焊接本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、摘 要不銹鋼自1912年發(fā)明以來(lái)取得迅猛發(fā)展，至今全球仍以每年3%5%的速度遞增。我國(guó)正處于不銹鋼生產(chǎn)和應(yīng)用的高速增長(zhǎng)期，2001年我國(guó)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(xué)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(shè)備，故而不銹鋼具有廣泛的應(yīng)用前景，其焊接具有特殊性。不銹鋼在電阻點(diǎn)焊過(guò)程中極易產(chǎn)生飛濺，焊接接頭處易出現(xiàn)結(jié)合面斷裂，將直接影響焊接接頭的質(zhì)量。本文針對(duì)上述問(wèn)題，研究了304不銹鋼電阻點(diǎn)焊接頭的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力以及焊接過(guò)程中對(duì)電

2、阻點(diǎn)焊接頭組織和性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)焊接電流為6000A，電極壓力為4000N，焊接時(shí)間為7個(gè)周波時(shí)焊點(diǎn)性能最好。接頭的主要結(jié)晶形態(tài)為柱狀晶，其結(jié)合面為點(diǎn)焊接頭的薄弱區(qū)域。不銹鋼點(diǎn)焊接頭易出現(xiàn)裂紋及縮孔等焊接缺陷，使點(diǎn)焊接頭質(zhì)量降低。關(guān)鍵詞: 304不銹鋼,電阻點(diǎn)焊,微觀組織,力學(xué)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(diǎn)焊技術(shù)及當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r11.3 不銹鋼的概述61.4 本文研究的主要內(nèi)容102 實(shí)驗(yàn)方案分析、確定及實(shí)施112.1 實(shí)驗(yàn)材料112.2點(diǎn)焊工藝參數(shù)選擇122.3 試驗(yàn)過(guò)程133 試驗(yàn)結(jié)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(shí)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(jié) 論26致 謝2

9、7參考文獻(xiàn)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(dāng)今世界的主題和工業(yè)發(fā)展的方向。材料及其相關(guān)應(yīng)用技術(shù)是汽車、航空等工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的重要內(nèi)容和物質(zhì)基礎(chǔ)。輕量化材料和相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)在汽車上的應(yīng)用是降低汽車排放和提高燃油經(jīng)濟(jì)性的有效措施之一。汽車質(zhì)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(duì)電阻點(diǎn)焊質(zhì)量保證體系現(xiàn)狀，高效、可靠、低成本、易操作、易實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化，適用于大批量生產(chǎn)，并能獲得表征焊接過(guò)程和質(zhì)量的特征信息是電阻點(diǎn)焊的研究方向。同時(shí)校驗(yàn)對(duì)所學(xué)相關(guān)課程理論、技能的理解程度，對(duì)于培養(yǎng)理論聯(lián)系

10、實(shí)際的作風(fēng)具有重大意義。在汽車制造業(yè)中，電阻點(diǎn)焊仍是主要的生產(chǎn)工藝。它具有高效、價(jià)格低及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接的特點(diǎn)。電阻點(diǎn)焊廣泛應(yīng)用于低碳鋼、高強(qiáng)鋼和鍍層鋼等焊接。在法國(guó)、英國(guó)等國(guó)家為了減輕汽車的質(zhì)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(diǎn)焊工藝與之相配合，以達(dá)到最佳的力學(xué)性能和工藝性能。因此，采用好的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，選擇最佳焊接工藝參數(shù)對(duì)于深入理解電阻點(diǎn)焊接頭強(qiáng)度的意義、正確選擇連接工藝、指導(dǎo)汽車制造具有重要意義。1.2電阻點(diǎn)焊技術(shù)及當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r點(diǎn)焊作為一門機(jī)械、力學(xué)、電子、控制等多學(xué)科密集交叉的專門制造技術(shù)，其發(fā)展與其他科技的進(jìn)步息息相關(guān)。隨著我國(guó)制造

11、技術(shù)自動(dòng)化程度的日益提高，對(duì)點(diǎn)焊接頭的質(zhì)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(lái)監(jiān)控電阻電焊過(guò)程，以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要已經(jīng)成為電阻電焊質(zhì)量控制研究的重點(diǎn)1。點(diǎn)焊是一個(gè)高密度非線性、多變量耦合作用和存在大量隨機(jī)不確定因素的過(guò)程，而且形核處于封閉狀態(tài)且無(wú)法觀測(cè)，質(zhì)量信息的提取難度也非常大。影響電阻電焊質(zhì)量的因素很多，包括接頭設(shè)計(jì)、材料性能、工藝方法選擇電阻焊設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性，甚至還包括焊工操作水品和生產(chǎn)環(huán)境，這些因素都使得焊接過(guò)程復(fù)雜程度增加，是質(zhì)量控制變得非常困難。而且隨著電阻點(diǎn)焊應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深入，對(duì)焊接質(zhì)量也提出了越來(lái)越高的要求。近年來(lái)隨著汽車車輛、航空航天、建筑

12、、運(yùn)輸以及輕工家電等工業(yè)的飛速發(fā)展，相應(yīng)的工業(yè)產(chǎn)品在其材料、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用領(lǐng)域上不斷更新和發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的加工質(zhì)量要求不斷提高，作為這些工業(yè)產(chǎn)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(yīng)新材料、新工藝。新產(chǎn)品在工業(yè)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用的需要，以使電阻焊工藝及設(shè)備能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，近十年來(lái)，各國(guó)焊接界在電阻焊工藝和設(shè)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(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬研究（2）新型材料的可焊性研究（3）電阻焊質(zhì)量監(jiān)控方法研究1.2.1 電阻點(diǎn)焊定義電阻點(diǎn)焊(Resistance Spot Welding，簡(jiǎn)稱RSW)是較受汽車工業(yè)青睞且應(yīng)用較為廣泛的傳統(tǒng)材

