焊接專業(yè)畢業(yè)論文

LF21防銹鋁電阻焊接工藝及接頭性能研究1.緒論1.1序言1.2鋁合金1.2.1鋁合金的概況電阻焊屬于電阻熱的焊接。它是運(yùn)用電流通過工件及焊接接觸面間所產(chǎn)生的電阻熱，將焊件加熱至塑性或局部熔化狀態(tài)，再施加壓力形成焊接接頭的焊接措施。電阻焊分為點(diǎn)焊、縫焊和對(duì)焊3種形式。（1）點(diǎn)焊：將焊件壓緊在兩個(gè)柱狀電極之間，通電加熱，使焊件在接觸處熔化形成熔核，然后斷電，并在壓力下凝固結(jié)晶，形成組織致密的焊點(diǎn)。點(diǎn)焊合用于焊接4mm如下的薄板(搭接)和鋼筋，廣泛用于汽車、飛機(jī)、電子、儀表和平常生活用品的生產(chǎn)。（2）縫焊：縫焊與點(diǎn)焊相似，所不一樣的是用旋轉(zhuǎn)的盤狀電極替代柱狀電極。疊合的工件在圓盤間受壓通電，并隨圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而送進(jìn)，形成持續(xù)焊縫?？p焊合適于焊接厚度在3mm如下的薄板搭接，重要應(yīng)用于生產(chǎn)密封性容器和管道等。（3）對(duì)焊：根據(jù)焊接工藝過程不一樣，對(duì)焊可分為電阻對(duì)焊和閃光對(duì)焊。1）電阻對(duì)焊焊接過程是先施加頂鍛壓力(10～15MPa)，使工件接頭緊密接觸，通電加熱至塑性狀態(tài)，然后施加頂鍛壓力(30～50MPa)，同步斷電，使焊件接觸處在壓力下產(chǎn)生塑性變形而焊合。電阻對(duì)焊操作簡(jiǎn)便，接頭外形光滑，但對(duì)焊件端面加工和清理規(guī)定較高，否則會(huì)導(dǎo)致接觸面加熱不均勻，產(chǎn)生氧化物夾雜、焊不透等缺陷，影響焊接質(zhì)量。因此，電阻對(duì)焊一般只用于焊接直徑不不小于20mm、截面簡(jiǎn)樸和受力不大的工件。2）閃光對(duì)焊焊接過程是先通電，再使兩焊件輕微接觸，由于焊件表面不平，使接觸點(diǎn)通過的電流密度很大，金屬迅速熔化、氣化、爆破，飛濺出火花，導(dǎo)致閃光現(xiàn)象。繼續(xù)移動(dòng)焊件，產(chǎn)生新的接觸點(diǎn)，閃光現(xiàn)象不停發(fā)生，待兩焊件端面所有熔化時(shí)，迅速加壓，隨即斷電并繼續(xù)加壓，使焊件焊合。閃光對(duì)焊的接頭質(zhì)量好，對(duì)接頭表面的焊前清理規(guī)定不高。常用于焊接受力較大的重要工件。閃光對(duì)焊不僅能焊接同種金屬，也能焊接鋁鋼、鋁銅等異種金屬，可以焊接0.01mm的金屬絲，也可以焊接直徑500mm的管子及截面為20000mm2的板材。防銹鋁防銹鋁：重要是Al-Mn系及Al-Mg系合金。因其時(shí)效強(qiáng)化效果不明顯，因此不適宜熱處理強(qiáng)化，但可以通過加工硬化來提高強(qiáng)度及硬度。此類合金重要性能特點(diǎn)是具有優(yōu)良的抗蝕性，故稱為防銹鋁。鋁鎂合金尚有鋁錳合金統(tǒng)稱為防銹鋁，由于兩者中間的合金成分均有增長(zhǎng)他們防腐性能，鋁錳合金代表是3003，3004，3105，第一種使用比較廣泛，第二種一般使用在易拉罐體上面，后一種是電線以及其他的導(dǎo)電性規(guī)定比較高的上面使用，鋁鎂合金根據(jù)鎂合金的含量的高下依次為500552525251505050525754508350565086等等，分別使用在某些防腐性能尚有強(qiáng)度規(guī)定比較高的行業(yè)，例如造船，容器尚有地鐵高速列車鋁合金的焊接措施幾乎多種焊接措施都可以用于焊接鋁及鋁合金，但鋁及鋁合金對(duì)多種焊接措施的適應(yīng)性不一樣，多種焊接措施有其各自的應(yīng)用場(chǎng)所。氣焊和焊條電弧焊措施，設(shè)備簡(jiǎn)樸，操作以便。氣焊可用于焊接質(zhì)量規(guī)定不高的鋁薄板及鑄件的補(bǔ)焊。焊條電弧焊可用于鋁合金鑄件的補(bǔ)焊。惰性氣體保護(hù)焊（TIG和MIG）措施是應(yīng)用最廣泛的鋁及鋁合金的焊接措施。鋁及鋁合金薄板可采用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊。鋁及鋁合金厚板可采用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護(hù)焊，熔化極氣體保護(hù)焊，脈沖熔化極氣體保護(hù)焊。