焊接本科畢業(yè)設計論文

1、摘 要不銹鋼自1912年發(fā)明以來取得迅猛發(fā)展，至今全球仍以每年3%5%的速度遞增。我國正處于不銹鋼生產和應用的高速增長期，2001年我國不銹鋼的使用量已躍居世界第一。不銹鋼通常含有 Cr(WCr 12%)、Ni、Mn、MO等元素，具有優(yōu)異的耐蝕性能以及特有的力學性能、物理性能和工藝性能使其適于制造要求耐腐蝕、抗氧化、耐高溫和超低溫的零部件設備，故而不銹鋼具有廣泛的應用前景，其焊接具有特殊性。不銹鋼在電阻點焊過程中極易產生飛濺，焊接接頭處易出現結合面斷裂，將直接影響焊接接頭的質量。本文針對上述問題，研究了304不銹鋼電阻點焊接頭的組織結構特點，分析了焊接電流、焊接時間、電極壓力以及焊接過程中對電

2、阻點焊接頭組織和性能的影響。實驗表明：當焊接電流為6000A，電極壓力為4000N，焊接時間為7個周波時焊點性能最好。接頭的主要結晶形態(tài)為柱狀晶，其結合面為點焊接頭的薄弱區(qū)域。不銹鋼點焊接頭易出現裂紋及縮孔等焊接缺陷，使點焊接頭質量降低。關鍵詞: 304不銹鋼,電阻點焊,微觀組織,力學性能AbstractStainless steelhas been developed rapidlysince its invention in 1912,so far the world stillwith annual 3%to 5% annually.Our country is in the rapid

3、growth ofproduction and application ofstainless steel,2001 usageof stainless steel in Chinahas been ranked first in the world.Stainless steel isreferred to as thecorrosion and heat resistant alloy steel.So usually contain Cr(WCr12%),Ni, Mn, Mo and other elements, with excellent corrosion resistance

4、and mechanical properties, unique physical properties and processing properties make it suitable for manufacturing requirements of corrosion resistance, high temperature resistance and parts of equipment of ultra low temperature, and so has the widespread application prospect, the welding with speci

5、al.Stainless steel in the process of resistance spot easily to have rained down, welding joints with face easy appear rupture, will directly affect the quality of the welding joint. This is article in view of the above problems, 304 stainless steel resistance spot joint of the organizational structu

6、re characteristics, analyzed the welding current, welding time, electrode pressure and welding process of resistance spot joint organization and performance influence. The experiment showed that when welding current for welding current 6000A, electrode pressure for 4000N, welding time for 7cyc solde

7、r joint performance is the best. The main crystalline form joint is columnar crystals , which combined surface area for the weak spot welding joints . Stainless steel welding joints prone to cracks and weld defects such as shrinkage , so that the quality of welding joints is reduced.Key words：304 st

8、ainless steel , Resistance spot welding ,Microstructure, Mechanical properties目 錄摘 要I1 緒論11.1 選題背景及意義11.2 電阻點焊技術及當前發(fā)展狀況11.3 不銹鋼的概述61.4 本文研究的主要內容102 實驗方案分析、確定及實施112.1 實驗材料112.2點焊工藝參數選擇122.3 試驗過程133 試驗結果與分析163.1 電極壓力的確定163.2 焊接電流的確定163.3 焊接時間的確定193.4 試樣焊接接頭顯微組織分析213.5 斷口分析233.6 304不銹鋼接頭成分分析24結 論26致 謝2

9、7參考文獻28附 錄291 緒論1.1選題背景及意義輕量化、節(jié)能、環(huán)保和安全是當今世界的主題和工業(yè)發(fā)展的方向。材料及其相關應用技術是汽車、航空等工業(yè)技術創(chuàng)新的重要內容和物質基礎。輕量化材料和相關的應用技術在汽車上的應用是降低汽車排放和提高燃油經濟性的有效措施之一。汽車質量每減重0.1t，燃油消耗可降低0.6%-1.0%，全世界每年可以減少石油使用量3.4億桶，CO氣體排放2.02億噸。針對電阻點焊質量保證體系現狀，高效、可靠、低成本、易操作、易實現焊接自動化，適用于大批量生產，并能獲得表征焊接過程和質量的特征信息是電阻點焊的研究方向。同時校驗對所學相關課程理論、技能的理解程度，對于培養(yǎng)理論聯系

10、實際的作風具有重大意義。在汽車制造業(yè)中，電阻點焊仍是主要的生產工藝。它具有高效、價格低及易于實現自動化焊接的特點。電阻點焊廣泛應用于低碳鋼、高強鋼和鍍層鋼等焊接。在法國、英國等國家為了減輕汽車的質量、改善油耗，則采用輕金屬材料，如鋁合金。然而，不同的材料及不同的板厚，需要不同的點焊工藝與之相配合，以達到最佳的力學性能和工藝性能。因此，采用好的優(yōu)化設計方法，選擇最佳焊接工藝參數對于深入理解電阻點焊接頭強度的意義、正確選擇連接工藝、指導汽車制造具有重要意義。1.2電阻點焊技術及當前發(fā)展狀況點焊作為一門機械、力學、電子、控制等多學科密集交叉的專門制造技術，其發(fā)展與其他科技的進步息息相關。隨著我國制造

11、技術自動化程度的日益提高，對點焊接頭的質量的可靠性也提出了更高的要求，因此如何采用精確控制方法來監(jiān)控電阻電焊過程，以滿足現代化生產的需要已經成為電阻電焊質量控制研究的重點1。點焊是一個高密度非線性、多變量耦合作用和存在大量隨機不確定因素的過程，而且形核處于封閉狀態(tài)且無法觀測，質量信息的提取難度也非常大。影響電阻電焊質量的因素很多，包括接頭設計、材料性能、工藝方法選擇電阻焊設備的可靠性與穩(wěn)定性，甚至還包括焊工操作水品和生產環(huán)境，這些因素都使得焊接過程復雜程度增加，是質量控制變得非常困難。而且隨著電阻點焊應用領域的不斷擴展和深入，對焊接質量也提出了越來越高的要求。近年來隨著汽車車輛、航空航天、建筑