13、料連接技術(shù)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(shí)電流通過(guò)工件時(shí)產(chǎn)生的電阻熱熔化母材金屬，經(jīng)冷卻后形成焊點(diǎn)的焊接方法即為電阻點(diǎn)焊。1.2.2 點(diǎn)焊相變?cè)砣酆?、塑性環(huán)及其周圍母材金屬的1部分構(gòu)成了點(diǎn)焊接頭。在良好的點(diǎn)焊焊接循環(huán)條件下，接頭的形成過(guò)程是預(yù)壓、通電加熱和冷卻結(jié)晶3個(gè)連續(xù)階段所組成。圖1-1 點(diǎn)焊原理圖（1）預(yù)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(diǎn)，為焊接電流的順利通過(guò)及表面原子的鍵合作準(zhǔn)備。（2）通電加熱階段：在熱與機(jī)械力作用下形成塑性環(huán)、熔核，并隨著通電加熱的進(jìn)行而長(zhǎng)大，直到獲得需要的熔核尺寸。通電剛開(kāi)始，由于邊緣效應(yīng)，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(chǎng)均擴(kuò)展并伴有繞流現(xiàn)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(nèi)形成了回轉(zhuǎn)雙曲面的加熱區(qū)，其周圍產(chǎn)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(qiáng)，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(zhuǎn)4方體形液態(tài)熔核。繼續(xù)延長(zhǎng)通電時(shí)間，塑性環(huán)和熔核不斷長(zhǎng)大。當(dāng)焊接溫度場(chǎng)進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)，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(jié)晶階段：使液態(tài)熔核在壓力作用下冷卻結(jié)晶。由于材質(zhì)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(diǎn)

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(shù)選用不當(dāng)，在結(jié)晶過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)裂紋、胡須、縮孔、結(jié)合線伸入等缺陷，可通過(guò)減慢冷卻速度和段壓力等措施來(lái)防止缺陷產(chǎn)生。1.2.3電阻點(diǎn)焊的焊接參數(shù)及其間的相互關(guān)系1.2.3.1點(diǎn)焊的焊接參數(shù)點(diǎn)焊參數(shù)主要有焊接電流、焊接通電時(shí)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(duì)焊點(diǎn)性能影響敏感。再其他參數(shù)不變時(shí)，當(dāng)電流小于某值熔核不能形成，超過(guò)此值后，隨電流增加熔核快速增大，焊點(diǎn)強(qiáng)度上升，而后因散熱量的增大而熔核增長(zhǎng)速度減慢。如進(jìn)一步提高電流則導(dǎo)致產(chǎn)生飛濺，焊點(diǎn)強(qiáng)度反而下降，在實(shí)際生產(chǎn)中，焊接電流的波動(dòng)有時(shí)甚大，其原

16、因有：電網(wǎng)電壓本身波動(dòng)或多臺(tái)焊機(jī)同時(shí)通電，鐵磁體焊件深入焊接回路得變化，前點(diǎn)對(duì)后點(diǎn)的分流等。除選擇對(duì)焊接電流變化較不敏感的參數(shù)外，解決上述問(wèn)題的方法是反饋控制。（2）焊接時(shí)間 通電時(shí)間的長(zhǎng)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(diǎn)焊機(jī)上，通電時(shí)間是周（我國(guó)一周為20ms）的整數(shù)倍。再其他參數(shù)固定的情況下，只有通電時(shí)間超過(guò)某最小值時(shí)才開(kāi)始出現(xiàn)熔核，而后隨通電時(shí)間的增長(zhǎng)，熔核先快速增大，拉剪力也提高。當(dāng)選用的電流適中時(shí)，進(jìn)一步增加通電時(shí)間熔核增長(zhǎng)變慢，漸趨穩(wěn)定。但由于加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，組織變差，正壓力下降，會(huì)對(duì)塑性指標(biāo)下降，當(dāng)選用的電流較大時(shí)，則熔核長(zhǎng)大到一定極限后產(chǎn)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(shù)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(guò)小的電極壓力將導(dǎo)致電阻增大，析熱量過(guò)多切散熱較差，引起前期飛濺；過(guò)大的電極壓力將導(dǎo)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(lái)考慮，應(yīng)選擇不產(chǎn)生飛濺的最小電極壓力。（4）電極工作面尺寸 目前點(diǎn)焊時(shí)主要采用錐臺(tái)形和球面形兩種電極。錐臺(tái)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(shí)，它決定了電流大小和電極壓強(qiáng)分布范圍。一般應(yīng)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(nèi)水冷卻的，電極上散失的

18、熱量往往高達(dá)50%的輸入總熱量，因此端部工作面的波動(dòng)或水冷卻端部電極表面的距離變化均將嚴(yán)重影響散熱量的多少，從而引起熔核尺寸的波動(dòng)，因此要求錐臺(tái)形電極工作面直徑期間每增大15%左右必須修復(fù)，而水冷卻孔端至表面距離在耗損至僅純34mm時(shí)，即應(yīng)更換電極。1.2.3.2 規(guī)范參數(shù)間相互關(guān)系及選擇點(diǎn)焊參數(shù)的選擇主要取決于金屬材料的性質(zhì)、板厚及所用設(shè)備的特點(diǎn)（能提供的焊接電流波形和壓力曲線）。當(dāng)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(shí)間及電極壓力這三個(gè)參數(shù)，其相互配合可有兩種方式：（1）焊接電流和焊接時(shí)間的適當(dāng)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(dāng)采用大焊