電阻焊1.4.1電阻焊基本原理焊接熱的產(chǎn)生及影響產(chǎn)熱的原因點(diǎn)焊時(shí)產(chǎn)生的熱量由下式?jīng)Q定：\o"查看圖片"電阻焊基本原理Q=I″Rt(6-1）式中Q——產(chǎn)生的熱量(J)I″——焊接電流(A)的平方R——電極間電阻(Ω)t——焊接時(shí)間(s）1.電阻R及影響R的原因式（6-1）中的電極間電阻包括工件自身電阻R。，兩工件間接觸電阻R},電極與工作間接觸電阻R點(diǎn)焊時(shí)的電阻R=2Rw,-l-Rc-I-2Rm(6-2)分布和電流線當(dāng)工件和電極已定期，工件的電阻取決于它的電阻率。因此，電阻率是被焊材料的重要性能。電阻率高的金屬其導(dǎo)熱性差（如不銹鋼），電阻率低的金屬其導(dǎo)熱性好（如鋁合金）。因此，點(diǎn)焊不銹鋼時(shí)產(chǎn)熱易而散熱難，點(diǎn)焊鋁合金時(shí)產(chǎn)熱難而散熱易。點(diǎn)焊時(shí)，前者可以用較小電流（幾千安培），后者就必須用很大電流（幾萬安培）。1.4.2電阻焊的重要方式及影響原因電阻焊措施重要有四種，即點(diǎn)焊、縫焊、凸焊、對(duì)焊點(diǎn)焊（SpotWelding）點(diǎn)焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩柱狀電極之間，運(yùn)用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點(diǎn)的電阻焊措施。點(diǎn)焊重要用于薄板焊接。點(diǎn)焊的工藝過程：1、預(yù)壓，保證工件接觸良好。2、通電，使焊接處形成熔核及塑性環(huán)。3、斷電鍛壓，使熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶，形成組織致密、無縮孔、裂紋的焊點(diǎn)?？p焊(SeamWelding)縫焊的過程與點(diǎn)焊相似，只是以旋轉(zhuǎn)的圓盤狀滾輪電極替代柱狀電極，將焊件裝配成搭接或?qū)咏宇^，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動(dòng)，持續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條持續(xù)焊縫的電阻焊措施?？p焊重要用于焊接焊縫較為規(guī)則、規(guī)定密封的構(gòu)造，板厚一般在3mm如下。對(duì)焊(ButtWelding)對(duì)焊是使焊件沿整個(gè)接觸面焊合的電阻焊措施。凸焊(ProjectionWelding)凸焊是點(diǎn)焊的一種變型形式;在一種工件上有預(yù)制的凸點(diǎn)，凸焊i時(shí)，一次可在接頭處形成一種或多種熔核。1、電阻對(duì)焊(ResistanceButtWelding)電阻對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭，使其端面緊密接觸，運(yùn)用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后斷電并迅速施加頂鍛力完畢焊接的措施，電阻對(duì)焊重要用于截面簡(jiǎn)樸、直徑或邊長(zhǎng)不不小于20mm和強(qiáng)度規(guī)定不太高的焊件。2、閃光對(duì)焊(FlashButtWelding)閃光對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近到達(dá)局部接觸，運(yùn)用電阻熱加熱這些接觸點(diǎn)，在大電流作用下，產(chǎn)生閃光，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)到達(dá)預(yù)定溫度時(shí)，斷電并迅速施加頂鍛力完畢焊接的措施。閃光焊的接頭質(zhì)量比電阻焊好，焊縫力學(xué)性能與母材相稱，并且焊前不需要清理接頭的預(yù)焊表面。閃光對(duì)焊常用于重要焊件的焊接?？珊竿N金屬，也可焊異種金屬；可焊0.01mm的金屬絲，也可焊0mm的金屬棒和型材。電阻焊接的品質(zhì)是由如下4個(gè)要素決定的：1.

