軌道車輛不銹鋼車體電阻點(diǎn)焊缺陷產(chǎn)生及預(yù)防工藝

1、第42卷第4期2012年4月ElectricWeldingMachineVol42No4Apr2012軌道車輛不銹鋼車體電阻點(diǎn)焊缺陷產(chǎn)生及預(yù)防工藝劉永剛，韓曉輝，馬明菊，王素環(huán)(南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東青島266031)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，介紹了不銹鋼電阻點(diǎn)焊基本原理、冷作硬化不銹鋼板電阻點(diǎn)焊的工藝特性摘要：軌道車輛不銹鋼車體電阻點(diǎn)焊常見(jiàn)缺陷類型，如：焊核直徑不符合要求、縮孔、飛濺、未熔合、熔透率不達(dá)標(biāo)、過(guò)燒、焊點(diǎn)外觀不良等。分析缺陷產(chǎn)生的原因并制定預(yù)防措施，如焊接電流、電極壓力、通電時(shí)間、工提升焊點(diǎn)質(zhì)量，保障產(chǎn)品的焊接和商品化質(zhì)量件裝配及電極形狀材質(zhì)等影響因素。通過(guò)相應(yīng)的工藝手段

2、，點(diǎn)焊；不銹鋼；缺欠；預(yù)防關(guān)鍵詞：TG4539B中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：10012303(2012)04009703文章編號(hào)：StudyonproductionandpreventionofdefectsinresistancespotweldingforstainlesssteelcarbodyofrailvehicleLIUYonggang，HANXiaohui，MAMingju，WANGSuhuanCSR，Qingdao266031，China)(SifangLocomotiveRollingStockLtd，itwereintroducedthebasicprinciplesandpr

3、ocesscharacteristicsofresistancespotweldingfortherollingAbstract：Inthispaper，stainlesssteelplateaccordingtotheactualproductionTheweldingdefectswereemphaticallyintroduced，suchas：theweldnuggetshrinkage，weldingspatter，lackoffusion，thelackingpenetrationrate，overburning，badappearancediameternomeetingthes

4、tandard，Causesforthedefectswereanalyzedandpreventivemeasuresweretaked，suchasthefollowinginfluencingfactors：weldingcurrent，electrodeforce，weldingtime，theworkpieceassembly，electrodeshapeandmaterial，andetcThecommercialqualityofstainlesssteelcarbodyhasimprovedthroughtechnologymeanstoenhancethequalityofs

5、olderjointstainlesssteel；imperfection；preventKeywords：spotwelding；0前言隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，電阻點(diǎn)焊以其熱量集中，焊接變形小、操作簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)率高、無(wú)填充金屬成本低、勞動(dòng)環(huán)境潔凈環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)得到了日益廣泛的應(yīng)用，尤其在軌道車輛不銹鋼車體上的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)平均每輛車體有2萬(wàn)多個(gè)焊點(diǎn)。但在電阻點(diǎn)焊質(zhì)量控制方面，目前尚無(wú)有效的無(wú)損檢測(cè)方法，因此優(yōu)化不銹鋼電阻點(diǎn)焊工藝，預(yù)防焊點(diǎn)缺陷產(chǎn)生，對(duì)保證軌道車輛不銹鋼車體的焊接質(zhì)量尤為重要。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際、電阻點(diǎn)焊原理以及車體用冷作硬化不銹鋼材料的焊接工藝特點(diǎn)，對(duì)不銹鋼電阻點(diǎn)收稿日

6、期：20120117作者簡(jiǎn)介：劉永剛(1979)，男，山東青島人，工程師，學(xué)士，主要從事軌道車輛焊接工藝的研究工作。焊的缺陷類型進(jìn)行總結(jié)，分析產(chǎn)生原因并提出預(yù)防措施，為不銹鋼點(diǎn)焊的應(yīng)用提供參考。1電阻點(diǎn)焊原理電阻點(diǎn)焊是將被焊工件壓緊于兩電極之間，利用電流流經(jīng)工件接觸面和鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，進(jìn)行焊接的一種方法。(1)焊接熱的產(chǎn)生和影響產(chǎn)熱的因素。點(diǎn)焊時(shí)產(chǎn)生的熱量Q024I2Rt(1)式中Q為產(chǎn)生的熱量(單位：J)；I為焊接電流(單位：A)；R為電極間電阻(單位：)；t為焊接時(shí)間(單位：s)。(2)電阻R及其影響因素。電極間電阻包括工件本身電阻Rw、兩工件間接焊接工藝

