钢桶焊接工艺研究

钢桶的焊接工艺研究辛巧娟在钢桶生产中，焊接工序是钢桶生产的主要质量控制工序，焊接质量的好坏，将直接影响钢桶的质量。

现在全世界的钢桶焊接几乎都是采用电阻焊技术。

一、钢桶电阻焊焊接原理钢桶电阻焊是将被焊桶件压紧于两电极之间，并能以电流，利用电流流经桶件接触及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，断电后，在压力继续作用下，使之形成牢固接头的金属结合的一种方法。

电阻焊的主要方法有4种。

即点焊、缝焊、凸焊、对焊。

在钢桶生产中应用最频繁的是点焊和缝焊。

1．钢桶电阻焊的特点钢桶电阻焊有两个显著特点：·采用内部热源——利用电流通过焊接区的电阻产生的热量进行加热。

·必须施加压力——在压力的作用下，通电加热、经过水冷或风冷冷却后，形成接点。

由此可见，要获得适当的电阻热，必须有外加电源，并始终在压力的作用下进行焊接。

所以，焊接电流IW，电极压力Fw是形成电阻焊接头的最基本条件。

至于焊接过程中这两个参数如何变化，则要根据焊件的材料、结构特点、性能及焊接设备而定。

2．电阻（焊接）热的产生及影响产热的因素焊接时产生的热量可由下式计算：Q=I2Rt (1)式中Q-产生的热量(J)；I——焊接电流(A)；R——电极间电阻(Q)；t——焊接时间(S)。

电阻R及影响R的因素式(1)中的电极问电阻包括桶件本身电阻Rw，两桶件间接触电阻Rc电极与桶件间接触电阻Rw（图1）。

R = 2Rw + Rc + 2Rew (2)当桶件和电极已定时，桶件的电阻取决于它的电阻率。

因此，电阻率是被焊钢桶材料的重要性能指标。

电阻率高的材料其导热性差，电阻率低的材料其导热性好。

这是因为，电阻率与电阻成反比。

电极压力的变化将改变桶件与桶件、桶件与电极间的接触面积，从而也将影响电流线的分布（参见图1）。

随着电极压力的增大，电流线的分布将较分散，因此桶件电阻将减小。

图1 点焊时的电阻分布和电流线熔核开始形成时，由于溶化区的电阻增大，将迫使更大部分电流从其周围的压接区（塑性焊接环）流过。

使该区再陆续熔化，熔核不断扩大，但熔核直径受电极端面直径的制约，一般不超过电极端面直径的20 070，熔核过分扩大，将使塑性焊接因失压而难以形成，从而导致熔化金属的溅出（飞溅）。

接触电阻R是桶件与桶件之间接触通电时所形成的电阻。

当桶件和电极表面都清理得十分洁净时，接触电阻仅在通电开始极短的间内存在，随后就会迅速减小以至消失。

接触电阻尽管存在的时间极短，但在以很短的加热时间点焊薄钢板时，对熔核的形成和焊点强度的稳定性仍有非常显著的影响Rew与Rc相比，由于铜合金（电极材料）的电阻率和硬度一般比桶件低，因此Rew比Rc更小，对熔核形成的影响也更小。

焊接电流的影响从式(1)可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。

因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。

引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。

焊接时间的影响为了保证熔核尺寸和焊接强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以互为补充。

为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间；也可以采用小电流和长时间。

最终选择哪种方法，取决于焊接金属的性能、厚度及使用焊机的功率。

电极压力的影响电极压力对两电极间总电阻R有显著影响，随着电极压力的增大，R显著减小。

此时焊接电流虽略有增大，但不能影响因R减小而引起产热的减少。

因此，焊接强度总是随着电极压力的增大而降低，如图2所示。

图2 电极压力F对焊点抗强度Fi的影响由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，因而电极的形状和材料对熔核的形成有显著影响。

随着电极端头的变形和磨损，接触面积将增大，焊点强度将降低oQ桶件表面状况的影响桶件表面上的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻。

过厚的氧化物层甚至会使电流不能通过。

局部的导通，由于电流密度过大，则会产生飞溅和表面烧损。

氧化物层的不均匀性还会影响各个焊点加热的不一致，引起焊接质量的波动。

因此，彻底清理桶件表面是保证获得优质焊接质量的必要条件。

二、钢桶电阻焊的优缺点（一）优点1．熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单。

2．加热时间短，热量集中，故热影响区小，变形与应力也小。

3．不需要焊丝、焊条等填充金属，以及氧、乙炔、氩等焊接材料，焊接成本低。

4．操作简单，易于实现机械化和自动化，改善了劳动条件。

5．生产率高，且无噪声及有害气体，适用于大批量生产。

（二）缺点1．目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和钢桶的破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。