12、、運輸以及輕工家電等工業(yè)的飛速發(fā)展，相應的工業(yè)產品在其材料、結構及應用領域上不斷更新和發(fā)展，對產品的加工質量要求不斷提高，作為這些工業(yè)產品制造中的一種廣泛使用的材料加工工藝電阻焊也受到了很大的挑戰(zhàn)。為了適應新材料、新工藝。新產品在工業(yè)上開發(fā)應用的需要，以使電阻焊工藝及設備能滿足現代化生產的要求，近十年來，各國焊接界在電阻焊工藝和設備控制方面做了大量的工作，主要集中在以下幾方面:（1）電阻焊過程的計算機模擬研究（2）新型材料的可焊性研究（3）電阻焊質量監(jiān)控方法研究1.2.1 電阻點焊定義電阻點焊(Resistance Spot Welding，簡稱RSW)是較受汽車工業(yè)青睞且應用較為廣泛的傳統(tǒng)材

13、料連接技術之一。把工件裝配成搭接接頭，將其壓緊于上下電極之間，利用瞬時電流通過工件時產生的電阻熱熔化母材金屬，經冷卻后形成焊點的焊接方法即為電阻點焊。1.2.2 點焊相變原理熔核、塑性環(huán)及其周圍母材金屬的1部分構成了點焊接頭。在良好的點焊焊接循環(huán)條件下，接頭的形成過程是預壓、通電加熱和冷卻結晶3個連續(xù)階段所組成。圖1-1 點焊原理圖（1）預壓階段：在電極壓力的作用下清除1部分接觸表面的不平和氧化膜，形成物理觸點，為焊接電流的順利通過及表面原子的鍵合作準備。（2）通電加熱階段：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。通電剛開始，由于邊緣效應，使焊件

14、接觸面邊緣處溫度首先升高，接著由于金屬加熱膨脹，接觸面和電流場均擴展并伴有繞流現象，而靠近電極的焊接區(qū) 金屬散熱較有利，從而在焊接區(qū)內形成了回轉雙曲面的加熱區(qū)，其周圍產生了較大的塑性變形。隨著通電加熱的持續(xù)，電極與工件接觸表面增加，表面金屬的冷卻增強，而焊接區(qū)中心部位由于散熱困難溫度繼續(xù)升高，形成被塑性環(huán)包圍的回轉4方體形液態(tài)熔核。繼續(xù)延長通電時間，塑性環(huán)和熔核不斷長大。當焊接溫度場進入準穩(wěn)態(tài)時，最終獲得橢圓形液態(tài)熔核，周圍是將熔核緊緊包圍的塑性環(huán)。（3）冷卻結晶階段：使液態(tài)熔核在壓力作用下冷卻結晶。由于材質和焊接規(guī)范特征不同，熔核的凝固組織可有3種：柱狀組織、等軸組織、柱狀+等軸組織。由于點

15、焊加熱集中、溫度分布陡、加熱與冷卻速度極快，若焊接參數選用不當，在結晶過程中會出現裂紋、胡須、縮孔、結合線伸入等缺陷，可通過減慢冷卻速度和段壓力等措施來防止缺陷產生。1.2.3電阻點焊的焊接參數及其間的相互關系1.2.3.1點焊的焊接參數點焊參數主要有焊接電流、焊接通電時間、電極壓力和電極尺寸。 （1）焊接電流 析出熱量與電流的平方成正比，所以焊接電流對焊點性能影響敏感。再其他參數不變時，當電流小于某值熔核不能形成，超過此值后，隨電流增加熔核快速增大，焊點強度上升，而后因散熱量的增大而熔核增長速度減慢。如進一步提高電流則導致產生飛濺，焊點強度反而下降，在實際生產中，焊接電流的波動有時甚大，其原

16、因有：電網電壓本身波動或多臺焊機同時通電，鐵磁體焊件深入焊接回路得變化，前點對后點的分流等。除選擇對焊接電流變化較不敏感的參數外，解決上述問題的方法是反饋控制。（2）焊接時間 通電時間的長短直接影響輸入熱量的大小，在目前廣為采用的同期控制點焊機上，通電時間是周（我國一周為20ms）的整數倍。再其他參數固定的情況下，只有通電時間超過某最小值時才開始出現熔核，而后隨通電時間的增長，熔核先快速增大，拉剪力也提高。當選用的電流適中時，進一步增加通電時間熔核增長變慢，漸趨穩(wěn)定。但由于加熱時間過長，組織變差，正壓力下降，會對塑性指標下降，當選用的電流較大時，則熔核長大到一定極限后產生飛濺。（3）電極壓力

17、電極壓力的大小一方面影響電阻的數值，從而影響析熱量的多少，另一方面影響焊件向電極的散熱情況，過小的電極壓力將導致電阻增大，析熱量過多切散熱較差，引起前期飛濺；過大的電極壓力將導致電阻減小，析熱量少，散熱良好，熔核尺寸縮小，尤其是熔核率顯著下降。因此從節(jié)能角度來考慮，應選擇不產生飛濺的最小電極壓力。（4）電極工作面尺寸 目前點焊時主要采用錐臺形和球面形兩種電極。錐臺形的端面直徑和球面形的端部圓弧半徑的大小，決定了電極與焊件接觸面積的多少，在同等電流時，它決定了電流大小和電極壓強分布范圍。一般應選用比期望獲得熔核直徑大20%左右的工作面直徑，所需的端部尺寸，其次取決于電極是內水冷卻的，電極上散失的