7、第42卷觸電阻Rc、電極與工作間接觸電阻Rcw，如圖1所示。板厚mm081015202530圖1點(diǎn)焊時(shí)的電阻分布40表1不銹鋼點(diǎn)焊焊核直徑要求焊縫級(jí)別(A，B級(jí))364256688091111焊縫級(jí)別(C級(jí))27303742475260點(diǎn)焊時(shí)的電阻R2RwRc2Rcw(2)2冷作硬化不銹鋼板電阻點(diǎn)焊工藝特點(diǎn)足，焊核液態(tài)金屬由外向內(nèi)凝固時(shí)，縮孔處得不到有效的擠壓從而形成縮孔，可以通過(guò)加大電極壓增加焊后保壓時(shí)間來(lái)解決?？s孔形態(tài)如圖2所示。力、軌道車輛不銹鋼車體材料為0840mm的冷作硬化奧氏體不銹鋼薄板，這種材料較普通的碳鋼硬度大、電阻率高、導(dǎo)熱性差以及線材料有強(qiáng)度高、膨脹系數(shù)大的焊接冶金特點(diǎn)1。

8、因此點(diǎn)焊時(shí)產(chǎn)熱易而散熱難，焊點(diǎn)容易產(chǎn)生未熔合、縮孔、飛濺等焊接缺陷。因此為保證冷作硬化不銹鋼板的點(diǎn)焊質(zhì)量，需結(jié)合該種材料的點(diǎn)焊工藝特點(diǎn)，采用較小的焊接較多的脈沖通電次數(shù)、較長(zhǎng)的焊接時(shí)間和較電流、大的電極壓力進(jìn)行點(diǎn)焊。圖2縮孔33飛濺3不銹鋼電阻點(diǎn)焊缺陷的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施點(diǎn)焊接頭的外部和內(nèi)部缺陷是評(píng)定點(diǎn)焊質(zhì)量電阻點(diǎn)焊的缺陷大致有以下幾種：焊的重要指標(biāo)。核直徑不符合要求、縮孔、飛濺、未熔合、電極壓痕過(guò)深、過(guò)燒、熔透率不符合要求、外觀不良等。焊接飛濺也是冷作硬化不銹鋼板點(diǎn)焊最常見(jiàn)的焊接缺陷之一。飛濺形式表現(xiàn)為表面飛濺和內(nèi)部飛濺，會(huì)影響焊點(diǎn)的外觀和質(zhì)量。電流過(guò)大、焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、電極壓力過(guò)小、工件間間

9、隙過(guò)大、焊點(diǎn)距工件邊距過(guò)小、工件表面清理不徹底均可能導(dǎo)致飛濺。圖3為焊點(diǎn)表面和內(nèi)部飛濺示意圖。生產(chǎn)過(guò)程中連續(xù)產(chǎn)生三個(gè)焊點(diǎn)飛濺，須立即停止焊接，分析飛濺原因進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn)合格后方可繼續(xù)生產(chǎn)。31焊核直徑不符合要求圖3飛濺焊核直徑大小是衡量焊點(diǎn)強(qiáng)度最重要的指標(biāo)，按照J(rèn)ISZ4305標(biāo)準(zhǔn)要求23，不同板厚組合的不銹鋼點(diǎn)焊接頭有不同的直徑要求。焊核直徑偏小會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)強(qiáng)度不足，主要產(chǎn)生原因是焊接電流偏小或者通電時(shí)間不足；焊核直徑超出標(biāo)準(zhǔn)值過(guò)多，焊點(diǎn)變形較大，而且會(huì)影響焊點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度，主要原因是mm焊接參數(shù)偏大45。建議焊點(diǎn)直徑為標(biāo)準(zhǔn)值05。不0銹鋼點(diǎn)焊焊核直徑要求如表1所示。32縮孔縮孔是冷作硬化不銹鋼板

10、點(diǎn)焊最常見(jiàn)的焊接缺陷之一。車體用不銹鋼材料為冷作硬化不銹鋼板，材料表面的硬度很高，收縮率很大，若電極壓力不在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)生飛濺的原因主要有：(1)工件間隙過(guò)大。不銹鋼點(diǎn)焊工件一般為薄板折彎、壓型件，工件折彎數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)優(yōu)先保證點(diǎn)焊位置的尺寸，確保工件配合密貼。在焊接剛性較弱、焊點(diǎn)較多的工件時(shí)，應(yīng)采用合理的點(diǎn)焊順間隔數(shù)個(gè)的跳躍方式點(diǎn)焊。序，比如由中心向四周、(2)工件表面清理不徹底。工件下料時(shí)在工件表面會(huì)殘留油污、鐵屑等雜質(zhì)，在點(diǎn)焊前必須清除干凈，保證工件間、工件與電極接觸面清潔。在焊接過(guò)程中及時(shí)觀察電極接觸面狀態(tài)，電極帽或電極前焊接工藝軌道車輛不銹鋼車體電阻點(diǎn)焊缺陷產(chǎn)生及預(yù)防工藝劉永剛等：第