19、接電流、小焊接時(shí)間參數(shù)時(shí)稱硬規(guī)范；而采用小焊接電流、適當(dāng)延長(zhǎng)焊接時(shí)間參數(shù)時(shí)稱軟規(guī)范2。軟規(guī)范的特點(diǎn)：加熱平穩(wěn)，焊接質(zhì)量對(duì)規(guī)范參數(shù)波動(dòng)的敏感性低，焊點(diǎn)強(qiáng)度穩(wěn)定；溫度場(chǎng)分布平緩、塑性區(qū)寬，在壓力作用下易變形，可減少熔核內(nèi)噴濺、縮孔和裂紋傾向；對(duì)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(shè)備裝機(jī)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(diǎn)壓痕深、接頭變形大、表面質(zhì)量差；電極磨損快、生產(chǎn)效率低、能量損耗較大。硬規(guī)范的特點(diǎn)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(yīng)該注意，調(diào)節(jié)I

20、、t使之配合成不同的軟、硬規(guī)范時(shí)，必須相應(yīng)的改變電極壓力Fw，以適應(yīng)不同加熱速度及不同塑性變形能力的需要。硬規(guī)范時(shí)所用電極壓力明顯大于軟規(guī)范焊接時(shí)的電極壓力。（2）焊接電流和電極壓力的適當(dāng)配合 這種配合是以焊接過(guò)程中不產(chǎn)生噴濺為主要特征，根據(jù)這一原則制定的I、Fw關(guān)系曲線稱為噴濺臨界曲線。曲線左半?yún)^(qū)為無(wú)飛濺區(qū)，但焊接壓力選擇過(guò)大會(huì)造成固相焊接（塑性環(huán)）范圍過(guò)寬，導(dǎo)致焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。曲線右半?yún)^(qū)為噴濺區(qū)，因?yàn)殡姌O壓力不足、加熱速度過(guò)快而引起噴濺，使接頭質(zhì)量嚴(yán)重下降和不能安全生產(chǎn)。1.2.4 國(guó)際電阻焊的研究現(xiàn)狀為了適應(yīng)新材料、新工藝、新產(chǎn)品在工業(yè)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用的需要，以使電阻焊工藝及設(shè)備能滿足現(xiàn)代化生

21、產(chǎn)的要求，近十幾年來(lái)，各國(guó)焊接界在電阻焊工藝和設(shè)備控制方面做了大量的工作，由于在汽車車身等薄板結(jié)構(gòu)的裝配制造中，大量采用電阻點(diǎn)焊方法，為保證焊接質(zhì)量，研究鍍鋅鋼板、高強(qiáng)鋼等新材料的電阻點(diǎn)焊性能已成了非常迫切的任務(wù)，各國(guó)焊接工作者就此方面做了大量的理論及實(shí)際研究工作，并取得了一定的成績(jī)。 （1）高強(qiáng)鋼的電阻點(diǎn)焊研究根據(jù)國(guó)際上對(duì)超輕鋼汽車的研究，把屈服強(qiáng)度在210-550N/mm2范圍內(nèi)的鋼板稱為高強(qiáng)度鋼板，屈服強(qiáng)度大于550N/mm2的鋼板稱為超高強(qiáng)度鋼板。根據(jù)強(qiáng)化機(jī)理的不同又把高強(qiáng)度鋼板分為普通高強(qiáng)度鋼板和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板。其中，普通高強(qiáng)度鋼板主要包括高強(qiáng)度IF（無(wú)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(qiáng)度低合金鋼；先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板主要包括雙相鋼、復(fù)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(guó)焊接學(xué)者對(duì)高強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊的研究主要集中在各種高強(qiáng)鋼的可焊性、點(diǎn)焊參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)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(guò)試驗(yàn)研究提出了通過(guò)焊后回火工藝來(lái)改進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)度鋼的電阻點(diǎn)焊性能的方法；Otani 等人對(duì)超細(xì)晶粒高強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊特性作了系統(tǒng)的研究，由于高強(qiáng)鋼在高溫下的電阻率和強(qiáng)度與低碳鋼不同，點(diǎn)焊時(shí)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(shí)，超細(xì)晶粒高強(qiáng)鋼板的碳當(dāng)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(diǎn)焊接頭不經(jīng)過(guò)回火就能得到高的拉剪強(qiáng)度和垂直拉伸強(qiáng)度；Sakuma等還對(duì)高強(qiáng)鍍鋅鋼板的點(diǎn)焊可焊性進(jìn)行了研究。 先進(jìn)高強(qiáng)度鋼具有強(qiáng)度高、成型性能好、高烘烤硬化性能、能量吸收率和疲勞強(qiáng)度較高，而且防撞凹性能好等優(yōu)點(diǎn)，因而在汽車輕量化建設(shè)中它的應(yīng)用量正在日益增長(zhǎng)，高強(qiáng)鋼的電阻焊可焊性的研究也應(yīng)運(yùn)而生。目前各國(guó)焊接學(xué)家對(duì)高強(qiáng)鋼電阻焊的研究主要集中在各種高強(qiáng)鋼的可焊性、焊接規(guī)范參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)組織性能的影響、焊接程序和工藝的優(yōu)化等。例如：英國(guó)TWI材料連接技術(shù)全球中心的Shi,G等學(xué)者研究了高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊程序的修正以及母材強(qiáng)度和焊接淬火對(duì)焊點(diǎn)性能的影響；日本學(xué)者Otani,Tadayuki等對(duì)超細(xì)晶粒高