18、熱量往往高達50%的輸入總熱量，因此端部工作面的波動或水冷卻端部電極表面的距離變化均將嚴重影響散熱量的多少，從而引起熔核尺寸的波動，因此要求錐臺形電極工作面直徑期間每增大15%左右必須修復，而水冷卻孔端至表面距離在耗損至僅純34mm時，即應更換電極。1.2.3.2 規(guī)范參數間相互關系及選擇點焊參數的選擇主要取決于金屬材料的性質、板厚及所用設備的特點（能提供的焊接電流波形和壓力曲線）。當電極材料、端面形狀和尺寸選定后，焊接規(guī)范的選擇主要是考慮焊接電流、焊接時間及電極壓力這三個參數，其相互配合可有兩種方式：（1）焊接電流和焊接時間的適當配合 這種配合是以反映焊接區(qū)加熱速度快慢為主要特征。當采用大焊

19、接電流、小焊接時間參數時稱硬規(guī)范；而采用小焊接電流、適當延長焊接時間參數時稱軟規(guī)范2。軟規(guī)范的特點：加熱平穩(wěn)，焊接質量對規(guī)范參數波動的敏感性低，焊點強度穩(wěn)定；溫度場分布平緩、塑性區(qū)寬，在壓力作用下易變形，可減少熔核內噴濺、縮孔和裂紋傾向；對有淬硬傾向的材料，軟規(guī)范可減小接頭冷裂紋傾向；所用設備裝機容量小、控制精度不高，因而較便宜。但是，軟規(guī)范易造成焊點壓痕深、接頭變形大、表面質量差；電極磨損快、生產效率低、能量損耗較大。硬規(guī)范的特點與軟規(guī)范基本相反，在一般情況下，硬規(guī)范適用于鋁合金、奧氏體不銹鋼、低碳鋼及不等厚板材的焊接，而硬規(guī)范較適用于低合金鋼、可淬硬鋼、耐熱合金及鈦合金等。應該注意，調節(jié)I

20、、t使之配合成不同的軟、硬規(guī)范時，必須相應的改變電極壓力Fw，以適應不同加熱速度及不同塑性變形能力的需要。硬規(guī)范時所用電極壓力明顯大于軟規(guī)范焊接時的電極壓力。（2）焊接電流和電極壓力的適當配合 這種配合是以焊接過程中不產生噴濺為主要特征，根據這一原則制定的I、Fw關系曲線稱為噴濺臨界曲線。曲線左半區(qū)為無飛濺區(qū)，但焊接壓力選擇過大會造成固相焊接（塑性環(huán)）范圍過寬，導致焊接質量不穩(wěn)定。曲線右半區(qū)為噴濺區(qū)，因為電極壓力不足、加熱速度過快而引起噴濺，使接頭質量嚴重下降和不能安全生產。1.2.4 國際電阻焊的研究現狀為了適應新材料、新工藝、新產品在工業(yè)上開發(fā)應用的需要，以使電阻焊工藝及設備能滿足現代化生

21、產的要求，近十幾年來，各國焊接界在電阻焊工藝和設備控制方面做了大量的工作，由于在汽車車身等薄板結構的裝配制造中，大量采用電阻點焊方法，為保證焊接質量，研究鍍鋅鋼板、高強鋼等新材料的電阻點焊性能已成了非常迫切的任務，各國焊接工作者就此方面做了大量的理論及實際研究工作，并取得了一定的成績。 （1）高強鋼的電阻點焊研究根據國際上對超輕鋼汽車的研究，把屈服強度在210-550N/mm2范圍內的鋼板稱為高強度鋼板，屈服強度大于550N/mm2的鋼板稱為超高強度鋼板。根據強化機理的不同又把高強度鋼板分為普通高強度鋼板和先進高強度鋼板。其中，普通高強度鋼板主要包括高強度IF（無間隙原子）鋼、烘烤硬化鋼、含磷

22、鋼、各向同性鋼、碳-錳鋼和高強度低合金鋼；先進高強度鋼板主要包括雙相鋼、復相鋼、相變誘發(fā)塑性鋼、貝氏體鋼和馬氏體鋼等。 目前，世界各國焊接學者對高強鋼電阻點焊的研究主要集中在各種高強鋼的可焊性、點焊參數對焊點組織及性能的影響以及焊接工藝優(yōu)化等方面例如：Mime等人通過試驗研究提出了通過焊后回火工藝來改進高強鋼和超高強度鋼的電阻點焊性能的方法；Otani 等人對超細晶粒高強鋼電阻點焊特性作了系統(tǒng)的研究，由于高強鋼在高溫下的電阻率和強度與低碳鋼不同，點焊時得到同樣大小的熔核尺寸需要的焊接電流比低碳鋼板更大，同時，超細晶粒高強鋼板的碳當量很低，焊后熔核的主要組織是馬氏體，低碳成分限制了熔核硬化，因此

23、這種材料的點焊接頭不經過回火就能得到高的拉剪強度和垂直拉伸強度；Sakuma等還對高強鍍鋅鋼板的點焊可焊性進行了研究。 先進高強度鋼具有強度高、成型性能好、高烘烤硬化性能、能量吸收率和疲勞強度較高，而且防撞凹性能好等優(yōu)點，因而在汽車輕量化建設中它的應用量正在日益增長，高強鋼的電阻焊可焊性的研究也應運而生。目前各國焊接學家對高強鋼電阻焊的研究主要集中在各種高強鋼的可焊性、焊接規(guī)范參數對焊點組織性能的影響、焊接程序和工藝的優(yōu)化等。例如：英國TWI材料連接技術全球中心的Shi,G等學者研究了高強鋼點焊程序的修正以及母材強度和焊接淬火對焊點性能的影響；日本學者Otani,Tadayuki等對超細晶粒高

