（材料加工工程专业论文）q235b钢薄板电阻点焊工艺及接头性能与组织的研究.pdf

西华大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：毛身扛手江指导教师签名：届厶阻撂诧) 日期：乒oj f 占。o日期如f 厶占r 护 西华大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 嚣篙萨季：碧持饵b 强：ol | 苦。le 指导教师签名：胁瞧丧尊试) 日期知f 占f o 西华大学硕士学位论文 摘要 电阻点焊技术是最重要的电阻焊方法之一，它具有生产效率高、焊接质量稳定、易 实现机械化和自动化等优点。因此该技术在生产中得到广泛应用，人们也对其开展了大 量的理论研究，但是同时针对同一材料在不同规范下的点焊研究并不多。所以，本文同 时选取三种规范对l m m 厚的q 2 3 5 b 钢薄板进行点焊并研究各规范下焊接电流对接头性能 和组织的影响，为实际生产中焊接参数及焊接规范的选取提供试验依据。 本文分别在不同焊接规范下采用电阻点焊工艺对q 2 3 5 b 钢薄板进行点焊实验。对 各个接头进行拉伸试验，并观察典型的接头断口形貌。选取部分接头测量其熔核尺寸， 综合分析确定各规范下的最佳焊接参数，同时研究焊接规范对熔核组织形态以及接头显 微硬度的影响。利用a n s y s 软件对q 2 3 5 b 钢薄板点焊进行预压接触分析。 研究结果表明：点焊接头的抗拉剪强度和接头显微硬度都是随焊接电流的增大而先 增大后减小，点焊熔核直径和电极压痕深度都是随焊接电流的增大而增大。同时，大的 焊接电流下熔核组织晶粒更为粗大；优质点焊接头均断裂在热影响区，且硬规范下的断 口形貌倾向于脆性断口，而软规范下倾向于韧性断口；各规范下都能得到性能较满意的 点焊接头；点焊实验过程中出现的电极端面边缘容易被磨损现象是由于该处出现应力集 中造成的；工件与工件之间的接触面积大于电极与工件间的接触面积，且压力分布更为 均匀。硬规范条件下工件与工件之间的接触压力峰值更靠近接触区域中心。 关键词：电阻点焊；焊接规范；熔核组织；显微硬度；接触压力 q 2 3 5 b 钢薄板电阻点焊工艺及接头性能与组织的研究 a bs t r a c t r e s i s t a n c es p o tw e l d i n gi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr e s i s t a n c ew e l d i n gt e c h n o l o g i e s ， w h i c hh a sa d v a n t a g e so fh i g hp r o d u c t i o nr a t e ，b e i n gc o n v e n i e n tf o rm e c h a n i z a t i o na n d a u t o m a t i o ne t c s ot h i st e c h n o l o g yw a sa p p l i e di nt h ep r a c t i c a lp r o d u c t i o na n ds c o r e so f r e s e a r c ho ni t st h e o r yh a sb e e nc a r r i e do u tb yt h ei n v e s t i g a t o r s a l t h o u g h ，t h es t u d yo ns p o t w e l d i n go fi d e n t i c a lm a t e r i a lu n d e r d i f f e r e n tw e l d i n gs t a n d a r d sh a sb e e nm e r e l yr e p o r t e dy e t i n t h i st h e s i s ，t h r e ev a r i e t i e so f w e l d i n gs t a n d a r d sw e r ec h o s e nt oa p p l y o nt y p eq 2 35 bs t e e ls h e e t i nt h es p o tw e l d i n gp r o c e s s o t h e r w i s e ，t h ee f f e c to fw e l d i n gc u r r e n to nt h ep r o p e r t i e sa n d m i c r o s t r u c t u r eo fw e l d e dj o i n tw a si n v e s t i g a t e d ，w i t ht h ep u r p o s eo fp r o v i