11、4期端有明顯磨損或雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換電極帽或研磨整形。(3)工件壓力過(guò)小。隨著點(diǎn)焊設(shè)備的使用，氣缸等部件狀態(tài)會(huì)逐漸產(chǎn)生變化，在出現(xiàn)頻繁飛濺時(shí)，在排除其他因素后，利用壓力計(jì)、電流計(jì)驗(yàn)證設(shè)備。(4)焊點(diǎn)距工件邊距過(guò)小。手動(dòng)點(diǎn)焊設(shè)備出現(xiàn)該現(xiàn)象多數(shù)是操作人員焊接手法問(wèn)題，應(yīng)提升操作人責(zé)任心。如果是自動(dòng)點(diǎn)焊設(shè)備出現(xiàn)員的操作能力、問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)檢查工件位置、工裝和自動(dòng)焊接程序。是否正常，或?qū)附訁?shù)進(jìn)行優(yōu)化，盡量采用氬氣保護(hù)。圖6焊點(diǎn)過(guò)燒37焊點(diǎn)外觀不良34未熔合未熔合是對(duì)點(diǎn)焊接頭強(qiáng)度影響最為嚴(yán)重的缺陷之一，直接影響點(diǎn)焊接頭強(qiáng)度，尤其是疲勞強(qiáng)度。通常未熔合是由于熱輸入量不足造成，可通過(guò)加大焊接電流、電極壓力

12、或焊接時(shí)間加以改善。未熔合形態(tài)如圖4所示。常見(jiàn)的焊點(diǎn)外觀不良表現(xiàn)為焊點(diǎn)形狀橢圓、月牙形狀凸起、壓痕過(guò)深等，如圖7所示。35熔透率不達(dá)標(biāo)圖7外形橢圓及月牙形凸起熔透率是判斷焊點(diǎn)質(zhì)量是否合格的重要指標(biāo)，過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響接頭強(qiáng)度和外觀質(zhì)量。JISZ3140中指出，焊核的熔透率應(yīng)為20806。圖5為熔透率過(guò)高的焊核宏觀照片。影響熔透率的因素較焊接時(shí)間、電極壓力、電極材料、多，重要的有電流、電極形狀等，電流、焊接時(shí)間、電極壓力過(guò)大時(shí)易造成熔透率過(guò)大，電流、焊接時(shí)間、電極壓力過(guò)小時(shí)易造成熔透率過(guò)小。上下電極材料不一致同樣易造成熔透率過(guò)大，圖5中焊核焊接時(shí)上、下電極的材料散熱慢，導(dǎo)致與上分別為鎢銅和鉻銅，

13、鎢銅硬度高、電極接觸的母材側(cè)熔透率過(guò)大。(1)形狀橢圓。主要原因?yàn)殡姌O與工件接觸面磨損，應(yīng)及時(shí)更換電極帽或研磨電極。(2)月牙形凸起。主要原因?yàn)殡姌O與工件不垂直或兩電極不同軸，應(yīng)改變點(diǎn)焊機(jī)的焊接角度或調(diào)整兩電極的同軸度。(3)焊點(diǎn)壓痕過(guò)深。主要原因是焊接參數(shù)不匹配，電極壓力過(guò)大導(dǎo)致。對(duì)于無(wú)涂裝要求的城軌不銹鋼車體，一般要求材料上的電極壓痕一定不要深于可見(jiàn)表面板材厚度的10。4結(jié)論圖4未熔合圖5熔透率過(guò)大在實(shí)際生產(chǎn)中解決熔透率問(wèn)題的方法主要有：(1)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)盡量滿足不銹鋼工件的最大厚度比，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，不銹鋼的最大厚度比為：板厚總和外側(cè)薄板厚度小于等于5。(2)采取一定的工藝措施，如改變電極前端形狀、更換電極材質(zhì)等。(1)通過(guò)分析軌道車輛不銹鋼車體用材料的點(diǎn)焊特性，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)車體生產(chǎn)中出現(xiàn)的點(diǎn)焊質(zhì)量問(wèn)題，分析產(chǎn)生原因并提出預(yù)防措施，對(duì)不銹鋼點(diǎn)焊缺陷的預(yù)防和質(zhì)量提高有一定參考價(jià)值。(2)實(shí)際生產(chǎn)中影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素眾多，如供點(diǎn)焊設(shè)備穩(wěn)定性。應(yīng)做好焊前點(diǎn)檢、日常電環(huán)境、點(diǎn)焊工藝試驗(yàn)、焊接過(guò)程控制和焊后檢驗(yàn)工作。參考文獻(xiàn)：1JISZ43052005，冷扎不銹鋼板及鋼帶S1994，24(1)：182謝堅(jiān)電阻點(diǎn)焊研究發(fā)展(上)J電焊機(jī)，3周嵐，於建偉，曹靜電阻點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)