24、強鋼電阻點焊特性作了系統(tǒng)的研究，研究發(fā)現：這種由于高強鋼在高溫下的電阻率和強度與低碳鋼不同，其點焊時得到同樣大小的熔核尺寸需要的焊接電流比低碳鋼板更大，同時，這種鋼板的碳當量很低，雖然焊后熔核的主要組織是馬氏體，但由于低碳成分限制了熔核硬化，因此這種材料的點焊接頭不經過回火就能得到高的拉剪強度和垂直拉伸強度；法國學者Mimer，Mime通過試驗研究提出了通過焊后回火工藝來改進高強鋼和超高強度鋼的電阻點焊性能的方法；日本學者Sakuma,Yasuharu還對高強鍍鋅鋼板的點焊可焊性進行了研究3。研究表明，各類高強度鋼板因其固有的特性不同，用途也不同。如烘烤硬化鋼板具有沖壓成形前較軟、形狀穩(wěn)定性好

25、和烘烤后抗凹陷性能較高的特點，特別適合于沖制汽車的外覆蓋件；雙相鋼和相變誘發(fā)塑性鋼具有高的強度、高的碰撞吸收能和高的抗疲勞性能等特點，適合于沖制結構件和安全件等。 （2）鍍鋅鋼板的電阻點焊研究為了提高產品的耐腐蝕性能，在汽車、家電等行業(yè)越來越廣泛地使用各種類型的鍍鋅鋼板，根據鍍鋅工藝、鍍鋅成分等不同，鍍鋅鋼板分為：電鍍鋅板、熱鍍鋅板、Zn-Ni合金鍍層板、Zn-Fe合金鍍層板等。由于鍍層金屬的物理性能與導電性能不同于低碳鋼，所以鍍鋅鋼板的電阻點焊性能與未鍍鋅的同種鋼板有較大的不同，且從其使用性能考慮，對接頭質量要求更高，即點焊時既要保證產生足夠強度的接頭，還應合理地保護鍍層。鋅層對于鋼板來說厚

26、度雖然非常小，但對于焊接性的影響卻很大。一般認為，隨著鋅層厚度的增加，所需焊接電流越大，但程軒挺等通過試驗比較，發(fā)現在一定鍍層厚度范圍內，鋅層越厚，所需電流越大；但當鋅層達到一定厚度時，則所需電流反面減小4。而美國金屬學會主編的有關資料則明確提出，鍍鋅鋼板在鍍層厚度增加時（鋅層厚度在0.0050.025mm 范圍內），焊接性降低，但鋅層厚度在1.52mm 以上時，焊接性不受鍍層厚度的影響。在國內外汽車車體制造中，使用的電鍍鋅板鍍層厚度一般為20 90g/m2(0.0030.013mm)，熱鍍鋅鋼板鍍層厚度為40180g/m2(0.0060.025mm)，可見汽車用鍍鋅鋼板的點焊需要合理選擇工藝

27、參數以保證焊接質量。但筆者工廠實踐證明，盡管有鋅層的存在，但只要選擇適當的設備、工藝等，鍍鋅鋼板的電阻點焊質量完全可以達到車體制造的技術要求。所以鍍鋅鋼板本身的鍍鋅方式或鋅層厚度，并不是影響車體點焊質量好壞的決定因素。由于鍍鋅鋼板在其點焊焊接性上存在一定的難點，這些年來各國焊接工作者就鍍鋅鋼板的焊接性方面圍繞著焊接工藝規(guī)范、焊接過程的數值模擬、電極壽命等問題作了大量的研究工作4。目前，國際上對鍍鋅鋼板的焊接工藝研究基本成熟，進一步研究的熱點主要集中在如何提高鍍鋅鋼板點焊電極壽命，例如采用彌散強化銅合金或通過對電極的低溫處理等措施提高電極的使用壽命。1.3 不銹鋼的概述不銹鋼的發(fā)展是因為有其自身

28、的特性，而特性滿足了需要。不銹鋼的最重要的特性是耐腐蝕性能。但是又絕不是僅僅具有耐蝕性能，而且還具有特有的力學性能（屈服強度、抗拉強度、高溫強度、低溫強度）、物理性能（密度、比熱容、現膨脹系數、導熱系數、電阻率磁導率、彈性系數等）、工藝性能（成形性能、焊接性能、切削性能等）以及金相（相組成、組織結構等）等。這些性能構成了不銹鋼的特性。1.3.1 不銹鋼的主要應用不銹鋼主要用于廚房、家電、運輸、建筑、土木各領域。從節(jié)能和再循環(huán)等環(huán)保的觀點看，不銹鋼的需求有望進一步擴大。在運輸領域主要有鐵道車輛和汽車的排氣系統(tǒng)，用于排氣系統(tǒng)的不銹鋼在每輛車中約為20-30kg，全世界的年需求約100萬噸，這是不銹

29、鋼追打的應用領域。在建筑領域，最近的需求急劇增長。關于環(huán)保方面，首先從大氣環(huán)保的觀點看，用于抑制二惡英發(fā)生的高溫垃圾焚燒裝置、LNG發(fā)電裝置和使用煤的高效發(fā)電裝置的耐熱、耐高溫腐蝕不銹鋼的需求將擴大。還有估計在21世紀初將投入實際應用的燃料電池汽車的電池殼也將使用不銹鋼。從水質環(huán)保的觀點看，在給水、排水處理裝置中，具有優(yōu)異耐蝕性的不銹鋼也將擴大需求。關于長壽命，在歐洲已有橋梁、高速公路、隧道等設施中，不銹鋼的應用在增加，預計這種潮流將遍及全世界。還有日本一般住宅建筑的壽命特別短為20-30年，廢材處理成為一大問題。關于IT的普及，在IT的發(fā)展和普及過程中，功能材料在設備硬件方面起很大的作用，對