d i n ge x p e r i m e n t a l b a s i st h a tu s e df o rs e l e c t i n gp r o p e rw e l d i n gp a r a m e t e ra n ds t a n d a r d si np r a c t i c a lp r o d u c t i o n i nt h et h e s i s ，r e s i s t a n c es p o tw e l d i n gt e c h n o l o g yw a sa p p l i e du n d e rd i f f e r e n tw e l d i n g s t a n d a r d st oc o n d u c tat e s to nt y p eq 2 3 5 bs t e e ls h e e tr e s p e c t i v e l y a f t e rt h a t , a t e n s i l e e x p e r i m e n tw a sc a r d e do u ti na l lt h ew e l d e dj o i n t sa n df r a c t u r eo ft y p i c a lw e l d e dj o i n tw a s o b s e r v e d a n dt h e n ，p a r t i a lw e l d e dj o i n t sw e r ec h o s e nt ot e s tt h e i rw e l dn u g g e ts i z e so nt h e b a s eo ft e n s i l ee x p e r i m e n t ，p r o c e e d i n gw i t hs y n t h e t i c a la n a l y s i st oa c q u i r eo p t i m a lw e l d i n g p a r a m e t e r m a k e as t u d yo ft h ei n f l u e n c eo fw e l d i n gs t a n d a r do i lt h ew e l dn u g g e tm o r p h o l o g y a n dm i c r o h a r d n e s s a n s y sm e t h o dw a sa d o p t e dt oa n a l y s et h er e s i s t a n c es p o tw e l d i n g p r o c e s so f p r e l o a d i n gc o n t a c to f t y p eq 2 3 5 b s t e e ls h e e t t h er e s u l t ss h o wt h a t ：b o t ht e n s i l es t r e n g t ha n dm i c r o h a r d n e s so fw e l d e dj o i n t sb e g i nt o i n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s i n go fw e l d i n gc u r r e n t ，w e l dn u g g e td i a m e t e ra n d i n d e n t a t i o nd e p t hi n c r e a s ew i t hi n c r e a s i n go fw e l d i n gc u r r e n t ，c o a r s eg r a i nw a so b t a i n e d u n d e r s t r o n gw e l d i n gc u r r e n t ；q u a l i t yj o i n t sb r e a ka th a z e v e n l y ，t h ef r a c t u r es u r f a c eu n d e r h a r dw e l d i n gs t a n d a r d si sa p tt oa s s u m eb r i d l ef r a c t r u ea n dt o u g hb r e a ku n d e rs o f tw e l d i n g s t a n d a r d s ；i t sc a ng e ts a t i s f a c t o r yp r o p e r t i e so fw e l d e dj o i n t su n d e ra l lt h ed i f f e r e n tw e l d i n g s