24、強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊特性作了系統(tǒng)的研究，研究發(fā)現(xiàn)：這種由于高強(qiáng)鋼在高溫下的電阻率和強(qiáng)度與低碳鋼不同，其點(diǎn)焊時(shí)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(shí)，這種鋼板的碳當(dāng)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(diǎn)焊接頭不經(jīng)過(guò)回火就能得到高的拉剪強(qiáng)度和垂直拉伸強(qiáng)度；法國(guó)學(xué)者M(jìn)imer，Mime通過(guò)試驗(yàn)研究提出了通過(guò)焊后回火工藝來(lái)改進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)度鋼的電阻點(diǎn)焊性能的方法；日本學(xué)者Sakuma,Yasuharu還對(duì)高強(qiáng)鍍鋅鋼板的點(diǎn)焊可焊性進(jìn)行了研究3。研究表明，各類高強(qiáng)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(diǎn)，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(qiáng)度、高的碰撞吸收能和高的抗疲勞性能等特點(diǎn)，適合于沖制結(jié)構(gòu)件和安全件等。 （2）鍍鋅鋼板的電阻點(diǎn)焊研究為了提高產(chǎn)品的耐腐蝕性能，在汽車、家電等行業(yè)越來(lái)越廣泛地使用各種類型的鍍鋅鋼板，根據(jù)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(dǎo)電性能不同于低碳鋼，所以鍍鋅鋼板的電阻點(diǎn)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(duì)接頭質(zhì)量要求更高，即點(diǎn)焊時(shí)既要保證產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的接頭，還應(yīng)合理地保護(hù)鍍層。鋅層對(duì)于鋼板來(lái)說(shuō)厚

26、度雖然非常小，但對(duì)于焊接性的影響卻很大。一般認(rèn)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(guò)試驗(yàn)比較，發(fā)現(xiàn)在一定鍍層厚度范圍內(nèi)，鋅層越厚，所需電流越大；但當(dāng)鋅層達(dá)到一定厚度時(shí)，則所需電流反面減小4。而美國(guó)金屬學(xué)會(huì)主編的有關(guān)資料則明確提出，鍍鋅鋼板在鍍層厚度增加時(shí)（鋅層厚度在0.0050.025mm 范圍內(nèi)），焊接性降低，但鋅層厚度在1.52mm 以上時(shí)，焊接性不受鍍層厚度的影響。在國(guó)內(nèi)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(jiàn)汽車用鍍鋅鋼板的點(diǎn)焊需要合理選擇工藝

27、參數(shù)以保證焊接質(zhì)量。但筆者工廠實(shí)踐證明，盡管有鋅層的存在，但只要選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)備、工藝等，鍍鋅鋼板的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量完全可以達(dá)到車體制造的技術(shù)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(diǎn)焊質(zhì)量好壞的決定因素。由于鍍鋅鋼板在其點(diǎn)焊焊接性上存在一定的難點(diǎn)，這些年來(lái)各國(guó)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(guò)程的數(shù)值模擬、電極壽命等問(wèn)題作了大量的研究工作4。目前，國(guó)際上對(duì)鍍鋅鋼板的焊接工藝研究基本成熟，進(jìn)一步研究的熱點(diǎn)主要集中在如何提高鍍鋅鋼板點(diǎn)焊電極壽命，例如采用彌散強(qiáng)化銅合金或通過(guò)對(duì)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?yàn)橛衅渥陨?/p>

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(xué)性能（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、低溫強(qiáng)度）、物理性能（密度、比熱容、現(xiàn)膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、電阻率磁導(dǎo)率、彈性系數(shù)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(jié)構(gòu)等）等。這些性能構(gòu)成了不銹鋼的特性。1.3.1 不銹鋼的主要應(yīng)用不銹鋼主要用于廚房、家電、運(yùn)輸、建筑、土木各領(lǐng)域。從節(jié)能和再循環(huán)等環(huán)保的觀點(diǎn)看，不銹鋼的需求有望進(jìn)一步擴(kuò)大。在運(yùn)輸領(lǐng)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(wàn)噸，這是不銹

29、鋼追打的應(yīng)用領(lǐng)域。在建筑領(lǐng)域，最近的需求急劇增長(zhǎng)。關(guān)于環(huán)保方面，首先從大氣環(huán)保的觀點(diǎn)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(kuò)大。還有估計(jì)在21世紀(jì)初將投入實(shí)際應(yīng)用的燃料電池汽車的電池殼也將使用不銹鋼。從水質(zhì)環(huán)保的觀點(diǎn)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(kuò)大需求。關(guān)于長(zhǎng)壽命，在歐洲已有橋梁、高速公路、隧道等設(shè)施中，不銹鋼的應(yīng)用在增加，預(yù)計(jì)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(wèn)題。關(guān)于IT的普及，在IT的發(fā)展和普及過(guò)程中，功能材料在設(shè)備硬件方面起很大的作用，對(duì)

