)域較為常見(jiàn)，鎢鉬材料的焊接質(zhì)量[1]嚴(yán)重影響連鍛、拉絲工序的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)的有序進(jìn)行。焊接質(zhì)量不良會(huì)直接導(dǎo)致焊接區(qū)域斷裂，造成連鍛工序加工出現(xiàn)抵料和堵料的情況，給生產(chǎn)設(shè)備及正常生產(chǎn)帶來(lái)一系列不可控問(wèn)題，不僅造成了原料浪費(fèi)，也嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率。

目前某公司產(chǎn)品從旋鍛工序加工到細(xì)絲工序的焊點(diǎn)斷折率高達(dá)4%，一年總斷折數(shù)量約有4000個(gè)，因?yàn)閿嘟z每年需增加半個(gè)月的生產(chǎn)時(shí)間，再加上材料損耗每年直接經(jīng)濟(jì)損失在20萬(wàn)元以上。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和原材料成材率，通過(guò)提高材料的焊接質(zhì)量降低斷折率將顯的尤為關(guān)鍵。本文重點(diǎn)研究了焊機(jī)預(yù)熱功率、預(yù)熱時(shí)間、電壓、沖程、鍛壓力、電極之間距離等主要參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量的影響，為焊接方面的科技工作者提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不同類(lèi)型的鎢鉬對(duì)焊機(jī)對(duì)焊接接頭質(zhì)量的影響較大，本文的試驗(yàn)設(shè)備采用深圳市駿騰發(fā)自動(dòng)焊接裝備有限公司生產(chǎn)的多功能鎢鉬對(duì)焊機(jī)，設(shè)備主要參數(shù)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(diào)節(jié)級(jí)數(shù)3，額定負(fù)載持續(xù)率20%，焊接額定截面積27mm2～64mm2，圖1為多功能鎢鉬對(duì)焊機(jī)工作示意圖。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選用某公司同批號(hào)同狀態(tài)的合格軋制六方型純鉬桿(外接圓直徑7.7mm±0.2mm)，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，C≤0.01，N≤0.002，O≤0.007，F(xiàn)e≤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(jīng)過(guò)了嚴(yán)格控制，可以保證同批號(hào)的連軋六方型鉬桿性能穩(wěn)定。試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)鉬桿進(jìn)行了室溫拉伸[2]，平均抗拉強(qiáng)度685MPa。

2 試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果分析

2.1 對(duì)預(yù)熱功率、預(yù)熱時(shí)間、充電電壓進(jìn)行正交試驗(yàn)

為了研究參數(shù)變化對(duì)焊接過(guò)程的影響程度，采取固定其他焊接參數(shù)不變，對(duì)預(yù)熱功率、預(yù)熱時(shí)間、充電電壓等參數(shù)進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，各因素水平取值見(jiàn)表1，焊接后的樣品在CMT4504型電子多功能試驗(yàn)機(jī)設(shè)備上進(jìn)行室溫拉伸測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 焊接因素水平表

表2 Φ7.7mm鉬桿焊接參數(shù)及結(jié)果分析表(方案一)

通過(guò)極差數(shù)據(jù)分析，以上3個(gè)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(yàn)中有兩個(gè)突出問(wèn)題：(1)焊疤小和焊疤根部抗拉強(qiáng)度低；(2)且焊接過(guò)程中有時(shí)會(huì)有“放炮”狀異響。針對(duì)預(yù)熱時(shí)間(25ms～50ms)區(qū)間、預(yù)熱功(40%～80%)區(qū)間、充電電壓(250V～400V)區(qū)間做了多次正交試驗(yàn)探索，最突出的問(wèn)題仍然是焊疤小和焊疤強(qiáng)度低。由此可知，只變化以上3種參數(shù)，焊疤強(qiáng)度都未超過(guò)基體強(qiáng)度的35%。因此還需要研究其它能影響焊疤抗拉強(qiáng)度的參數(shù)，重點(diǎn)是電極之間的距離、鍛壓力和沖程。

2.2 對(duì)電極之間的距離、鍛壓力、沖程進(jìn)行正交試驗(yàn)

焊機(jī)其他參數(shù)固定不變，對(duì)電極之間的距離、鍛壓力、沖程等參數(shù)進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，然后在同一設(shè)備上進(jìn)行室溫拉伸測(cè)試。焊接樣件在同一設(shè)備上進(jìn)行室溫拉伸測(cè)試,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 Φ7.7mm鉬桿焊接參數(shù)及結(jié)果分析表(方案二)