電流，2.通電時(shí)間，3.加壓力，4.電阻頂端直徑

重要參數(shù)對(duì)焊接的影響焊接電流的影響從公式可見，電流對(duì)產(chǎn)熱的影響比電阻和時(shí)間兩者都大。因此，在點(diǎn)焊過程中，它是一種必須嚴(yán)格控制的參數(shù)。引起電流變化的重要原因是電網(wǎng)電壓波動(dòng)和交流焊機(jī)次級(jí)回路阻抗變化。阻抗變化是因回路的幾何形狀變化或因在次級(jí)回路中引入了不一樣量的磁性金屬。對(duì)于直流焊機(jī)，次級(jí)回路阻抗變化，對(duì)電流無明顯影響。除焊接電流總量外，電流密度也對(duì)加熱有明顯影響。通過已焊成焊點(diǎn)的分流，以及增大電極接觸面積或凸焊時(shí)的凸點(diǎn)尺寸，都會(huì)減少電流密度和焊熱接熱，從而使接頭強(qiáng)度明顯下降。焊接時(shí)間的影響為了保證熔核尺寸和焊點(diǎn)強(qiáng)度，焊接時(shí)間與焊接電流在一定范圍內(nèi)可以互為補(bǔ)充。為了獲得一定強(qiáng)度的焊點(diǎn)，可以采用大電流和短時(shí)間（強(qiáng)條件，又稱強(qiáng)規(guī)范），也可以采用小電流和長(zhǎng)時(shí)間（弱條件，又稱弱規(guī)范）。選用強(qiáng)條件還是弱條件，則取決于金屬的性能、厚度和所用焊機(jī)的功率。但對(duì)于不一樣性能和厚度的金屬所需的電流和時(shí)間，都仍有一種上、下限，超過此限，將無法形成合格的熔核。電極壓力的影響電極壓力對(duì)兩電極間總電阻R有明顯影響，伴隨電極壓力的增大，R明顯減小。此時(shí)焊接電流雖略有增大，但不能影響因R減小而引起的產(chǎn)熱的減少。因此，焊點(diǎn)強(qiáng)度總是伴隨電極壓力的增大而減少。在增大電極壓力的同步，增大焊接電流或延長(zhǎng)焊接時(shí)間，以彌補(bǔ)電阻減小的影響，可以保持焊點(diǎn)強(qiáng)度不變。采用這種焊接條件有助于提高焊點(diǎn)強(qiáng)度的穩(wěn)定性。電極壓力過小，將引起飛濺，也會(huì)使焊點(diǎn)強(qiáng)度減少。電極形狀及材料性能的影響由于電極的接觸面積決定著電流密度，電極材料的電阻率和導(dǎo)熱性關(guān)系著熱量的產(chǎn)生和散失，因而電極的形狀和材料對(duì)熔核的形成有明顯影響。伴隨電極端頭的變形和磨損，接觸面積將增大，焊點(diǎn)強(qiáng)度將減少。工件表面狀況的影響工件表面上的氧化物、污垢、油和其他雜質(zhì)增大了接觸電阻。過厚的氧化物層甚至?xí)闺娏鞑荒芡ㄟ^。局部的導(dǎo)通，由于電流密度過大，則會(huì)產(chǎn)生飛濺和表面燒損。氧化物層的不均勻性還會(huì)影響各個(gè)焊點(diǎn)加熱的不一致，引起焊接質(zhì)量的波動(dòng)。因此，徹底清理工件表面是保證獲得優(yōu)質(zhì)接頭的必要條件1.4.3電阻焊循環(huán)過程分析電阻焊一般在焊件裝配好之后才接通電源的，電源一旦接通，變壓器就在負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行，一般無空載運(yùn)行的狀況發(fā)生，其他工序，如裝載，夾緊等，一般不需要接通電源，因此變壓器處在斷續(xù)工作狀態(tài)。點(diǎn)焊將工件搭接在上、下兩個(gè)電極之間并壓緊，通電后工件局部熔化，冷卻后凝固形成焊點(diǎn)。焊點(diǎn)直徑一般為單個(gè)工件厚度的2倍加3毫米,焊點(diǎn)高度為工件總厚度的30～70％。焊點(diǎn)的數(shù)目和電流大小，根據(jù)接頭所需要的強(qiáng)度選擇。點(diǎn)焊常用于飛機(jī)、汽車、鐵路車輛和電器等薄壁構(gòu)件的聯(lián)接，也可用于鋼筋、棒材或金屬絲網(wǎng)的交叉聯(lián)接。適合采用點(diǎn)焊的最大厚度：低碳鋼一般為3毫米,鋼筋和棒材直徑可達(dá)25毫米。焊接兩個(gè)厚度不等的工件時(shí)厚度比應(yīng)不不小于1:3。