t a n d a r d s ；t h ep h e n o m e n o no fe a s i l ya b r a s i o no nt h es u r f a c eo ft i p e n di ns p o tw e l d i n g e x p e r i m e n ti sc o n t r i b u t e dt os t r e s sc o n c e n t r a t i o no nt h i sa r e a , i ti sa l s of o u n dw h e n t h ec o n t a c t a r e ab e t w e e nt w ow o r k p i e c e si sg r e a t e rt h a nt h ea r e ab e t w e e ne l e c t r o d ea n dw o r k p i e c e ，t h e c o n t a c tp r e s s u r ei sm o r ew e l l d i s t r i b u t e d m ep e a kv a l u eo fc o n t a c tp r e s s u r eb e t w e e nt w o w o r k p i c e c si sc l o s e rc o n t a c t w i t ht h ec o n t a c ta r e ac e n t r e k e yw o r d s ： r e s i s t a n c es p o tw e l d i n g ；w e l d i n gs t a n d a r d s ；m i c r o s t r u c t u r e ；m i c r o h a r d n e s s ； c o n t a c tp r e s s u r e i i 西华大学硕士学位论文 目录 摘 要i a b s t r a c t i i 1 绪论l 1 1 本课题研究的内容和意义1 1 1 1 本课题研究的现状1 1 1 2 本课题研究的内容、技术路线和意义2 1 2 电阻点焊4 1 2 1 电阻点焊的原理4 1 2 2 电阻点焊的特点5 1 2 3 点焊循环及主要焊接参数。5 1 2 4 电阻点焊的方法及应用8 1 2 5 电阻点焊常见的缺陷及防止措施。1 0 1 3q 2 3 5 低碳钢薄板的性能及应用1 2 1 3 1q 2 3 5 b 钢的成分及性能1 2 1 3 2q 2 3 5 b 钢的点焊焊接性1 3 2 试验设备及试验方法14 2 1 试验设备1 4 2 2 试验方法15 2 2 1 拉剪试验15 2 2 2 金相实验及熔核尺寸的测定1 7 2 2 3 硬度测定18 3q 2 3 5 b 钢薄板点焊预压接触分析。19 3 1 有限元模型的建立及边界条件j 1 9 3 1 1 模型的假设条件1 9 3 1 2 实体模型的建立及边界条件1 9 3 1 3 有限元网格划分2 0 3 1 4 材料力学性能参数2 1 3 2 有限元模拟结果分析2 2 3 3 本章小结2 5 4 试验结果与分析2 6 4 1 点焊接头拉剪试验2 6 q 2 3 5 b 钢薄板电阻点焊工艺及接头性能与组织的研究 4 1 ：1 接头抗拉剪力的测定2 8 4 1 2 拉剪断口分析3 2 4 2 熔核尺寸的测定3 5 4 2 1 硬规范熔核尺寸的测定3 5 4 2 2 一般规范熔核尺寸的测定3 7 4 2 3 软规范熔核尺寸的测定3 9 4 3 点焊接头金相分析4 0 4 3 1 点焊接头各部位金相分析4 0 4 3 2 焊接电流对熔核组织的影响4 3 4 3 3 焊接规范对熔核组织的影响4 5 4 4 点焊接头显微硬度测定4 6 4 4 1 焊接电流对点焊接头显微硬度的影响4 7 4 4 2 焊接规范对点焊接头显微硬度的影响4 8 西华大学硕士学位论文 l绪论 1 1 本课题研究的内容和意义 1 1 1 本课题研究的现状 电阻点焊( r e s i s t a n c es p o tw e l d i n g ) 简称点焊。是将焊件装配成搭接接头，并压紧 在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法【l 】。它是一种高速、 经济的连接方法，适用于制造可以采用搭接接头不要求气密，厚度小于3 m m 的冲压、 轧制的薄板构件。随着现代科学技术的发展，电阻点焊作为电阻焊焊接技术一个重要的 分支，越来越受到焊接界的青睐【2 】。它以其生产效率高、焊接质量稳定、易实现机械化 和自动化等优点而广泛应用于航空、航天、能源、电子、车辆及轻工等部门。统计资料 表明，采用压焊完成的焊接量，每年约占世界总焊接量的1 3 ，并有继续增加的趋势， 其中点焊占了绝大部分。尤其是在汽车车体生产过程中，电阻点焊更是一个关键环节。 