30、高精密度、高功能材料的要求非常的大。如：在手機和微機部件中，靈活應用了不銹鋼的高強度、高功能材料的要求非常大。如：在手機和微機部件中，靈活應用了不銹鋼的高強度、彈性和非磁性等特性，使得不銹鋼的應用擴大。還有在半導體和各種基板的制造設備中，具有良好清潔度和耐久性的不銹鋼發(fā)揮了重要作用。不銹鋼拒用多種其它金屬沒有的優(yōu)異性能，是一種具有優(yōu)異耐久性和再循環(huán)型的材料，今后對應時代的變化，不銹鋼將廣泛應用于各種領域。1.3.2 國內不銹鋼發(fā)展狀況隨著中國經濟的快速增長，中國不銹鋼市場發(fā)展迅速，主要表現為表觀消費量增勢強勁。2000年-2003年間中國不銹鋼表觀消費量的增速都保持在30%以上。但從2003年

31、開始，我國不銹鋼消費增速放緩，2004年增速為6.4%，2005年增速為16.8%。這表明：不銹鋼具有長壽命的特點，其消費具有階段性，目前我國城市人口階段性消費到了相對穩(wěn)定的水平。改革開放以來，中國不銹鋼需求增長非?？臁?001年，中國就已經超過美國，成為世界不銹鋼第一消費大國。近幾年更是取得了長足的發(fā)展，中國在世界上的地位也迅速提高。 2005年全年中國規(guī)模以上不銹鋼及類似日用金屬制品制造業(yè)實現累計工業(yè)總產值73,946,275千元，比上年增長31；全年實現累計產品銷售收入71,179,151千元，比上年增長30.83；全年實現累計利潤總額2,518,608千元，比上年增長41.09。 20

32、06年全年中國規(guī)模以上不銹鋼及類似日用金屬制品制造業(yè)實現累計工業(yè)總產值94,800,839千元，比上年增長30.55；全年實現累計產品銷售收入額89,913,179千元，比上年增長28.98；全年實現累計利潤總額3,395,231千元，比上年增長37.85。 中國不銹鋼行業(yè)發(fā)展看好，但同時，行業(yè)內也存在一些問題，如行業(yè)發(fā)展存在產業(yè)集中度偏低，產業(yè)分散；產能增速過快；高端產品不足等問題。但是，隨著科技水平的提高，企業(yè)管理水平的改善，行業(yè)結構的合理規(guī)劃，不銹鋼行業(yè)正朝著健康快速的方向發(fā)展。未來一段時間里，不銹鋼材需求量增加的驅動力來自兩方面：一是經濟增長，即經濟增長率達到1%，則拉動不銹鋼材需求量

33、增長率1%至1.5%；二是不銹鋼材未來應用領域不斷擴大。消費結構上，大客車、地鐵、高速鐵路用車等公共交通運輸工具也廣泛采用了不銹鋼。中國家電行業(yè)是不銹鋼應用潛在的大市場。此外，不銹鋼在水工業(yè)、建筑與結構業(yè)、環(huán)保工業(yè)、工業(yè)設施中的需求也將逐年上升，不銹鋼行業(yè)的發(fā)展具有廣闊的發(fā)展空間。1.3.3 國外不銹鋼發(fā)展狀況發(fā)達國家的不銹鋼生產經歷了多輥冷軋機、連續(xù)鑄造和爐外精煉三次生產工藝裝備技術革命，實現了精煉化、連續(xù)化、自動化、大型化，使質量提高，不銹鋼產量劇增。70年代以來，在世界鋼材市場普遍不景氣的情況下，不銹鋼產量卻高速增長。從1967年到1995年的28年間，不銹鋼平均增長速度為3.7% (同

34、期產鋼總量增長速度為1.3%)。表1.1列出了世界部分不銹鋼生產國1993年至1995年的不銹鋼產量。全世界不銹鋼占鋼的總產量的比例也在逐年上升(表1.2)，由1992年的不足2環(huán)增至1994年的接近2.3%, 1995年又增至2.4%以上。表1.1 世界主要不銹鋼生產國的年產量(萬噸)年份日本美國德國法國意大利韓國西班牙瑞典比利時英國芬蘭199332217711979725756554443371994345182142928563656052534319953581951509390677064585745目前，世界人均不銹鋼年消費量已超過2Kg，工業(yè)國家人均不銹鋼消費量已達8Kg以上，仍

35、有增長的趨勢(表1.3)。日本在90年代初人均年消費不銹鋼已超過16Kg，北美人均不銹鋼年消費量已從3年前的6.4Kg增加到8.2Kg，即增長了28%6。表1.2 世界主要不銹鋼生產不銹鋼產量占鋼總量的比例（%）年份日本美國德國法國意大利瑞典英國中國世界19903.002.082.994.212.2410.442.910.391.8919922.992.292.934.532.6210.902.410.481.9919943.232.063.485.103.2612.243.060.282.27在不銹鋼產品方面，由于近幾年民用不銹鋼的不斷增加，不銹鋼冷軋帶材，拋光鋼帶在板帶中所占比例越來越大，

36、已達7000以上。目前冷軋薄板和帶鋼寬度可達2m;熱軋中厚板的寬度最大可達3m；無縫不銹鋼鋼管直徑已達爭4500mm以上，壁厚0.04mm，最大可達130mm，最小直徑為0.lmm；鋼絲最細可達0.025mm。鋼管生產己逐步過渡到以焊管為主。表1.3 1990年與1993年一些國家人均不銹鋼年消費量（Kg）國家 1990 1993世界平均2.1日本16.116.8美國6.78.3德國12.111.2法國7.29.8意大利9.99.9英國4.57.0瑞典13.121.7中國0.51.3.4 不銹鋼的電阻點焊按鋼的組織可將不銹鋼分為奧氏體型、鐵素體型、奧氏體-鐵素體型、馬氏體型和沉淀硬化型等。其中