單點(diǎn)焊的生產(chǎn)率一般可達(dá)每分鐘100點(diǎn)。大量生產(chǎn)中往往采用專用的多點(diǎn)焊機(jī)。將被焊工件之一在焊前沖出或壓出凸點(diǎn)或凸環(huán)，用平板電極焊接。焊接過程與點(diǎn)焊相似。焊時(shí)凸點(diǎn)被壓平，形成接頭，可同步焊接許多點(diǎn)或一種環(huán)。凸焊合用于大量生產(chǎn)和焊接厚度相差較大的工件，如飛機(jī)的孔蓋、加強(qiáng)板、晶體管的管殼等。1.4.4電阻焊的優(yōu)缺陷電阻焊的長(zhǎng)處1、熔核形成時(shí)，一直被塑性環(huán)包圍，熔化金屬與空氣隔絕，冶金過程簡(jiǎn)樸。2、加熱時(shí)間短，熱量集中，故熱影響區(qū)小，變形與應(yīng)力也小，一般在焊后不必安排校正和熱處理工序。3、不需要焊絲、焊條等填充金屬，以及氧、乙炔、氫等焊接材料，焊接成本低。4、操作簡(jiǎn)樸，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，改善了勞動(dòng)條件。5、生產(chǎn)率高，且無噪聲及有害氣體，在大批量生產(chǎn)中，可以和其他制造工序一起編到組裝線上。但閃光對(duì)焊因有火花噴濺，需要隔離。電阻焊的缺陷1、目前還缺乏可靠的無損檢測(cè)措施，焊接質(zhì)量只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗(yàn)來檢查，以及靠多種監(jiān)控技術(shù)來保證。2、點(diǎn)、縫焊的搭接接頭不僅增長(zhǎng)了構(gòu)件的重量，且因在兩板焊接熔核周圍形成夾角，致使接頭的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均較低。3、設(shè)備功率大，機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高，使設(shè)備成本較高、維修較困難，并且常用的大功率單相交流焊機(jī)不利于電網(wǎng)的平衡運(yùn)行。1.4.5電阻焊的發(fā)展概況伴隨航空航天、電子、汽車、家用電器等工業(yè)的發(fā)展、電阻焊越加受到廣泛的重視。同步，對(duì)電阻焊的質(zhì)量也提出了更高的規(guī)定?？上驳氖?，我國微電子技術(shù)的發(fā)展和大功率可控硅、整流器的開發(fā)，給電阻焊技術(shù)的提高提供了條件。目前我國已生產(chǎn)了性能優(yōu)良的次級(jí)整流焊機(jī)。由集成電路和微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的控制箱已用于新焊機(jī)的配套和老焊機(jī)的改造。恒流、動(dòng)態(tài)電阻，熱膨脹等先進(jìn)的閉環(huán)監(jiān)控技術(shù)已開始在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。這一切都將有助于提高電阻焊質(zhì)量，并擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。鋁合金的電阻焊國外的學(xué)者對(duì)鋁合金的點(diǎn)焊研究較多，而我國在這方面研究較少，英國學(xué)者M(jìn).HAO認(rèn)為在低碳鋼點(diǎn)焊時(shí)使用良好的動(dòng)態(tài)電阻法不適合于鋁合金點(diǎn)焊，在動(dòng)態(tài)電阻與熔核直徑或承載能力之間沒有確定的關(guān)系。點(diǎn)焊鋁合金時(shí)，電極位移與熔核直徑之間的關(guān)系也是不確定的，單獨(dú)使用熱膨脹信息來預(yù)測(cè)鋁合金點(diǎn)焊的熔核尺寸是很片面的。他認(rèn)為用任何單一的參數(shù)來預(yù)測(cè)熔核直徑及焊點(diǎn)強(qiáng)度都是不充足的。M.HAO運(yùn)用從測(cè)得數(shù)據(jù)中提取出的幾種特性信息預(yù)測(cè)了鋁合金點(diǎn)焊熔核尺寸及承載強(qiáng)度，成果良好。