据统计每一辆轿车车身上，约有3 0 0 0 - 5 0 0 0 个电阻点焊焊剧3 1 。 国外对电阻点焊的研究，早在上个世纪五六十年代就已经开始，在高科技的辅助下， 研究成果取得了很大的进展，已经达到了相当高的水平。在研究初期，研究的重点大多 放在点焊原理探究、焊接性能影响因素以及点焊的工艺方面，而且已经开始初步涉及质 量控制和应力应变等领域，对材料的点焊分类研究和利用有限元方法分析点焊也已经开 始。七十年代，有的学者已经开始把注意力放在微型点焊、高精度的控制和预测、磁场 及异种钢和纯金属点焊、动态电阻等方面，对点焊的电流密度和电极尺寸等影响点焊的 因素进行了更加深入的探讨。到了八十年代，研究方法比以前更加先进，智能控制等方 法都不断出现，质量控制方法也得以改进，主要是对之前的研究进行了细化和不断地深 入，也进行了一些创新。进入九十年代，点焊的研究已经成熟，由于点焊理论和方法都 达到所需要的基础上，点焊的有限元方面的研究硕果累累，所占的地位也越来越重要， 并开始研究点焊的真实时间控制方法、电流探测、神经网络等领域，在理论研究方面也 更加深入。到了本世纪，有限元法已经成为研究点焊的重要方法之一，智能控制和预测 更加精确，模糊控制、微型点焊技术等方法逐步发展，对相关理论和方法也进行了改进， 并加强了对点焊阻尼特性、蠕变性能等方面的研究。 我国的点焊研究起步相对较晚，九十年代，关于点焊的研究涉及更多方面，在大 量研究的基础上，考虑了电极压力、电极材料等因素对点焊质量的影响，并对点焊熔 核的组织、热膨胀、瞬时特性、动态电阻等做出了更深入的研究。并且，人们开始了 质量控制及分析方面的研究，结合人工数值分析、神经网络等先进手段，分析电阻点 q 2 3 5 b 钢薄板电阻点焊工艺及接头性能与组织的研究 焊各方面的因素及特点。进入2 1 世纪，对点焊的研究内容分类更为明确且更加细致， 无论是在理论还是实践上都有很大突破，并在研究中逐步运用了大量新技术和新方法， 如无损检验、模糊控制，而计算机作为一种非常有利的辅助工具，与研究在各个方面 都紧密结合，主要涉及自动控制、智能控制、数据采集及检测等，人工神经网络、有 限元等方面的研究也更为深入，它们与理论研究、试验方法研究等逐步成为一体互补 的研究方式，使得点焊研究的不断进步。与此同时，大量的研究围绕着实际生产进一 步展开，研究所涉及的面也更加宽广。 1 1 2 本课题研究的内容、技术路线和意义 本课题研究的目的：探索q 2 3 5 b 钢薄板电阻点焊规范及工艺参数对熔核尺寸以及 焊接接头组织和力学性能的影响，为工程应用提供一定的理论基础。 本课题的主要研究内容： 1 ) 以l m m 厚的q 2 3 5 b 钢薄板为母材，用固定式点焊机焊接，测定不同规范和不 同焊接电流下熔核的抗拉剪力，根据断裂情况确定各个规范点焊的可焊范围。并利用扫 描电镜对典型的拉剪试样的断口进行观察，对各个断口形貌进行比较分析并得出规律。 2 ) 在确定了点焊可焊范围的基础上，对三种规范不同焊接电流下形成熔核尺寸进 行测量并比较，进一步确定各规范的最佳焊接电流。同时观察熔核组织，研究焊接规范 参数对熔核尺寸和熔核组织的影响。 3 ) 借助a n s y s 软件建立电阻点焊的有限元模型，对点焊预压阶段的接触情况进 行分析，得出各规范点焊预压阶段电极与工件间、工件与工件间的接触面压力分布情况， 并比较得出变化规律。 本课题技术路线如图1 1 所示。 本课题研究意义： 焊接参数的改变对电阻点焊接头有着很大的影响，特别是焊接电流的改变，直接决 定着通过点焊电极端面的电流密度，从而影响到点焊熔核的尺寸。其它焊接参数如通电 时间、电极压力等也对焊接接头的质量有着重要的影响。另外，根据不同的焊接材料制 定相应的焊接规范，不仅可以保证焊点的质量，而且还可以在一定程度上节约人力资源， 降低生产成本，提高生产效率。随着现代工业的发展，机械化和自动化程度的不断提高， 电阻点焊的应用也越来越广泛，已经成为现代工业生产中必不可少的重要焊接方法之 一。特别是在汽车行业，汽车生产中点焊约占7 5 ，而其它焊接方法只占2 5 ，汽车的 车身总成、地板、车门等都是依靠电阻点焊来完成焊接【4 】。虽然人们对电阻点焊开展了 大量研究，但是同时针对同一材料在不同规范下的点焊研究并不多。所以，开展对电阻 点焊在不同规范条件下接头性能的研究具有重要的现实意义。 西华大学硕士学位论文 一一一 图1 1 技术路线图 f i g 1 1h o wc h a r t q 2 3 5 b 钢薄板电阻点焊工艺及接头性能与组织的研究 1 2 电阻点焊 1 2 1 电阻点焊的原理 几 图1 2 电阻点焊示意刚5 】 f i g 1 2s c h e m a t i cd e m o n s t r a t i o no fr e s i s t a n c es p o tw e l d i n g 电阻点焊工作原理如图1 2 所示，焊接过程中，将焊件( w o r k p i e c e ) 压紧在两电极 ( u p p e r e l e c t r o d ea n d l o w e re l e c t r o d e ) 之间，当施加电极压力后，阻焊变压器向焊接区域 通过强大的焊接电流，在被焊工件接触面上形成大量的真实物理接触点，并且随着通电 加热而不断扩大。