37、馬氏體不銹鋼由于可淬硬、有磁性，其點焊焊接性與可淬硬鋼相近，考慮到該型鋼具有較大的晶粒長大傾向，焊接時間參數一般應選擇小些。奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體不銹鋼點焊焊接性良好，尤其是電阻率高（為低碳鋼的5-6倍），熱導率（為低碳鋼的1/3）以及不存在淬硬傾向和不帶磁性（奧氏體-鐵素體不銹鋼具有磁性），因此無需特殊的工藝措施，采用普通交流點焊機、簡單焊接循環(huán)即可獲得滿意的焊接質量。點焊技術要求7：1）可用酸洗、紗布打磨或拋光等方法進行焊前表面清理，但對用鉛鋅或鋁鋅模成形的焊件必須采用酸洗方法。2）采用硬規(guī)范、強烈的內部和外部水冷，可顯著提高生產率和焊接質量。3）由于高溫強度大，塑性變形困難，應采用

38、較高的電極壓力，以避免產生噴濺縮孔、裂紋等缺陷。4）板厚大于3mm時，常采用多脈沖焊接電流來改善電極工作狀況，其脈沖較點焊等厚低碳鋼時要短且稀。這種多脈沖措施亦可用后熱處理。1.4 本文研究的主要內容（1）確定304不銹鋼點焊的工藝參數，對焊接試樣進行接頭組織、性能分析、測試。（2）對不同工藝參數下接頭的組織、顯微硬度、力學性能進行分析，測試。（3）通過優(yōu)化點焊電流、焊接時間、電極壓力，解決目前生產中常出現的熔核尺寸過小，易產生未熔合缺陷。2 實驗方案分析、確定及實施2.1實驗材料 304不銹鋼是一種通用性的不銹鋼材料，防銹性能比200系列的不銹鋼材料要強。耐高溫方面也比較好，能高到1000-

39、1200。304不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對氧化性酸，在實驗中得出：濃度65%的沸騰溫度以下的硝酸中，304不銹鋼具有很強的抗腐蝕性。對堿溶液及大部分有機酸和無機酸亦具有良好的耐腐蝕能力。表2.1 304不銹鋼化學成分(%)成分CSiMnCrNiSP含量 0.07 1.0 2.08.020.08.011.0 0.03 0.0352.1.1國標304不銹鋼的性質304不銹鋼的密度：7.93g/cm3 奧氏體不銹鋼一般都用這個值。304含鉻量(%) 17.00-19.00，含鎳量8.00%-10.00%，304相當于我國的0Cr19Ni9 (0Cr18Ni9)不銹鋼8。30

40、4不銹鋼是一種通用的不銹鋼材料，防銹性能比200系列的不銹鋼材料要強。耐高溫方面也比較好。304不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對氧化性酸，在實驗中得出：濃度65%的沸騰溫度以下的硝酸中，304不銹鋼具有很強的抗腐蝕性。對堿溶液及大部分有機酸和無機酸亦具有良好的耐腐蝕能力。表面美觀以及使用可能性多樣化，耐腐蝕性能好，比普通鋼長久耐用耐腐蝕性好強度高，因而薄板使用的更廣泛耐高溫氧化及強度高，因此能夠抗火災。常溫加工，即容易塑性加工，因為不必表面處理，所以簡便、維護簡單、清潔、光潔度高、焊接性能好。不銹鋼的品質特性見表2-2。表2.2 不銹鋼品質特性代表鋼種STS304STS43

41、0STS410熱處理固溶化熱處理退火退火后急冷硬度性加工硬化性微量硬化性小量硬化性主要用途建筑物內外裝飾，廚房用具，化學刻度，航空機器建筑材料，汽車零件，加用電器，廚房器具，飯盒等釬、刀機器零部件，醫(yī)院用具，手術用具耐腐蝕性高高高2.2點焊工藝參數選擇影響點焊的工藝參數包括：（1）電極頭端面的直徑D或R 電極頭是指點焊時與焊件表面相接觸時的電極端頭部分。其中D為錐臺形電極頭端面直徑，R為球面型電極頭端面半徑，h為端面與水冷端距離（圖2-1）。電極頭端面尺寸增大時，由于接觸面積增大，電流密度減小、散熱效果增強，均使焊接區(qū)加熱程度減弱，因而融核尺寸減小，使焊點承載能力降低（圖2-2）。 D/mm圖

42、2-2 接頭拉剪載荷與電極頭端面直徑D關系圖2-2 拉剪載荷與電極頭端面直徑D關系 圖2-1 電極頭結構圖圖2-1 常用電極頭結構（2）焊接電流I 焊接時流經焊接回路的電流稱為焊接電流，一般在數萬安培（A）以內。焊接電流是最主要的焊接參數。調節(jié)焊接電流對接頭力學性能的影響如圖2-3所示。圖2-3 接頭拉剪載荷與焊接電流的一般關系1-板厚1.6mm以上 2-板厚1.6mm以下（3）焊接時間t 自焊接電流流通到停止的持續(xù)時間，稱為焊接時間。點焊時t一般在數十周波（1周波=0.02s）以內。焊接時間對接頭力學性能的影響與焊接電流相似。但應注意以下兩點：1）C點以后曲線并不立即下降，這是因為盡管熔核尺

43、寸已達飽和，但塑性環(huán)還可有一定擴大，再加之熱源加熱速率較和緩，因而一般不會產生噴濺。2）焊接時間對接頭塑性指標影響較大，尤其對承受動載荷或有脆硬傾向的材料（可淬硬鋼、鋁合金等），較長的焊接時間將產生較大的不良影響。（3）電極壓力FW 點焊時通過電極施加在焊件上的壓力一般要數千牛。圖2-4表明電極壓力過大或過小都會使焊點承載能力降低和分散性變大，尤其對拉伸載荷影響更大。當電極壓力過小時，由于焊接區(qū)金屬的塑性變形范圍及變形程度不同，造成因電流密度過大而引起的加熱速度增大而塑性環(huán)又來不及擴展，從而產生嚴重噴濺。這不僅使熔核形狀和尺寸發(fā)生變化，而且污染環(huán)境和不安全，這是絕對不允許的。電極壓力過大時將使