30、高精密度、高功能材料的要求非常的大。如：在手機(jī)和微機(jī)部件中，靈活應(yīng)用了不銹鋼的高強(qiáng)度、高功能材料的要求非常大。如：在手機(jī)和微機(jī)部件中，靈活應(yīng)用了不銹鋼的高強(qiáng)度、彈性和非磁性等特性，使得不銹鋼的應(yīng)用擴(kuò)大。還有在半導(dǎo)體和各種基板的制造設(shè)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?zèng)]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(duì)應(yīng)時(shí)代的變化，不銹鋼將廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。1.3.2 國(guó)內(nèi)不銹鋼發(fā)展?fàn)顩r隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，中國(guó)不銹鋼市場(chǎng)發(fā)展迅速，主要表現(xiàn)為表觀消費(fèi)量增勢(shì)強(qiáng)勁。2000年-2003年間中國(guó)不銹鋼表觀消費(fèi)量的增速都保持在30%以上。但從2003年

31、開(kāi)始，我國(guó)不銹鋼消費(fèi)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(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，其消費(fèi)具有階段性，目前我國(guó)城市人口階段性消費(fèi)到了相對(duì)穩(wěn)定的水平。改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)不銹鋼需求增長(zhǎng)非常快。2001年，中國(guó)就已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，成為世界不銹鋼第一消費(fèi)大國(guó)。近幾年更是取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，中國(guó)在世界上的地位也迅速提高。 2005年全年中國(guó)規(guī)模以上不銹鋼及類似日用金屬制品制造業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值73,946,275千元，比上年增長(zhǎng)31；全年實(shí)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)品銷售收入71,179,151千元，比上年增長(zhǎng)30.83；全年實(shí)現(xiàn)累計(jì)利潤(rùn)總額2,518,608千元，比上年增長(zhǎng)41.09。 20

32、06年全年中國(guó)規(guī)模以上不銹鋼及類似日用金屬制品制造業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值94,800,839千元，比上年增長(zhǎng)30.55；全年實(shí)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)品銷售收入額89,913,179千元，比上年增長(zhǎng)28.98；全年實(shí)現(xiàn)累計(jì)利潤(rùn)總額3,395,231千元，比上年增長(zhǎng)37.85。 中國(guó)不銹鋼行業(yè)發(fā)展看好，但同時(shí)，行業(yè)內(nèi)也存在一些問(wèn)題，如行業(yè)發(fā)展存在產(chǎn)業(yè)集中度偏低，產(chǎn)業(yè)分散；產(chǎn)能增速過(guò)快；高端產(chǎn)品不足等問(wèn)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(jié)構(gòu)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(lái)一段時(shí)間里，不銹鋼材需求量增加的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自兩方面：一是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，即經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率達(dá)到1%，則拉動(dòng)不銹鋼材需求量

33、增長(zhǎng)率1%至1.5%；二是不銹鋼材未來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。消費(fèi)結(jié)構(gòu)上，大客車、地鐵、高速鐵路用車等公共交通運(yùn)輸工具也廣泛采用了不銹鋼。中國(guó)家電行業(yè)是不銹鋼應(yīng)用潛在的大市場(chǎng)。此外，不銹鋼在水工業(yè)、建筑與結(jié)構(gòu)業(yè)、環(huán)保工業(yè)、工業(yè)設(shè)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(guó)外不銹鋼發(fā)展?fàn)顩r發(fā)達(dá)國(guó)家的不銹鋼生產(chǎn)經(jīng)歷了多輥冷軋機(jī)、連續(xù)鑄造和爐外精煉三次生產(chǎn)工藝裝備技術(shù)革命，實(shí)現(xiàn)了精煉化、連續(xù)化、自動(dòng)化、大型化，使質(zhì)量提高，不銹鋼產(chǎn)量劇增。70年代以來(lái)，在世界鋼材市場(chǎng)普遍不景氣的情況下，不銹鋼產(chǎn)量卻高速增長(zhǎng)。從1967年到1995年的28年間，不銹鋼平均增長(zhǎng)速度為3.7% (同

34、期產(chǎn)鋼總量增長(zhǎng)速度為1.3%)。表1.1列出了世界部分不銹鋼生產(chǎn)國(guó)1993年至1995年的不銹鋼產(chǎn)量。全世界不銹鋼占鋼的總產(chǎn)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(chǎn)國(guó)的年產(chǎn)量(萬(wàn)噸)年份日本美國(guó)德國(guó)法國(guó)意大利韓國(guó)西班牙瑞典比利時(shí)英國(guó)芬蘭199332217711979725756554443371994345182142928563656052534319953581951509390677064585745目前，世界人均不銹鋼年消費(fèi)量已超過(guò)2Kg，工業(yè)國(guó)家人均不銹鋼消費(fèi)量已達(dá)8Kg以上，仍

35、有增長(zhǎng)的趨勢(shì)(表1.3)。日本在90年代初人均年消費(fèi)不銹鋼已超過(guò)16Kg，北美人均不銹鋼年消費(fèi)量已從3年前的6.4Kg增加到8.2Kg，即增長(zhǎng)了28%6。表1.2 世界主要不銹鋼生產(chǎn)不銹鋼產(chǎn)量占鋼總量的比例（%）年份日本美國(guó)德國(guó)法國(guó)意大利瑞典英國(guó)中國(guó)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(chǎn)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(lái)越大，