热能与塑变能使得接触点的原子不断激活，消失接触面，继续加热形 成熔化的核心( w e l dn u g g e t ) ，简称熔核。熔核中的液态金属由于电动力等的作用发生 强烈搅拌，熔核金属的成分被均匀化，结合面迅速消失。加热停止后，熔核中液态金属 以自由能最低的熔核的边界半熔化晶粒表面为晶核开始结晶，接着沿与散热相反的方向 不断以枝晶形式向熔核中间延伸，最后得到晶粒生长充分的焊点【6 】。简而言之，电阻点 焊过程中，在良好的焊接循环下，无论焊接哪种材料，每个焊点的形成过程都必分为3 个连续的阶段：第一阶段预压阶段。电极压力使工件的焊接处紧密接触，保证焊接 所需的接触电阻。第二阶段通电加热阶段。焊接电流通过挤压在电极间的工件，产 生电阻热，加热工件达到熔化状态，形成熔化核心。熔核外部金属因通过的电流较小， 形成塑性环包围熔核，影响焊点的强度。第三阶段拎却结晶阶段。焊点熔化后，在 西华大学硕士学位论文 冷却结晶过程中会伴随有相当大的收缩，在这阶段一定要延迟解除电极压力，使焊点在 未完全冷却前，由于电极压力的作用而得到更加致密的结晶组织【7 1 。 1 2 2 电阻点焊的特点 电阻点焊的优点：1 ) 焊接的速度快。由于点焊时，对连接区的加热时间很短，比 如对低碳钢薄板的点焊，焊接时间一般情况下不会超过1 秒钟。2 ) 节约材料。电阻点 焊只消耗电能，不需要使用填充材料或焊剂、保护气体等。3 ) 焊件变形小。根据各种 不同的焊件材料选择合理的焊接规范，被焊工件的焊接变形量比电弧焊等其它焊接方法 的更小。4 ) 生产效率高。电阻点焊接头的质量主要由焊机保证，设备操作简单，易于 实现机械化和自动化，从而使得点焊的生产效率较高。5 ) 操作工人劳动条件好。电阻 点焊不会像电弧焊一样产生弧光和大量烟尘，不用保护气体，工作环境较好，而且操作 也较简单，因此操作点焊的工人劳动强度低、劳动条件好。 电阻点焊的缺点：1 ) 由于电阻点焊通电在很短时间内完成，需要用大电流及施加 压力，所以点焊过程的程序控制较复杂，焊机容量大，设备价格高，一次性投入大【8 】 2 ) 由于电阻点焊是个看似简单而实际复杂的过程，对电阻点焊质量的无损检测到目前 发展还不完善。 1 2 3 点焊循环及主要焊接参数 在电阻点焊过程当中，完成一个焊点所包含的全部程序称为一个焊接循环。当今应 用最为广泛的点焊循环是由“加压一焊接一维持一休止”四个程序段组成的点焊。而在整 个焊接循环中，如何选择焊接参数将会直接影响着焊接的质量，以下对几个主要的点焊 焊接参数进行简单介绍： 焊接电流i 焊接过程中流经焊接回路的电流称为焊接电流，焊接电流较大，根 据不同的材料以及不同的工件厚度，点焊焊接电流一般在数千安培( a ) 到数万安培( a ) 之间。焊接电流是点焊最主要的焊接参数。 焊接时间t 焊接电流接通到停止的持续时间，称为点焊的通电时间，简称焊接 时间。点焊的焊接时间t 一般在数十周波( 1 周波= 0 0 2 s ) 以内。焊接时间对焊接接头塑 性指标影响较大，尤其对需承受动载荷或有脆性倾向的材料，长的焊接时间将产生较大 程度的不良影响。 电极压力f w 点焊时经过电极施加在焊件上的压力一般要上千牛顿( n ) 。电 极压力过大或者过小都会不利于焊点的形成。电极压力过小，焊接区金属的塑性变形范 围和程度不足，形成真实的物理接触点的量不足，造成由于电流密度过大而引起的加热 速度增大而塑性环又不能及时扩展，从而产生喷溅，这样既对点焊熔核产生不利影响又 5 q 2 3 5 b 钢薄板电阻点焊工艺及接头性能与组织的研究 污染环境且不安全；电极压力太大，焊接区域金属接触面增大，总电阻和电流密度均会 减小，焊接散热增加，从而使得熔核尺寸下降，严重时会出现未焊透缺陷。一般认为， 在增大电极压力的同时应适当加大焊接电流或焊接时间，以维持焊接区加热程度不变。 电极头端面尺寸d 或r 点焊时同工件表面接触的电极端头部分称为电极头。常 用的点焊电极可根据电极头的形状不同而分为锥形电极和球面电极，其中d 为锥形电 极头端面的直径，而r 为球面电极头球面的半径。当电极头端面尺寸改变时，会直接导 致电极与工件之间的接触面积发生改变，从而影响电流密度大小和散热效果的好坏，使 得焊接区的加热程度发生变化，并由此影响到熔核的尺寸和焊点的力学性能。在点焊过 程当中，由于电极的工作条件恶劣，电极头很容易被磨损和变形，因此必要时应当对电 极头进行机加工，使其各项尺寸均能保持在规定范围之内咿j 。 蟋l ll电极力， 聊l 素 心六l 卜厂一 肇 脚 l时间 预压焊接维持休止。 