90%熔核尺寸（直徑）預(yù)測(cè)誤差在±（0.2～0.4）mm之間，90%焊點(diǎn)拉伸強(qiáng)度誤差在±(0.68～0.89)kN之間。M.HAO在最終的結(jié)論中提到僅測(cè)量電參數(shù)就可以預(yù)測(cè)焊接及焊點(diǎn)強(qiáng)度并檢測(cè)與否發(fā)生飛濺。這會(huì)大大簡(jiǎn)化這一措施在生產(chǎn)應(yīng)用所碰到的傳感器問題[8]。多種鋁合金與其他黑色金屬相比，具有導(dǎo)熱導(dǎo)電性好，熱膨脹系數(shù)大，表面易氧化形成較大的接觸電阻等共同特性，因此他們點(diǎn)焊與縫焊的重要特點(diǎn)是：⑴由于電阻率小，熱導(dǎo)率大，要?蟛捎么蟮緦鰲⒍淌奔淶墓娣逗附櫻ǔＢ梁轄鷙附鈾煤附擁緦髟嘉穸鵲吞幾值?4～5倍。因此，規(guī)定有大容量的電源，這在一般交流焊機(jī)上往往難以滿足。另一方面由于熱導(dǎo)率大，焊件表面極易過熱，使電極與焊件互相粘結(jié)，電極磨損加劇，表面質(zhì)量下降。對(duì)表面包純鋁的硬鋁合金來說，還將因電極的銅原子進(jìn)入包鋁層，使鋁合金表面抗腐蝕性能減少。⑵焊接時(shí)極易產(chǎn)生飛濺。由于鋁合金的常溫強(qiáng)度較高，表面又極易氧化而形成較高的接觸電阻。焊接時(shí)瞬時(shí)通以強(qiáng)大的焊接電流，將使接觸面上局部電流密度過大，瞬時(shí)熔化，而形成初期飛濺，影響焊件表面質(zhì)量并使電極使用壽命下降。此外，由于鋁合金的線膨脹系數(shù)α大，在加熱過程中，伴隨熔核的形成與擴(kuò)大，焊接區(qū)金屬體積的膨脹量大。這時(shí)，假如焊機(jī)加壓機(jī)構(gòu)的隨動(dòng)性不好，則會(huì)使加在熔核上的實(shí)際電竭力忽然增大，易將熔核周圍的塑性環(huán)擠破，導(dǎo)致后期飛濺。⑶對(duì)于硬鋁合金來說，產(chǎn)生裂紋的傾向較大。硬鋁合金具有一定量的銅元素。銅與鋁可形成低熔點(diǎn)的共晶體，分布在晶界上。在熔核冷卻結(jié)晶階段，假如缺乏足夠的電竭力，則形成較大的收縮變形和應(yīng)力，使熔核產(chǎn)生熱裂紋。本文研究?jī)?nèi)容本文重要研究了1.5mmLF21防銹鋁電阻點(diǎn)焊工藝條件下重要焊接參數(shù)對(duì)焊接接頭性能的影響狀況，并可以分析出在何種參數(shù)組合下焊接接頭的各項(xiàng)性能均能到達(dá)很好的原則。同步進(jìn)行金相組織分析，分析組織中出現(xiàn)的缺陷原因以及怎樣防止缺陷的產(chǎn)生。2.試驗(yàn)準(zhǔn)備及方案設(shè)計(jì)2.1試驗(yàn)材料LF21鋁合金屬于鋁錳系防銹鋁的經(jīng)典合金，是一種不可熱處理強(qiáng)化的鋁合金。該鋁合金的特點(diǎn)是抗蝕性強(qiáng)、焊接性能好、并具有中等強(qiáng)度，在退火狀態(tài)時(shí)塑性高，而在冷作硬化狀態(tài)時(shí)塑性低但耐蝕性強(qiáng)，是一種應(yīng)用最為廣泛的防銹鋁。常用作液體或氣體介質(zhì)中工作的低載荷零件，如油箱、導(dǎo)管及多種異形容器材料。試驗(yàn)用材料使用的是厚度為1.5mm的LF21鋁合金板，尺寸規(guī)格（長(zhǎng)×寬×厚）為150mm×20mm×1.5mm,其重要化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表2.1和表2.2所示。LF21防銹鋁的重要強(qiáng)化相Al6Mn，雜質(zhì)相為Al6（FeMn），或（Fe,Mn,Si）Al6等，但其雜質(zhì)的存在減小了Mn的偏析，對(duì)細(xì)化晶粒有一定的增進(jìn)作用。表2.1LF21鋁合金的重要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）合金元素CuMgMnFeSZnTiAl含量0.20.051.60.70.60.10.15余量表2.2LF21鋁合金的力學(xué)性能