36、已達(dá)7000以上。目前冷軋薄板和帶鋼寬度可達(dá)2m;熱軋中厚板的寬度最大可達(dá)3m；無(wú)縫不銹鋼鋼管直徑已達(dá)爭(zhēng)4500mm以上，壁厚0.04mm，最大可達(dá)130mm，最小直徑為0.lmm；鋼絲最細(xì)可達(dá)0.025mm。鋼管生產(chǎn)己逐步過(guò)渡到以焊管為主。表1.3 1990年與1993年一些國(guó)家人均不銹鋼年消費(fèi)量（Kg）國(guó)家 1990 1993世界平均2.1日本16.116.8美國(guó)6.78.3德國(guó)12.111.2法國(guó)7.29.8意大利9.99.9英國(guó)4.57.0瑞典13.121.7中國(guó)0.51.3.4 不銹鋼的電阻點(diǎn)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(diǎn)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(zhǎng)大傾向，焊接時(shí)間參數(shù)一般應(yīng)選擇小些。奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體不銹鋼點(diǎn)焊焊接性良好，尤其是電阻率高（為低碳鋼的5-6倍），熱導(dǎo)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(wú)需特殊的工藝措施，采用普通交流點(diǎn)焊機(jī)、簡(jiǎn)單焊接循環(huán)即可獲得滿意的焊接質(zhì)量。點(diǎn)焊技術(shù)要求7：1）可用酸洗、紗布打磨或拋光等方法進(jìn)行焊前表面清理，但對(duì)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(qiáng)烈的內(nèi)部和外部水冷，可顯著提高生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量。3）由于高溫強(qiáng)度大，塑性變形困難，應(yīng)采用

38、較高的電極壓力，以避免產(chǎn)生噴濺縮孔、裂紋等缺陷。4）板厚大于3mm時(shí)，常采用多脈沖焊接電流來(lái)改善電極工作狀況，其脈沖較點(diǎn)焊等厚低碳鋼時(shí)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(nèi)容（1）確定304不銹鋼點(diǎn)焊的工藝參數(shù)，對(duì)焊接試樣進(jìn)行接頭組織、性能分析、測(cè)試。（2）對(duì)不同工藝參數(shù)下接頭的組織、顯微硬度、力學(xué)性能進(jìn)行分析，測(cè)試。（3）通過(guò)優(yōu)化點(diǎn)焊電流、焊接時(shí)間、電極壓力，解決目前生產(chǎn)中常出現(xiàn)的熔核尺寸過(guò)小，易產(chǎn)生未熔合缺陷。2 實(shí)驗(yàn)方案分析、確定及實(shí)施2.1實(shí)驗(yàn)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(qiáng)。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(duì)氧化性酸，在實(shí)驗(yàn)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(qiáng)的抗腐蝕性。對(duì)堿溶液及大部分有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸亦具有良好的耐腐蝕能力。表2.1 304不銹鋼化學(xué)成分(%)成分CSiMnCrNiSP含量 0.07 1.0 2.08.020.08.011.0 0.03 0.0352.1.1國(guó)標(biāo)304不銹鋼的性質(zhì)304不銹鋼的密度：7.93g/cm3 奧氏體不銹鋼一般都用這個(gè)值。304含鉻量(%) 17.00-19.00，含鎳量8.00%-10.00%，304相當(dāng)于我國(guó)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(qiáng)。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(duì)氧化性酸，在實(shí)驗(yàn)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(qiáng)的抗腐蝕性。對(duì)堿溶液及大部分有機(jī)酸和無(wú)機(jī)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(zhǎng)久耐用耐腐蝕性好強(qiáng)度高，因而薄板使用的更廣泛耐高溫氧化及強(qiáng)度高，因此能夠抗火災(zāi)。常溫加工，即容易塑性加工，因?yàn)椴槐乇砻嫣幚?，所以?jiǎn)便、維護(hù)簡(jiǎn)單、清潔、光潔度高、焊接性能好。不銹鋼的品質(zhì)特性見(jiàn)表2-2。表2.2 不銹鋼品質(zhì)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(nèi)外裝飾，廚房用具，化學(xué)刻度，航空機(jī)器建筑材料，汽車零件，加用電器，廚房器具，飯盒等釬、刀機(jī)器零部件，醫(yī)院用具，手術(shù)用具耐腐蝕性高高高2.2點(diǎn)焊工藝參數(shù)選擇影響點(diǎn)焊的工藝參數(shù)包括：（1）電極頭端面的直徑D或R 電極頭是指點(diǎn)焊時(shí)與焊件表面相接觸時(shí)的電極端頭部分。其中D為錐臺(tái)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(shí)，由于接觸面積增大，電流密度減小、散熱效果增強(qiáng)，均使焊接區(qū)加熱程度減弱，因而融核尺寸減小，使焊點(diǎn)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(guān)系圖2-2 拉剪載荷與電極頭端面直徑D關(guān)系 圖2-1 電極頭結(jié)構(gòu)圖圖2-1 常用電極頭結(jié)構(gòu)（2）焊接電流I 焊接時(shí)流經(jīng)焊接回路的電流稱為焊接電流，一般在數(shù)萬(wàn)安培（A）以內(nèi)。焊接電流是最主要的焊接參數(shù)。調(diào)節(jié)焊接電流對(duì)接頭力學(xué)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(guān)系1-板厚1.6mm以上 2-板厚1.6mm以下（3）焊接時(shí)間t 自焊接電流流通到停止的持續(xù)時(shí)間，稱為焊接時(shí)間。點(diǎn)焊時(shí)t一般在數(shù)十周波（1周波=0.02s）以內(nèi)。焊接時(shí)間對(duì)接頭力學(xué)性能的影響與焊接電流相似。但應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：1）C點(diǎn)以后曲線并不立即下降，這是因?yàn)楸M管熔核尺