图1 3 常用点焊焊接循环示意图【1 0 】 f i g 1 3s c h e m a t i co fs p o tw e l d i n g i nc o m n l o nu s e 点焊时的各焊接参数的影响是相互制约的。当点焊电极的材料、端面形状和尺寸等 一定的情况下，焊接电流、焊接时间以及电极压力是构成点焊接头的三大要素。这三大 要素相互配合可形成各种不同点焊规范，焊接电流i 与焊接时间t 的适当配合，以反映 焊接区被加热的速度为主要特征。当采用大焊接电流、短焊接时间参数时，称之为硬规 范；而采用较小的焊接电流和与之相匹配的适当长的焊接时间时，即是软规范。当调节 焊接电流与焊接时间配合形成不同的规范时，需要相应的改变电极压力f w ，以适应不 同加热速度以及满足不同塑性变形能力的要求。硬规范所用的f w 显著大于软规范焊接 6 西华大学硕士学位论文 的f w 。总之，在实际生产中，应该根据材料的物理性能来选取最适宜的焊接规范，尽 量做到在保证焊接质量的前提下更能节约生产成本。 焊接电流i 和电极压力f w 的配合是以焊接时不产生喷溅为主要原则，根据这个原 则制定的i - f w 关系曲线，叫做喷溅临界曲线( 图1 3 ) 。曲线左半边是无喷溅区，这里 的f w 大而i 小，但是焊接压力选择过大会造成塑性环范围过宽，导致焊接的质量不稳 定；曲线右半区为喷溅区，由于电极压力不足以及加热速度过快而引起喷溅，造成焊接 接头质量严重下降和生产的不安全。当规范选在无喷溅区内的喷溅临界曲线附近时，可 以获得最大熔核和最高抗拉强度。同时，因为降低了焊机机械功率，从而提高了经济效 果。但是在实际生产中应用这一原则时，我们应该将电网电压、加压系统等的允许波动 带来的影响考虑在内【1 1 】。 趸 i 芝 亡 ，认 图1 4 焊接电流与电极压力的关系 f i g 1 3r e l a t i o n s h i po fw e l d i n gc u r r e n ta n de l e c t r o d e ( a 、b 、c 为r w m a 焊接规范中的三类) q 2 3 5 b 钢薄板电阻点焊工艺及接头性能与组织的研究 1 2 4 电阻点焊的方法及应用 根据电阻点焊过程中向焊接区馈电方式不同，可分为双面点焊和单面点焊。同时， 又根据在同一点焊焊接循环中所能够形成的焊点数，可将其进一步细分： 1 双面单点焊如图1 5 a ) 所示。上下两电极1 、2 分别位于焊件3 上、下两面，进 行单点焊接。这种焊接方法，电极力较大，焊接电流能集中通过焊接区，可减少焊件的 受热区，提高焊接质量。因此，一般情况下应尽量采用这种点焊方法。 2 双面双点焊如图1 5 d ) 所示。采用两台焊接变压器，分别对焊件上、下两边的成 对电极进行供电。两台变压器的接线的方向，应保证上、下电极在焊接时间内极性相反。 这样，上、下两变压器的次级回路共同形成一个单一的回路，一个焊接循环可同时形成 两个焊点。此种焊接方法的特点是：分流小，电极压力不受限制，焊接质量较好，主要 用于厚度较大的大型部件的焊接，在一般情况下采用较少。 3 单面双点焊如图1 5 - b ) 所示。两个电极在焊件同一面进行焊接。可以同时焊接两 个焊点。这一方法适用于焊接尺寸很大、形状较复杂、不便移动的焊件；而且能保证焊 件一面表面无压痕。但在焊接过程中，部分电流直接经上面的焊件被分流并使焊件产生 一定程度的翘曲变形。为了减少分流，可在焊件下面加铜垫板4 ，使大部分电流经导电 性比较好的铜垫板流过，从而减少分流保证了焊接电流密度。另外，因所用电极力受到 焊件刚度限制，应使用刚性比较大的带铜垫板的胎具。这种方法大多用于客车车厢、汽 车等大型结构的生产上。 4 单面单点焊的两个电极位置在焊件的同一面，其中的一个电极仅起导电块作用， 如图1 5 c ) 所示。这种方法与单面双点焊特点一样，主要用于由于受形状限制而不能采 用双面单点焊的结构上【1 2 】。 双面点焊应用最广泛，尤其如图1 5 a ) 所示是最常用的方式，也是本次研究的实验 所用的点焊方式。实际生产中根据被焊工件的特点和生产上的需要可选用相应的最适的 点焊方式。但是，无论使用何种点焊方式，对工件馈电点焊时都应遵循以下原则：a ) 尽 量缩短二次回路的长度和减小回路所包围的空间面积，从而减少能耗；b ) 尽量保证伸入 二次回路的铁磁体体积不发生变化，防止焊接电流产生大的波动，从而恒定焊接质量。 c 1 尽量避免和减小分流【l3 1 。 西华大学硕士学位论文 l ， 3 l a 卜 l i 一欠l f t i f ，乙一 尸 ，一、 p a 乓 1 l - l 一 l 卜 r1r l 亨 t r - 1 i d1 、- 1 ，一 f【广厂y n - p a ) 双面单点焊b ) 单面双点焊c ) 单面单点焊d ) 双面双点焊e ) 多点焊 1 、2 - 电极卜焊件仁铜垫板 图1 5 主要点焊方法原理图 f i g 1 5s c h e m a t i co fm a i nr e s i s t a n c es p o tw e l d i n gm e t h o d s 9 q 2 3 5 b 钢薄板电阻点焊工艺及接头性能与组织的研究 点焊适宜用于薄板冲压件的搭接焊、薄板与型钢结构的焊接、网和空间构架以及交 叉钢筋等的焊接。