44、焊接區(qū)接觸面積增大，總電阻和電流密度均減小，焊接散熱增加，因此熔核尺寸下降，嚴重時會出現未焊透缺陷。一般認為，在增大電極壓力的同時，適當增加焊接電流和焊接時間，以維持焊接區(qū)加熱程度不變。同時，由于壓力增大，可消除焊件裝配間隙、剛性不均勻等因素引起的焊接區(qū)所受壓力波動對焊點強度的不良影響。此時，不僅使焊點強度維持不變，穩(wěn)定性亦可大為提高9。 圖2-4 接頭承載能力與電極壓力的關系2.3 試驗過程2.3.1 試驗材料的制備將304不銹鋼用線切割切成70mm20mm1mm的試樣如圖2-5，用作金相分析和拉剪試驗。在進行焊接之前，為得到良好好的表面狀態(tài)，統(tǒng)一用丙酮清洗工件表面以去除油污。試驗采用YR-

45、500CM2HGS型單相交流電阻焊機進行電阻點焊。焊機上安裝的電極是進行了時效處理的標準銅-鉻合金（Cu-1.0%Cr）球面電極，其電極頭端面直徑為20mm、球面半徑為100mm、硬度為130HV。 圖2-5 試驗材料實物圖2.3.2點焊前的工件清理無論是點焊、縫焊或凸焊，在焊前必須進行工件表面清理，以保證接頭質量穩(wěn)定。清理方法分機械清理和化學清理兩種。常用的機械清理方法有噴砂、噴丸、拋光以及用紗布或鋼絲刷等。 不銹鋼電阻焊時，保持工件表面的高度清潔十分重要，因為油、塵土、油漆的存在，能增加硫脆化的可能，從而使接頭產生缺陷。清理方法可用激光、噴丸、鋼絲刷或化學腐蝕。對于特別重要的工件，有時用電

46、解拋光，但這種方法復雜而且生產率低。本實驗用王水（鹽酸與硝酸3:1）作為腐蝕液對處理好的焊點截面進行腐蝕10。表2.3 不銹鋼化學腐蝕液金屬腐蝕用溶液中和用溶液R允許值/ 不銹鋼在0.75L水中硫酸110g、鹽酸 130g、硝酸10g 溫度5070質量分數為10%的蘇打溶液，溫度20251000 2.3.3 點焊方案本實驗通過控制變量的方法控制其中幾個工藝參數一定，只允許存在單一變量的條件下然后進行點焊實驗。即在選定電極后，控制焊接時間和電極壓力保持不變得出焊接電流對焊點品質影響的圖象；控制焊接電流和電極壓力不變，得出焊接時間影響焊點品質的圖象；控制焊接電流和時間一定，得出電極壓力對焊點品質影

47、響的圖象。然后根據統(tǒng)計學原理在大量實驗的基礎上并參考相關資料文獻，通過分析函數圖象，從而確定最合適的焊接參數，最終達到實驗目的。2.3.4 焊后性能測試(1)顯微硬度測試 顯微硬度測試采用MH-5顯微硬度計進行顯微硬度試驗，加載為1K，加壓時間為10s。圖2-6為點焊接頭顯微硬度測試示意圖，每個點焊接頭沿試樣對角線方向打49個點，點間距為0.25mm，依次記錄各點的顯微硬度值。圖2-6 點焊接頭顯微硬度測試示意圖（2）剪切試驗 拉剪試驗在WDW-200型拉剪試驗機上進行，加載頭的拉伸速度為10mm/min。在進行拉剪試驗時，需要在試樣的夾持部分補加和試樣等厚的墊片，以避免因兩板疊加而產生的附加

48、力矩，如圖2-7所示。試驗中，依次記錄各個試樣的最大拉剪力，拉剪力取相同試驗條件下三個試樣拉剪力的平均值。圖2-7 點焊接頭剪切試驗示意圖（3）微觀分析焊接完成后，沿著熔核中心方向垂直于試樣表面將點焊接頭切開作為金相試樣。經過對金相試樣的打磨、拋光后，用王水（鹽酸與硝酸3:1）作為腐蝕液對處理好的焊點截面進行腐蝕，然后進行顯微分析。采用XJG05大型體式顯微鏡分析焊接參數(焊接電流、焊接時間和電極壓力)對熔核尺寸的影響，熔核直徑取在相同試驗條件下進行焊接的三個接頭的平均值；采用JSM-5310型掃描電鏡對點焊接頭的組織及成分進行分析。3 試驗結果與分析3.1電極壓力的確定 通過查詢相關資料文獻

49、11，可知本實驗條件下304不銹鋼的最佳焊接參數大致如下：表3.1 304不銹鋼的焊接參數范圍厚度/mm焊接電流/A焊接時間/s電極壓力/N電極端頭直徑15800-65000.12-0.16 3600-420020mmF/NFW/N 3600 4000 4400 4800 520090007000 500030001000圖3-1 點焊接頭承載能力與電極壓力的關系 綜合本實驗數據及相關文獻資料，綜合分析得出本實驗最佳的電極壓力為4000N。3.2 焊接電流的確定3.2.1 焊接電流對焊點品質的影響電阻焊的熱源是電流通過焊接區(qū)產生的電阻熱。根據焦耳定律，熱量W為： W=Iw2Rtw （3-1）

