沈陽華潤三洋壓縮機有限公司 才坤

羅克韋爾自動化有限公司 李光輝

沈陽華潤三洋壓縮機有限公司 張執(zhí)

凸焊接頭性能的影響因素

沈陽華潤三洋壓縮機有限公司 才坤

羅克韋爾自動化有限公司 李光輝

沈陽華潤三洋壓縮機有限公司 張執(zhí)

凸焊在焊接方法中屬于壓力焊中的電阻焊，是焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過凸點的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法。凸焊在我們公司中應(yīng)用也很多，接線端子、螺栓、底座、托架焊接都屬于凸焊。日常工作中，時常會發(fā)現(xiàn)有焊接強度不足、凸點移位、焊接飛濺較大等焊接缺陷，造成這些缺陷的原因是多方面的，下面就對凸焊接頭性能的影響因素作一個簡單的分析。

一、凸焊的物理本質(zhì)

凸焊的物理本質(zhì)是利用焊接區(qū)金屬本身的電阻熱和大量塑性變形能量，使兩個分離表面的金屬原子之間接近到晶格距離形成金屬鍵，在結(jié)合面上產(chǎn)生足夠量的共同晶粒，而得到焊點。因此，適當?shù)臒岷蜋C械作用是獲得凸焊優(yōu)質(zhì)焊點的基本條件。

二、凸焊的工藝流程

在一般的凸焊焊接循環(huán)條件下，焊點的形成過程是由預(yù)壓、通電加熱和冷卻結(jié)晶3個連續(xù)階段所組成的。

1．預(yù)壓階段。在電極壓力作用下，凸點與被焊板材表面緊密貼合并產(chǎn)生變形。此階段的作用是清除一部分接觸表面的不平和氧化膜，形成物理接觸點，這就為以后焊接電流的順利通過及表面原子的鍵合做好準備。

2．通電加熱階段。該階段的作用是在熱與機械力作用下形成塑性環(huán)、熔核并隨著通電加熱的進行而長大，直到獲得需要的熔核尺寸。

3．冷卻結(jié)晶階段。切斷焊接電流，熔核在壓力作用下開始冷卻。

三、凸焊工藝參數(shù)的選擇

從凸焊的工藝流程來看，凸焊的主要工藝參數(shù)是電極壓力、焊接電流和焊接時間。

1．電極壓力。凸焊的電極壓力取決于被焊金屬的性能、凸點的尺寸和凸點數(shù)量等。電極壓力應(yīng)足以在凸點達到焊接溫度時，將其完全壓潰，并使兩工件緊緊貼合。電極壓力過大會過早地壓潰凸點，失去凸點的作用，同時因電流密度減小而降低接頭強度，壓力過小將使通電前凸點預(yù)變形量太小，凸點貼合面電流密度顯著增大，造成嚴重飛濺，甚至燒穿焊件。因此凸焊機的隨動性越高越好，提高隨動性的方法主要是減小加壓系統(tǒng)可動部分的質(zhì)量，以及在導向部分采用滾動摩擦。

2．焊接電流。焊接電流是最重要的凸焊參數(shù)。對于給定的工件材料和凸點尺寸，焊接電流并非越大越好。此外，電流密度對加熱也有顯著影響。如果焊點出現(xiàn)分流、電極接觸面積增大等都會降低電流密度，從而使接頭強度顯著下降。

3．焊接時間。焊接時間由焊接電流和凸點剛度決定。與電極壓力和焊接電流相比，焊接時間是次要的，在確定合適的電極壓力和焊接電流后，再調(diào)節(jié)焊接時間以獲得滿意的焊點。如想縮短焊接時間，就要相應(yīng)增大焊接電流，但過分增大焊接電流可能引起金屬過熱和飛濺，通常凸焊的焊接時間比點焊長，而電流比點焊小。

4．焊接電流與焊接時間的匹配。一般情況下，增加焊接電流或焊接時間都會增加焊接時的熱輸入量，從而有利于增加接頭的熔核尺寸。但過大的焊接電流或焊接時間會使凸點容易產(chǎn)生偏移，從而使強度降低。在焊接低碳鋼板材時，一般選用大焊接電流短焊接時間的硬規(guī)范。

5．焊接電流和電極壓力的匹配。這種匹配是以焊接過程中不產(chǎn)生飛濺為主要特征，一般認為在增大電極壓力的同時適當加大焊接電流以維持焊接區(qū)加熱程度不變。

四、凸點設(shè)計

凸點的作用是將電流和壓力局限在工件的特定位置上，其形狀和尺寸取決于應(yīng)用的場合和需要的焊點強度。通常情況下多采用圓球形凸點，多點凸焊時，凸點高度不一致將引起各點電流不平衡，使接頭強度不穩(wěn)定，一般凸點高度誤差應(yīng)不超過±0.10mm。

五、電極材料的選用和設(shè)計

凸焊機上的電極是凸焊機上的重要部件，在焊接過程中，電流和壓力都是通過它傳遞的其物理性能的好壞直接影響到焊接質(zhì)量的優(yōu)劣。所以在電極材料的選用上，一般選用高強度、高硬度的Cu-Cr-Zr合金電極材料或者Cu-Be-Ni合金電極材料。由于這兩種材料的電阻率ρ和熱導率ω比較偏高，所以在使用中，要采用強制水冷方式加以冷卻。

在電極的設(shè)計上，要根據(jù)加工工件的實際形狀來確定電極的形狀。既要有利于工件加工，又要有利于冷卻降溫，而且電極的接觸面必須足夠大，要超過全部凸點的邊界，超出量一般至少應(yīng)相當于一個凸點直徑。

六、凸焊機的選用和維護保養(yǎng)

凸焊時，電極必須隨著凸點的被壓潰而迅速下降，否則會因為失壓而產(chǎn)生飛濺，所以應(yīng)采用電極隨動性好的凸焊機。

為了防止凸點移位，除在保證正常熔核的條件下，選用較大的電極壓力，較小的焊接電流外，還應(yīng)盡可能地提高加壓系統(tǒng)的隨動性。提高隨動性的方法主要是減小加壓系統(tǒng)可動部分的質(zhì)量，另外還可以采用彈簧和減少導軌阻力，使隨動性獲得提高。

凸焊機設(shè)備的維護和保養(yǎng)，對焊接質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。部分單位所用的凸焊機多為次級整流式凸焊機（這類焊機次級為直流回路，感抗可以忽略。當輸出相同電流時，焊機的功率因素大大提高，可達到0.8～0.9。直流電流通過強磁性金屬，所產(chǎn)生的集束效應(yīng)使焊點成型好、穿透力強）主要包括機械部分（加壓機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、機身）和電氣部分（焊接回路、阻焊變壓器、主電力開關(guān)、功率調(diào)節(jié)機構(gòu)、控制設(shè)備）。

在日常設(shè)備的維護和保養(yǎng)過程中，機械部分中的加壓機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)，電氣部分中的焊接回路、阻焊變壓器都需要重點檢查和維護。