在工件的厚度上，不同的材料的构件能点焊的最大厚度也不同：一般 焊接厚度不超过3 m m 的冲压、轧制薄板构件，也可焊接厚度达到6 m m 甚至更厚的构件， 但这时综合焊接质量和焊接成本等因素来考虑就不如某些熔焊方法；但在焊接钢筋和棒 料时，被焊件直径可达2 5 m m ；如果焊接厚度不等的构件，其厚度比不宜超过1 ：3 【1 引。 1 2 5 电阻点焊常见的缺陷及防止措施 电阻点焊的缺陷大致有以下几种：熔核尺寸方面的缺陷( 包括核心直径不符合要求， 焊透率过大等) ；未熔合或未完全熔合；外观缺陷( 包括电极压痕过深、飞溅等) ；内 部缺陷( 裂纹、缩孔、气孔等) 【l5 1 。如图1 4 所示。 圈日 圈 ( a ) 未熔合( b ) 熔核尺寸小 ( c ) 焊透率过大 阕酋二乏j 七当 ( d ) 压痕过深( e ) 表面喷溅 回图固 ( f ) 裂纹( g ) 缩松 图1 6 电阻点焊常见的缺陷【1 6 】 f i 9 1 6c o m m o nf l a wo fr e s i s t a n c es p o tw e l d i n g 0 a ) 缩孔 、熔核尺寸缺陷：特征为焊点过小、未熔合或未完全熔合、焊透率过大。 1 、焊点过小，直径不符合要求。 西华大学硕士学位论文 熔核直径小于规定的尺寸，产生原因除了电流和电极压力偏小外，容易忽视的是往 往将电极直径与熔核直径理解为同一要求。实际上往往熔核直径总是小于电极直径的。 排除电极的压力的因素，则应考虑电极的直径问题，一般情况下，电极直径应比要求的 熔核直径大1 1 5 m m ，在合适的工艺参数下才能保证熔核直径的要求。 2 、未熔合或未完全熔合。 如果点焊后熔核产生未熔合或未完全熔合，应考虑是否为输入工件的功率问题，可 以调整加大电流，延长通电时间和适当调整电极压力。还有可能就是电极接触面积过大 或工件表面清理不良，应休整电极或加强工件表面清理。 3 、焊透率过大。 如图1 6 所示。焊透率( a ) 是指熔深h 与板厚d 的百分比，即a _ ( h d ) 1 0 0 。 在实际生产中，合格焊点应该满足a = 3 0 7 0 。也就是说合格熔核的焊透率应该在3 0 到 7 0 之间，焊透率过大会对接头强度造成不利影响。焊接电流过大，通电时间过长，电 极压力不足以及电极冷却条件差等因素都可能导致焊透率过大。我们应该通过调整焊接 参数以及加强电极冷却等措施来防止焊透率过大。 i v 一 l o v ，i ，_ i - 。匹z “ v v i 7 - 爿 r 心。- 扣一心沁n d 图1 7 点焊接头尺寸【1 7 】 f i g 1 7s i z eo fs p o t w e l d e dj o i n t 二、外部缺陷 l 、焊点压痕过深 电极接触面积过小，或者焊接电流过大，通电时间过长，电极压力不足以及电极冷 却条件差都可能造成焊点压痕过深。在质量检验标准中，点焊的压痕深度一般规定允许 材料厚度的1 5 - 2 0 ，过大的压痕深度会削弱焊点的强度。可通过休整电极、调整焊 接参数和加强冷却等手段来解决这个问题。 q 2 3 5 b 钢薄板电阻点焊工艺及接头性能与组织的研究 2 、飞溅或喷溅 飞溅或喷溅是电阻点焊的常见缺陷，轻微是允许的，大的飞溅或喷溅是十分有害的， 它破坏了焊点周围的塑性环，降低了强度和塑性。可能是由于电极压力不足或电极与焊 件虚接触、电极或焊件表面不平整等因素引起的。可通过调整压力、调整电极的平整度 等措施来解决。 三、内部缺陷 电阻点焊常见的内部缺陷主要有裂纹、缩松、缩孔等，产生的可能原因有：焊接时 间过长，电极压力不足、熔核区淬硬、喷溅过多等。在实际生产中可通过调整焊接参 数、选用合适的焊接循环以及清理焊接表面，增大电极压力等措施来防止以上内部缺陷 的产生。 1 3q 2 3 5 低碳钢薄板的性能及应用 1 3 1q 2 3 5 b 钢的成分及性能 q 2 3 5 钢是一种普通碳素结构钢。q 代表的是这种材料的屈服度，后面的2 3 5 ，就是 指这种材料的屈服值在2 3 5 m p a 左右。并会随着材料厚度的增加而使其屈服值减小。质 量等级按硫、磷含量的多少分为a ，b ，c 和d 四级，其中a 级硫、磷含量最高，d 级 硫、磷含量最低。由于q 2 3 5 钢含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得 到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、 窗框钢等型钢，中厚钢板。