50、式中Iw焊接電流的平均值（A）； R焊接區(qū)的電阻（）； t焊接時間（s）。 由式（3-1）可見，焊接電流是影響析熱的主要因素，析熱量W與電流的平方成正比。在其他參數一定時焊接區(qū)的電流密度應有一個合理的上下限。低于下限能量不能形成熔核，高于上限，加熱速度過快會產生飛濺使焊點質量降低。 焊接電流過小時，熔核尺寸太小。隨著焊接電流的增大，熔核直徑與焊透率均隨之增大，當熔核尺寸增大到一定值后，由于電極焊件和焊件焊件間接觸面積增大，焊接區(qū)電流密度減小，散熱增強，致使焊接區(qū)加熱速度變緩，熔核直徑與焊透率的上升率減小。焊接電流過大時，焊件加熱太快，熔核周圍的塑性環(huán)來不及形成或熔核直徑與焊透率過大，這使熔核液

51、態(tài)金屬在電極力作用下擠出焊接區(qū)，形成飛濺，使焊點強度下降。但必須指出，產生飛濺的焊接電流上限值是隨電極力的增大而增大。實際生產中，在電極力給定時，調整焊接電流，使其稍低于飛濺電流值，就可獲得最大的焊點強度12。3.2.2 焊接電流對剪切強度的影響對在焊接時間為7周波，電極壓力為4000N，焊接電流分別為4-8KA時，對304不銹鋼（1.0mm）鋼板進行點焊試驗，經過點焊進行焊接接頭拉剪強度測試，結果如圖3-1所示：在焊接時間T=7周波時，點焊接頭的剪切力大小隨著焊接電流的增大而增大，當焊接電流升高至6KA后，剪切力隨著焊接電流的增大反而明顯減小。這因為在焊接電流較小時，由于熱量不足，焊點金屬未

52、能達到充分的熔合，在兩個試件間形成熔核尺寸太小，因此得到的點焊接頭剪切強度較低；隨著焊接電流的不斷增加，點焊熔核尺寸隨著熱輸入量的增加而穩(wěn)定增大，點焊熔核剪切力不斷提高；達到最高點后，由于試件兩板邊緣的翹離和焊接飛濺量的增大，限制了點焊熔核的進一步長大，從而影響熔核的質量，所以繼續(xù)增大電流，將導致接頭強度急劇降低12。圖3-2 焊接電流對接頭拉剪力的影響所以，在電極壓力為4000N、焊接時間為7周波的條件下，304不銹鋼點焊接頭性能最好的焊接電流為6000A。3.2.3 焊接電流熔核尺寸的影響圖3-2為焊接電流對點焊熔核尺寸的影響規(guī)律。由圖可見，焊接電流對熔核尺寸影響很大，當焊接電流從4 kA

53、增大到6kA時，熔核直徑由3.75 mm增大到4.90mm 即隨著焊接電流的增大，點焊熔核尺寸增加，這是由于焊接過程中熱輸入不斷增加的緣故。 圖3-3 焊接電流對熔核尺寸的影響圖3-2和圖3-3為焊接電流對點焊接頭拉剪力和熔核直徑的影響規(guī)律?？梢钥闯?，焊接電流對304不銹鋼點焊接頭強度和熔核尺寸影響顯著。接頭拉剪力主要變化趨勢為先增大，后減小；熔核直徑持續(xù)增大，增大速度為先慢后快。本試驗中，接頭拉剪力在焊接電流為6000A時達到最大，最大值為9365N。而熔核直徑卻在焊接電流增大的過程中持續(xù)增加。研究表明，熔核直徑對點焊拉剪力影響很大，當焊接電流很小時，焊接熱輸入就會很少，點焊工件焊點處加熱不

54、充分，點焊熔核內部熔化的金屬液體也就比較少，這直接導致了焊點熔核直徑比較小，甚至達不到相應的最小焊接熔核直徑要求。隨著焊接電流的增大，熱輸入增加，焊點處的電阻熱足以熔化形成優(yōu)質熔核所需的金屬液體，熔核直徑必然增大，點焊接頭拉剪力也隨之得到提高。但當焊接電流過大時，電流密度很大，若此時熔核直徑擴大的速度大大超過塑性環(huán)擴大的速度，就會在焊點處發(fā)生強烈的“禮花狀”飛濺。此時，焊接熔核內部就會由于一部分熔化金屬缺失而導致縮孔缺陷的產生;焊點處的飛濺使得焊接接頭的壓痕深度增大，這也導致了熔核內部裂紋缺陷的產生。同時，飛濺的出現還破壞了點焊熔核塑性環(huán)的完整性，導致應力集中在焊點熔核邊緣附近產生，這些都會嚴

55、重地影響點焊接頭的力學性能，使拉剪力減小13。因此在提高點焊力學性能的前提下進行實際生產時，應該盡力避免飛濺的發(fā)生，選擇剛好低于飛濺點的焊接電流值最為合適，本試驗中最佳電流為6000A。3.2.4 焊接電流對點焊熔核的顯微硬度的影響規(guī)律圖3-4為焊接電流對點焊熔核的顯微硬度的影響規(guī)律。從點焊熔核中心開始，沿與試樣平行方向向兩側母材同時進行顯微硬度測試(加載1Kg，加載時間10s)，依次按照熔核區(qū)、熱影響區(qū)(HAZ)和母材區(qū)的順序記數。由圖可見，兩側的焊接熱影響區(qū)的硬度最高，中間熔核區(qū)的硬度略低于熱影響區(qū)的硬度，而熱影響區(qū)向外兩側的母材區(qū)的硬度則比熱影響區(qū)的硬度低很多，并且隨著到熔核中心的距離的增加，硬度逐漸減小，最后基本保持不變，基本剛剛為熱影響區(qū)硬度的一半圖中不同焊接電流下的顯微硬度曲線變化規(guī)律相同。在相同母材、焊接時間和電極壓力的前提下，焊接電流不同，點焊接頭顯微硬度相差很大。由圖可見，隨著焊接電