通過(guò)極差數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)鍛壓力對(duì)焊疤的抗拉強(qiáng)度影響較顯著，沖程和電極之間的距離影響不顯著。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)焊機(jī)在鍛壓力較小時(shí)，焊接過(guò)程中會(huì)發(fā)生閃光及熔融物飛濺現(xiàn)象[3]，鍛壓力較大時(shí)焊機(jī)多次“放炮”，確定了鍛壓力對(duì)焊疤抗拉強(qiáng)度影響較大。本方案基本上解決了焊疤小和焊疤抗拉強(qiáng)度低等兩個(gè)突出問(wèn)題，在試驗(yàn)范圍中最佳組合參數(shù)焊接的焊疤抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到基體抗拉強(qiáng)度的60%左右，基本滿(mǎn)足焊接要求。但在工業(yè)化生產(chǎn)中，焊疤抗拉強(qiáng)度與基體抗拉強(qiáng)度相比，比較理想的比例應(yīng)在75%以上，因此還需要在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上再優(yōu)化參數(shù)組合。

2.3 優(yōu)化參數(shù)組合試驗(yàn)

對(duì)比正交探索試驗(yàn)極差Rj值可以發(fā)現(xiàn)以上6類(lèi)參數(shù)中，對(duì)焊疤抗拉強(qiáng)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(yàn)基礎(chǔ)參數(shù)選為預(yù)熱功率70%、預(yù)熱時(shí)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(dòng)作正常情況下，固定預(yù)熱功率、預(yù)熱時(shí)間、充電電壓等參數(shù)，只變化鍛壓力、沖程、電極之間的距離等3個(gè)參數(shù)，重點(diǎn)研究焊疤抗拉強(qiáng)度與鍛壓力、沖程、電極之間的距離單個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系。

其它參數(shù)固定不變，焊疤抗拉強(qiáng)度與鍛壓力之間的關(guān)系如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)其他參數(shù)固定，鍛壓力在0.10MPa～0.35MPa時(shí)，焊疤抗拉強(qiáng)度隨鍛壓力的升高呈降低的趨勢(shì)。特別是鍛壓力在0.25MPa～0.35MPa時(shí)，焊疤抗拉強(qiáng)度都在260MPa以下，主要原因?yàn)楹赴淘诖藚^(qū)間又厚又小，焊縫區(qū)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(qiáng)度與鍛壓力之間的關(guān)系Fig.2 Relationship between tensile strength of welding scar and forging pressure

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

鍛壓力在0.05MPa～0.10MPa時(shí)，焊疤抗拉強(qiáng)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(qiáng)度與沖程之間的關(guān)系。其他參數(shù)固定不變，焊疤抗拉強(qiáng)度與沖程之間的關(guān)系如圖4所示，發(fā)現(xiàn)沖程≥15mm時(shí)，焊機(jī)都會(huì)出現(xiàn)“放炮”現(xiàn)象，導(dǎo)致焊疤抗拉強(qiáng)度低；沖程在11mm～14mm時(shí)，焊疤抗拉強(qiáng)度能穩(wěn)定在400MPa～460MPa；沖程≤10mm，焊疤較厚小，導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度低。

圖4 焊疤抗拉強(qiáng)度與沖程之間的關(guān)系Fig.4 Relationship between tensile strength and stroke of welding scar

其他參數(shù)固定不變，焊疤強(qiáng)度與電極之間距離的關(guān)系如圖5所示，發(fā)現(xiàn)在20mm～25mm區(qū)間，焊疤抗拉強(qiáng)度較高，呈上升趨勢(shì)；大于26mm時(shí)焊疤強(qiáng)度有所降低，主要原因?yàn)楹附佣祟^體積過(guò)大使焊疤形狀小，同時(shí)焊機(jī)也容易出現(xiàn)“放炮”現(xiàn)象；在12mm～20mm區(qū)間，焊疤抗拉強(qiáng)度低，關(guān)鍵原因?yàn)楹赴谈郊M織過(guò)燒現(xiàn)象較明顯。

綜上所述，較適宜的焊接參數(shù)可以確定為預(yù)熱功率70%、預(yù)熱時(shí)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(qiáng)度可達(dá)到基體強(qiáng)度80%以上，同時(shí)該參數(shù)已經(jīng)在工業(yè)化生產(chǎn)中進(jìn)行了批量驗(yàn)證，Φ7.7mm產(chǎn)品加工到Φ0.24mm規(guī)格的焊點(diǎn)斷折率不到1%，完全能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

圖5 焊疤抗拉強(qiáng)度與電極距離之間的關(guān)系Fig.5 Relationship between tensile strength of welding scar and electrode distance

3 結(jié)論

(1)對(duì)焊機(jī)的參數(shù)進(jìn)行了正交試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)了鍛壓力、沖程、電極之間的距離對(duì)焊疤抗拉強(qiáng)度影響較大；解決了焊疤小和焊疤抗拉強(qiáng)度低等兩個(gè)突出問(wèn)題。

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