大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、 高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机 械零件。c 、d 级钢还可作某些专业用钢使用【l8 1 。本实验所用材料为q 2 3 5 b 薄板。q 2 3 5 b 钢的化学成分及力学性能见表1 1 和表1 2 【l 圳。 表1 1q 2 3 5 b 钢的化学成分( w f ) t a b l e l 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fq 2 3 5 b ( w t ) 西华大学硕士学位论文 q 2 3 5 b 钢中c 含量为o 1 2 - - - 0 2 0 ，属于低碳钢，韧性比较好，有一定的强度和 延伸率，铸造性、冲压性能和焊接性均良好，是机械制造中很常用的常用材料，主要用 于制作建筑、桥梁工程中使用的需要较高质量要求的焊接结构件。总之，q 2 3 5 b 钢成本 低，产量大，综合性能较为优越，是一种应用极为广泛的工程用钢。 1 3 2q 2 3 5 b 钢的点焊焊接性 焊接性是用来衡量金属材料在一定焊接工艺条件下，实现优质焊接接头难易程度的 尺度。由于电阻点焊过程是在热一力联合作用下进行的，其焊接性通常比熔焊工艺条件 下好1 2 。判断金属材料电阻点焊焊接性的主要标志：材料的导电性和导热性，即电阻 率较小而热导率又较大的金属材料，其焊接性较差；材料的高温塑性和塑性温度范围， 即高温条件下屈服强度大的材料( 如耐热合金) 、塑性温度区较窄的材料( 如铝合金) ，其 焊接性较差；材料对热循环的敏感性，即容易生成与热循环作用相关的缺陷( 裂纹、 淬硬组织等) 的材料( 如6 5 m n ) ，其焊接性较差；被焊材料的熔点高、线膨胀系数大以 及硬度高，其焊接性通常也较差。当然，评定某种金属材料电阻点焊的焊接性时，应当 全面地考虑以上各因烈2 1 】。 q 2 3 5 b 是一种很典型的低碳钢，它具有非常好的点焊焊接性。由于它的含碳量较 低 w ( c ) 0 2 0 】，其电阻率和热导率适中，所需要焊机的功率小；塑性温度区较宽， 可以在不必使用很大的电极力条件下很容易获得所需的塑性变形；碳以及合金元素含量 低，没有高熔点氧化物，一般情况下不会产生大量淬火组织或夹杂物；结晶温度区间窄、 高温强度低以及热膨胀系数小，所以开裂倾向小。 q 2 3 5 b 点焊技术要点： 1 ) 冷轧钢板电阻点焊前无需专门清理，而热轧板则必需在焊前清除其表面的氧化 物、铁锈等杂质。如经冲压加工，则需要除去冲压过程中沾上的油污。 2 ) 选用中等电导率和中等强度的c r - z r - c u 或c r - c u 合金电极。 3 ) 表面清理质量不好或者冲压精度较差而刚度又比较大时，可考虑采用调幅电流( 渐 升) 或增加预热电流的措施来减少焊接的飞溅。 4 ) 当板厚超过3 m m 时，由于焊接电流较大，通电时间较长，电极容易磨损和变形。 所以为改善电极头的工作条件，可采用多脉冲焊接电流【2 2 1 。 。 q 2 3 5 b 钢薄板电阻点焊工艺及接头性能与组织的研究 2 试验设备及试验方法 2 1试验设备 本试验所用主要设备是：唐山松下产业机器有限公司生产的y r 一3 5 0 s a 2 h g e 固定 点焊机。辅助设备有：数控电火花线切割机床、脚踏剪板机、磨床等。 焊接接头力学性能和接头金属组织以及熔核尺寸实验所用设备有： l 、w e 3 0 型液压万能试验机； 2 、x q 一1 型金相试样镶嵌机； 3 、p 1 抛光机；4 、o l y m p u s t o k y o 型金相显微镜； 5 、体视显微镜；6 、扫描电镜。 7 、h v s 1 0 0 0 型显微硬度仪； 下面对本试验的主要设备y r 一3 5 0 s a 2 h g e 固定点焊机进行简要介绍： 点焊机主要由电极、控制装置、脚踏开关等部分组成，并且空气压缩机和冷却水管 分别由进气口和给水口接入。焊接之前先做好各项准备工作：先将电源、空气压缩机、 冷水管分别接好并检查确保无漏水、漏气等情况发生；再将冷却水阀打开，检查冷却水 是否顺利进入焊机经过电极冷水槽并由焊机出水管排出；然后接通电源，打开空气压缩 机，由进气口往焊机送入压缩空气并调节减压阀，使压力值保持在预定的数值；接着打 开焊机控制装置供电控制开关，调整电流大小、加压时间、焊接加热时间等参数，并把 开关设定在“焊接”位置。做完这一系列的准备工作之后，便可将准备好的焊件放置在上、 下两电极之间，踏下脚踏开关即开始焊接。完成一个焊接循环以后，电极自动松开，继 续下一个焊接循环。 焊接之前可通过控制装置表盘上的按钮调节焊接电流和焊接加热时间，焊接电流可 在1 9 9 梯度( 1 梯度= 1 0 4 a