LF21加工狀態(tài)抗拉強(qiáng)度σb/MPa屈服強(qiáng)度σs/MPa伸長(zhǎng)率δ/%斷面收縮率Ψ/%退火130502070冷作強(qiáng)化1601301055

2.2焊接試驗(yàn)2.2.1焊接設(shè)備在焊接過程中所用到設(shè)備是D/TN-42型單相交流點(diǎn)(凸)焊機(jī)（見圖2.1），詳細(xì)參數(shù)如表2.3所示。焊接中采用了單相工頻交流電源，電網(wǎng)交流380V電流經(jīng)主電力開關(guān)及功率調(diào)整器輸入到焊接變壓器的一次繞組，再通過焊接變壓器降壓從其二次繞組輸出大電流，用于焊接工件。D/TN-42型單相交流點(diǎn)(凸)焊機(jī)使用了SK-Ⅱ電阻焊控制器，用于實(shí)現(xiàn)焊接電流、電極壓力、壓緊力、頂鍛力等工藝參數(shù)的調(diào)整與控制，保證焊接循環(huán)中各階段工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)波形互相匹配和時(shí)間控制，來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的焊接循環(huán)，控制器啟動(dòng)開關(guān)啟動(dòng)后，程序從加壓時(shí)間開始執(zhí)行，執(zhí)行過程時(shí)序圖如圖2.2所示，預(yù)壓后進(jìn)行一次加熱，壓力在加熱時(shí)維持不變直到加熱結(jié)束，進(jìn)入冷卻時(shí)間，冷卻結(jié)束后開始第二次加熱并維持壓力的大小，接著壓力減小進(jìn)入休止?fàn)顟B(tài)。本試驗(yàn)采用了一次加熱過程，即開關(guān)啟動(dòng)后，焊機(jī)處在加壓→焊接（通電）→維持冷卻的循環(huán)狀態(tài)。圖2.1D/TN-42的交流單相點(diǎn)(凸)焊機(jī)表2.3D/TN點(diǎn)(凸)焊機(jī)的重要參數(shù)焊機(jī)型號(hào)D/TN-42最大焊接功率23kV.A電源電壓1.5Hz～300V次級(jí)空載電壓5.2V原則代號(hào)GB15578、GB/T8366、JB/T9529、JB/T1011050%負(fù)載持續(xù)率的標(biāo)稱功率40kV.A最大次級(jí)短路電流17.5kA電極臂間距（E）220mm電極臂伸出長(zhǎng)度（L）500mm電極總行程（s）60mm電極工作行程（s1）<60mm最小電極預(yù)壓力（Fmin）1200N最大電極鍛壓力6000N冷卻水壓力（Ps）0.3MPa冷卻水流量（Q）2dm3/min供氣壓力（PQ）0.5MPa整機(jī)重量280kg圖2.2控制器過程時(shí)序圖2.2.2接頭設(shè)計(jì)及試驗(yàn)準(zhǔn)備根據(jù)焊接接頭的不一樣，電阻焊分為了點(diǎn)焊、凸焊、縫焊和對(duì)焊，本試驗(yàn)采用了點(diǎn)焊接頭，LF21防銹鋁板尺寸規(guī)格為為150mm×20mm×1.5mm（長(zhǎng)×寬×厚），接頭設(shè)計(jì)如圖2.3所示:圖2.3焊接接頭設(shè)計(jì)(mm)由于鋁合金的化學(xué)活性很強(qiáng)，在空氣中表面極易形成難熔的氧化膜（Al2O3熔點(diǎn)約為2060℃2.2.3焊接方案前期完畢了對(duì)焊接接頭的設(shè)計(jì)并在焊前對(duì)LF21防銹鋁板進(jìn)行了氧化膜的清理，接著在焊接前還需制定一種焊接過程中參數(shù)變化的焊接方案。試驗(yàn)方案采用了正交試驗(yàn)法，選擇合適的正交表來制定合適?氖匝櫸槳浮?正交科研設(shè)計(jì)法又稱正交試驗(yàn)法或正交法，是一種安排和分析多原因試驗(yàn)的科學(xué)措施，它是以人們的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、有關(guān)的專業(yè)知識(shí)和概率論與數(shù)理記錄為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)學(xué)上的“正交性”原理而編制并已原則化了的表格——正交表，來科學(xué)的安排試驗(yàn)方案和對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行計(jì)算、分析，找出最優(yōu)的或較優(yōu)的生產(chǎn)條件或工藝條件的數(shù)學(xué)措施。在電阻點(diǎn)焊過程中，對(duì)焊接成果影響比較重要的原因有焊接電流、通電時(shí)間、電竭力、焊接速度、電極直徑、電極間電壓、焊接過程中的動(dòng)態(tài)電阻等。由于焊接參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量影響最大并且搜集信息比較輕易，其他原因例如電極直徑、焊接速度。電極間電壓等采集信息比較困難，并且焊接時(shí)一般可對(duì)這些原因采用固定值，因此，本試驗(yàn)選用了焊接電流、通電時(shí)間和電極壓力這三個(gè)焊接參數(shù)來研究分析其對(duì)LF21防銹鋁材料電阻點(diǎn)焊接頭性能的影響狀況。本試驗(yàn)確定要考察的原因有三個(gè)，即焊接電流Iw（原因A）、通電時(shí)間tw（原因B）、電極壓力F（原因C），每個(gè)原因均取三個(gè)水平，即焊接電流A：A1=13.9kA，A2=15.2kA，A3=16.4kA；通電時(shí)間B：B1=0.18s，B2=0.22s，B3=0.20s；電極壓力C：C1=2400N，C2=3600N，C3=3000N。列出的原因水平表如表2.4所示。表2.4焊接電流、通電時(shí)間與電極壓力三原因水平表水平因素焊接電流A（kA）通電時(shí)間B(s)電極壓力C(N)113.90.182400215.20.223600316.40.203000原因與水平選擇好了后來，就開始選擇合適的正交表。由于本試驗(yàn)的原因水平表為三原因三水平，因此選擇了L9(34)正交表。將各個(gè)原因水平按“水平對(duì)號(hào)入座”的措施填入所選用的L9(34)正交表上，并列出試驗(yàn)方案如表2.5所示。表2.5焊接電流、通電時(shí)間與電極壓力三原因試驗(yàn)方案