43、寸已達(dá)飽和，但塑性環(huán)還可有一定擴(kuò)大，再加之熱源加熱速率較和緩，因而一般不會(huì)產(chǎn)生噴濺。2）焊接時(shí)間對(duì)接頭塑性指標(biāo)影響較大，尤其對(duì)承受動(dòng)載荷或有脆硬傾向的材料（可淬硬鋼、鋁合金等），較長(zhǎng)的焊接時(shí)間將產(chǎn)生較大的不良影響。（3）電極壓力FW 點(diǎn)焊時(shí)通過(guò)電極施加在焊件上的壓力一般要數(shù)千牛。圖2-4表明電極壓力過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使焊點(diǎn)承載能力降低和分散性變大，尤其對(duì)拉伸載荷影響更大。當(dāng)電極壓力過(guò)小時(shí)，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(guò)大而引起的加熱速度增大而塑性環(huán)又來(lái)不及擴(kuò)展，從而產(chǎn)生嚴(yán)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(duì)不允許的。電極壓力過(guò)大時(shí)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(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)未焊透缺陷。一般認(rèn)為，在增大電極壓力的同時(shí)，適當(dāng)增加焊接電流和焊接時(shí)間，以維持焊接區(qū)加熱程度不變。同時(shí)，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(dòng)對(duì)焊點(diǎn)強(qiáng)度的不良影響。此時(shí)，不僅使焊點(diǎn)強(qiáng)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(guān)系2.3 試驗(yàn)過(guò)程2.3.1 試驗(yàn)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(yàn)。在進(jìn)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(yàn)采用YR-

45、500CM2HGS型單相交流電阻焊機(jī)進(jìn)行電阻點(diǎn)焊。焊機(jī)上安裝的電極是進(jìn)行了時(shí)效處理的標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)材料實(shí)物圖2.3.2點(diǎn)焊前的工件清理無(wú)論是點(diǎn)焊、縫焊或凸焊，在焊前必須進(jìn)行工件表面清理，以保證接頭質(zhì)量穩(wěn)定。清理方法分機(jī)械清理和化學(xué)清理兩種。常用的機(jī)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(shí)，保持工件表面的高度清潔十分重要，因?yàn)橛?、塵土、油漆的存在，能增加硫脆化的可能，從而使接頭產(chǎn)生缺陷。清理方法可用激光、噴丸、鋼絲刷或化學(xué)腐蝕。對(duì)于特別重要的工件，有時(shí)用電

46、解拋光，但這種方法復(fù)雜而且生產(chǎn)率低。本實(shí)驗(yàn)用王水（鹽酸與硝酸3:1）作為腐蝕液對(duì)處理好的焊點(diǎn)截面進(jìn)行腐蝕10。表2.3 不銹鋼化學(xué)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的蘇打溶液，溫度20251000 2.3.3 點(diǎn)焊方案本實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制變量的方法控制其中幾個(gè)工藝參數(shù)一定，只允許存在單一變量的條件下然后進(jìn)行點(diǎn)焊實(shí)驗(yàn)。即在選定電極后，控制焊接時(shí)間和電極壓力保持不變得出焊接電流對(duì)焊點(diǎn)品質(zhì)影響的圖象；控制焊接電流和電極壓力不變，得出焊接時(shí)間影響焊點(diǎn)品質(zhì)的圖象；控制焊接電流和時(shí)間一定，得出電極壓力對(duì)焊點(diǎn)品質(zhì)影

47、響的圖象。然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上并參考相關(guān)資料文獻(xiàn)，通過(guò)分析函數(shù)圖象，從而確定最合適的焊接參數(shù)，最終達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.3.4 焊后性能測(cè)試(1)顯微硬度測(cè)試 顯微硬度測(cè)試采用MH-5顯微硬度計(jì)進(jìn)行顯微硬度試驗(yàn)，加載為1K，加壓時(shí)間為10s。圖2-6為點(diǎn)焊接頭顯微硬度測(cè)試示意圖，每個(gè)點(diǎn)焊接頭沿試樣對(duì)角線方向打49個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)間距為0.25mm，依次記錄各點(diǎn)的顯微硬度值。圖2-6 點(diǎn)焊接頭顯微硬度測(cè)試示意圖（2）剪切試驗(yàn) 拉剪試驗(yàn)在WDW-200型拉剪試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載頭的拉伸速度為10mm/min。在進(jìn)行拉剪試驗(yàn)時(shí)，需要在試樣的夾持部分補(bǔ)加和試樣等厚的墊片，以避免因兩板疊加而產(chǎn)生的附加

48、力矩，如圖2-7所示。試驗(yàn)中，依次記錄各個(gè)試樣的最大拉剪力，拉剪力取相同試驗(yàn)條件下三個(gè)試樣拉剪力的平均值。圖2-7 點(diǎn)焊接頭剪切試驗(yàn)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(diǎn)焊接頭切開(kāi)作為金相試樣。經(jīng)過(guò)對(duì)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(duì)處理好的焊點(diǎn)截面進(jìn)行腐蝕，然后進(jìn)行顯微分析。采用XJG05大型體式顯微鏡分析焊接參數(shù)(焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力)對(duì)熔核尺寸的影響，熔核直徑取在相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行焊接的三個(gè)接頭的平均值；采用JSM-5310型掃描電鏡對(duì)點(diǎn)焊接頭的組織及成分進(jìn)行分析。3 試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1電極壓力的確定 通過(guò)查詢相關(guān)資料文獻(xiàn)