試驗(yàn)號(hào)因素焊接電流A（kA）通電時(shí)間B(s)電極壓力C(N)

列號(hào)123411（13.9）1（0.18）1（2400）1212223133342（15.2）12（3600）3522（0.22）316231273（16.4）13（3000）283213933（0.20）21按照表2.5的方案焊接兩組試樣，其中一組試樣用于拉伸試驗(yàn)，此外一組用于熔核直徑的測(cè)量、焊透率的計(jì)算以及金相試樣的制備。對(duì)試驗(yàn)成果分析可以得到影響焊接成果的最重要原因，因此還需設(shè)計(jì)一種兩原因三水平的正交表來確定影響焊接成果的次要原因和影響最小的原因。這個(gè)兩原因三水平表要考察的原由于：焊接電流Iw（原因A*）和通電時(shí)間tw（原因B*），每個(gè)原因均取三個(gè)水平，即焊接電流A*：A*1=13.9kA，A*2=15.2kA，A*3=16.4kA；通電時(shí)間B*：B*1=0.18s，B*2=0.20s，B*3=0.22s。列出的原因水平表如表2.6所示。由于是兩原因三水平表，因此仍然可以選用L9(34)正交表，將各項(xiàng)原因水平按照規(guī)律填入正交表中，并列出試驗(yàn)方案如表2.7所示。表2.6焊接電流、通電時(shí)間兩原因水平表水平因素焊接電流A*（kA）通電時(shí)間B*(s)113.90.18215.20.20316.40.22表2.7焊接電流、通電時(shí)間兩原因試驗(yàn)方案

試驗(yàn)號(hào)因素焊接電流A*（kA）通電時(shí)間B*(s)

列號(hào)123411（13.9）1（0.18）11212223133342（15.2）123522（0.20）316231273（16.40.22）21完畢試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)之后，按照試驗(yàn)方案進(jìn)行焊接，每組焊接參數(shù)焊接兩組試樣，焊接完畢后進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試和測(cè)量工作。2.3焊后分析過程簡(jiǎn)介在材料的焊接完畢后，還需要對(duì)焊件進(jìn)行一系列的檢查，包括撕破檢查、低倍檢查、接頭顯微組織檢查和力學(xué)性能試驗(yàn)。金相分析是金屬材料試驗(yàn)研究的重要手段之一，采用定量金相學(xué)原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測(cè)量和計(jì)算來確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關(guān)系。本次試驗(yàn)的金相組織觀看采用了型號(hào)為OLMPUS-PME3的金相顯微鏡（見圖2.4），重要是對(duì)焊后LF21薄板鋁合金焊接接頭進(jìn)行微觀組織觀測(cè)。對(duì)切割下來的試樣通過銼刀的粗磨后，運(yùn)用不一樣規(guī)格的砂紙進(jìn)行細(xì)磨以及在拋光機(jī)上進(jìn)行機(jī)械拋光，拋光中采用的拋光粉為氧化鉻，進(jìn)行拋光直至得到光亮無痕的鏡面，接著進(jìn)行浸蝕，運(yùn)用浸蝕劑對(duì)試樣的化學(xué)溶解將組織顯露出來，在金相顯微鏡下對(duì)焊后的LF21防銹鋁合金的組織特點(diǎn)以及出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行觀測(cè)和分析。本次試驗(yàn)采用的浸蝕劑為氫氟酸水溶液（氫氟酸0.5mL+水100mL）。圖2.4OLMPUS-PME3的金相顯微鏡金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在外加載荷作用下或載荷與環(huán)境原因（溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下所體現(xiàn)的行為。金屬材料的力學(xué)性能重要包括強(qiáng)度、硬度、塑性、耐磨性和缺口敏感性等性能。焊接完畢后將選擇一組對(duì)焊件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。拉伸試驗(yàn)是指在承受軸向拉伸載荷下測(cè)定材料特性的試驗(yàn)措施，試驗(yàn)所用的設(shè)備為CMT電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)（見圖2.5），運(yùn)用拉伸試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的抗拉強(qiáng)度，用來檢查材料與否符合原則和材料的性能。焊接接頭質(zhì)量的好壞最終反應(yīng)在接頭強(qiáng)度上，而接頭強(qiáng)度重要取決于焊點(diǎn)的尺寸，表面與內(nèi)部質(zhì)量。表面質(zhì)量是指焊件表面電極壓痕深度大小，有無表面飛濺、燒傷、裂紋、粘連電極、翹曲變形及表面抗腐蝕性能的變化等。當(dāng)接頭上存在的內(nèi)部或外部缺陷均在規(guī)定的原則容許的范圍內(nèi)時(shí)，則接頭強(qiáng)度重要決定于焊點(diǎn)的幾何尺寸，即焊點(diǎn)的熔核直徑dR、焊透率A%與電極的壓痕深度c。選擇此外一組焊件進(jìn)行測(cè)量熔核直徑、壓痕深度和焊透率等數(shù)據(jù)。壓痕深度是指點(diǎn)焊和縫焊后，由于通電加壓，在焊件表面上所產(chǎn)生的與電極端頭形狀相似的凹痕，它的出現(xiàn)屬于正?，F(xiàn)象。但過深的壓痕將引起應(yīng)力集中，減少動(dòng)載性能，一般表面壓痕應(yīng)不不小于單板厚度的10%～20%。焊透率是指單板實(shí)際熔深h與焊后實(shí)際板厚（δ-c）之比例，其公式為A=[h/(δ-c)]×100%式中A——焊透率（%）；h——熔深（mm）；c——壓痕深（mm）；δ——板厚（mm）。焊透率A一般在20%～80%內(nèi)波動(dòng)，一般如下限為佳，過大的熔深并不會(huì)增長(zhǎng)強(qiáng)度。圖2.5CMT電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)

3試驗(yàn)成果與分析討論3.1三原因焊接試驗(yàn)成果分析根據(jù)表2.5完畢焊接電流、通電時(shí)間以及電極壓力三原因正交焊接試驗(yàn)后，進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)、測(cè)量了熔核直徑并且對(duì)焊透率進(jìn)行了計(jì)算，各項(xiàng)測(cè)試及計(jì)算成果如表3.1所示。表3.1焊接電流、通電時(shí)間與電極壓力三原因焊接試驗(yàn)成果參數(shù)焊接電流Iw（kA）通電時(shí)間tw(s)電極壓力F（N）熔核直徑dR(mm)焊透率A（%）抗拉強(qiáng)度σb(MPa)113.90.1824005.4653.3124.11213.90.2236005.0645.326.267313.90.2030003.7049.325.813415.20.1836002.803422.093515.20.2230005.8053.333.703615.20.2024005.6069.381.047716.40.1830004.5853.336.13816.40.2224004.6851.375.58916.40.2036003.7251.317.813從表3.1中直接可以看出來，當(dāng)電極壓力為2400N時(shí)，抗拉強(qiáng)度相比較高，但由于在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)焊件存在著偏心力矩，在載荷過程中焊件會(huì)產(chǎn)生塑性變形使板件扭轉(zhuǎn)而力圖減小偏心力矩，從而使得部分焊件的抗拉強(qiáng)度較低。抗拉強(qiáng)度高的焊件的熔核直徑普遍在5.0左右，基本符合了板厚為1.5+1.5鋁合金電阻點(diǎn)焊的最小熔核直徑。從表3.1的數(shù)據(jù)可以看出，電極壓力的升高使抗拉強(qiáng)度減小，而抗拉強(qiáng)度的減小原因很也許是未焊透，這個(gè)現(xiàn)象出現(xiàn)的原因也許是電極壓力過大，使得接觸電阻變小，焊接熱量局限性導(dǎo)致了焊件的未焊透現(xiàn)象的產(chǎn)生。運(yùn)用正交試驗(yàn)法對(duì)焊透率這個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，從直觀分析、原因指標(biāo)方面對(duì)指標(biāo)的平均值和極差進(jìn)行分析如表3.2所示，并作出原因指標(biāo)圖（見圖3.1）。表3.2三原因焊接試驗(yàn)成果分析所在列1234

原因焊接電流Iw通電時(shí)間tw電極壓力F

試驗(yàn)成果A113.90.182400153.3213.90.223600245.3（表3.2續(xù)）313.90.203000349.3415.20.183600334515.20.223000153.3615.20.202400269.3716.40.183000253.3816.40.222400351.3916.40.203600151.3均值1

49.30046.86757.96752.633

均值252.20049.96745.53355.967

均值3

51.96756.63351.96744.867

極差R