49、11，可知本實(shí)驗(yàn)條件下304不銹鋼的最佳焊接參數(shù)大致如下：表3.1 304不銹鋼的焊接參數(shù)范圍厚度/mm焊接電流/A焊接時(shí)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(diǎn)焊接頭承載能力與電極壓力的關(guān)系 綜合本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及相關(guān)文獻(xiàn)資料，綜合分析得出本實(shí)驗(yàn)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(duì)焊點(diǎn)品質(zhì)的影響電阻焊的熱源是電流通過(guò)焊接區(qū)產(chǎn)生的電阻熱。根據(jù)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(shí)間（s）。 由式（3-1）可見(jiàn)，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(shù)一定時(shí)焊接區(qū)的電流密度應(yīng)有一個(gè)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(guò)快會(huì)產(chǎn)生飛濺使焊點(diǎn)質(zhì)量降低。 焊接電流過(guò)小時(shí)，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(dāng)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(qiáng)，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(guò)大時(shí)，焊件加熱太快，熔核周圍的塑性環(huán)來(lái)不及形成或熔核直徑與焊透率過(guò)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(diǎn)強(qiáng)度下降。但必須指出，產(chǎn)生飛濺的焊接電流上限值是隨電極力的增大而增大。實(shí)際生產(chǎn)中，在電極力給定時(shí)，調(diào)整焊接電流，使其稍低于飛濺電流值，就可獲得最大的焊點(diǎn)強(qiáng)度12。3.2.2 焊接電流對(duì)剪切強(qiáng)度的影響對(duì)在焊接時(shí)間為7周波，電極壓力為4000N，焊接電流分別為4-8KA時(shí)，對(duì)304不銹鋼（1.0mm）鋼板進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)點(diǎn)焊進(jìn)行焊接接頭拉剪強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果如圖3-1所示：在焊接時(shí)間T=7周波時(shí)，點(diǎn)焊接頭的剪切力大小隨著焊接電流的增大而增大，當(dāng)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?yàn)樵诤附与娏鬏^小時(shí)，由于熱量不足，焊點(diǎn)金屬未

52、能達(dá)到充分的熔合，在兩個(gè)試件間形成熔核尺寸太小，因此得到的點(diǎn)焊接頭剪切強(qiáng)度較低；隨著焊接電流的不斷增加，點(diǎn)焊熔核尺寸隨著熱輸入量的增加而穩(wěn)定增大，點(diǎn)焊熔核剪切力不斷提高；達(dá)到最高點(diǎn)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(diǎn)焊熔核的進(jìn)一步長(zhǎng)大，從而影響熔核的質(zhì)量，所以繼續(xù)增大電流，將導(dǎo)致接頭強(qiáng)度急劇降低12。圖3-2 焊接電流對(duì)接頭拉剪力的影響所以，在電極壓力為4000N、焊接時(shí)間為7周波的條件下，304不銹鋼點(diǎn)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(duì)點(diǎn)焊熔核尺寸的影響規(guī)律。由圖可見(jiàn)，焊接電流對(duì)熔核尺寸影響很大，當(dāng)焊接電流從4 kA

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

54、充分，點(diǎn)焊熔核內(nèi)部熔化的金屬液體也就比較少，這直接導(dǎo)致了焊點(diǎn)熔核直徑比較小，甚至達(dá)不到相應(yīng)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(diǎn)處的電阻熱足以熔化形成優(yōu)質(zhì)熔核所需的金屬液體，熔核直徑必然增大，點(diǎn)焊接頭拉剪力也隨之得到提高。但當(dāng)焊接電流過(guò)大時(shí)，電流密度很大，若此時(shí)熔核直徑擴(kuò)大的速度大大超過(guò)塑性環(huán)擴(kuò)大的速度，就會(huì)在焊點(diǎn)處發(fā)生強(qiáng)烈的“禮花狀”飛濺。此時(shí)，焊接熔核內(nèi)部就會(huì)由于一部分熔化金屬缺失而導(dǎo)致縮孔缺陷的產(chǎn)生;焊點(diǎn)處的飛濺使得焊接接頭的壓痕深度增大，這也導(dǎo)致了熔核內(nèi)部裂紋缺陷的產(chǎn)生。同時(shí)，飛濺的出現(xiàn)還破壞了點(diǎn)焊熔核塑性環(huán)的完整性，導(dǎo)致應(yīng)力集中在焊點(diǎn)熔核邊緣附近產(chǎn)生，這些都會(huì)嚴(yán)

55、重地影響點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能，使拉剪力減小13。因此在提高點(diǎn)焊力學(xué)性能的前提下進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)該盡力避免飛濺的發(fā)生，選擇剛好低于飛濺點(diǎn)的焊接電流值最為合適，本試驗(yàn)中最佳電流為6000A。3.2.4 焊接電流對(duì)點(diǎn)焊熔核的顯微硬度的影響規(guī)律圖3-4為焊接電流對(duì)點(diǎn)焊熔核的顯微硬度的影響規(guī)律。從點(diǎn)焊熔核中心開(kāi)始，沿與試樣平行方向向兩側(cè)母材同時(shí)進(jìn)行顯微硬度測(cè)試(加載1Kg，加載時(shí)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(shù)。由圖可見(jiàn)，兩側(cè)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(cè)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(shí)間和電極壓力的前提下，焊接電流不同，點(diǎn)焊接頭顯微硬度相差很大。由圖可見(jiàn)，隨著焊接電