2．点、缝焊的搭接接头不仅增加了桶件的重量，且因在两板问熔核围形成夹角，致使接头的抗菌素拉强度和疲劳强度均较低。

3，设备功率大，机械化、自动化程度较高，使设备成本较高、维修较困难，并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的正常运行。

三、钢桶焊接工艺应用于钢桶上的焊接主要是点焊和缝焊，这里我们着重谈谈点焊和缝焊工艺。

（一）钢桶点焊工艺1．点焊的一般要求一个好的焊点，从外观上，要求表面压坑浅、平滑呈均匀过渡，无明显凸肩或局部挤压的表面鼓起；不允许外有环状或径向裂纹；表面不得有熔化或粘附的铜合金。

从内部看，焊点形状应规则、均匀，焊点尺寸应满足结构和强度的要求；核心内部无贯穿性或超越规定值的裂纹，结合线伸人及缩孔皆在规定范围内，焊点核心周围无严重过热组织及不允许的缺陷。

如果焊点的缺陷都在规定值内，那么，决结构接头强度与质量的便是焊点的形状与尺寸。

焊点直径的大小直接决定了接头强度，不同的材料、厚度及厚度比，对焊点直径d要求不同，详见表1。

表1 钢桶点焊、缝焊接头推荐使用尺寸桶件厚度（mm）焊点直径（mm）缝焊焊缝宽度（mm）焊缝最小搭边尺寸（mm）点焊最小点距（mm）0.3 2.5～3.5 2.0～3.0 6 50.5 3.0～4.0 2.5～3.5 8 70.8 3.5～4.5 3.0～4.0 10 111.0 4.0～5.0 3.5～4.5 11 121.2 5.0～6.0 4.5～5.5 12 13一般取焊点直径d= 2δ+3（δ为板厚），在板件搭边厚度允许的条件下，焊点直径尽量选大一些。

焊点高度用焊透率A%表示，单板焊透率（符号可参看图3）：图3A%=[单板上熔化核心高度α/（单板板厚δ-压坑深度c）]×100%单板焊透率可取为20%～80%之间，按焊件的材料、板厚、结构特点等决定。

焊透率过大，熔化核心接近表面，桶件表面易过热。

造成深压坑或大量飞溅，结果导致应力集中，使承载性能变坏。

从核心条件考虑，焊透率越大，熔化金属量越大，凝固结晶时收缩量也增大，易出现缩孔；同时，因收缩内应力增大，易出现裂纹，故焊透率一般取40%较好，焊透率过小，强度也低。

薄件点焊时，因散热强烈，焊透率选用较小，有的取IO%左右，而不同厚度件点焊时，薄件焊透率取10%～20%即可。

2．钢桶点焊的规范参数点焊质量与焊机的性能、焊接工艺规范有很大关系。

焊接工艺规范指组成焊接循环过程和决定点焊规范特点的参数，主要有焊接电流IW，焊接压力Fw，通电时间tw。

电极工作端面几何形状与尺寸等。

这些参数之间有着密切的关系，可以在相当大的范围内变化以便控制焊接质量。

为了正确选用规范参数，应掌握个参数的特点、作用及相互关系；了解规范选择的方法。

最简单的办法，可以用核心直径做为依据，将已知的规范换算为新的条件下的规范参数。

材料类似时，宜用近似方法计算焊点直径d变化后的主要规范参数，常按下列关系式计算：式中do、Io、t、Fo——已知的规范参数；Dx、lx、tx、Fx——待定的规范参数。

表2为低碳钢板在点焊时按硬、中、软三种规范所推荐用的参数，可用来比较三种规范有关参数的差别，作为选用参数的参考。

表2 低碳钢钢桶点焊规范板厚（mm）0.5 0.8 1.0 1.2 电极最小d 4.8 4.8 6.4 6.4最大D 10 10 13 13 最佳规范焊接时间（周） 6 8 10 12电板压力（N）1350 1900 2250 2700焊接电流（kA） 6.0 7.8 8.8 9.8核心直径（mm） 4.3 5.3 5.8 6.2 抗剪强度±14%（N）2400 4400 6100 7800中等规范焊接时间（周）11 15 20 23电极压力（N）900 1250 1500 1750焊接电流（kA） 5.0 6.5 7.2 7.7核心直径（mm） 4.0 4.8 5.4 5.8 抗剪强度±17%（N）2100 4000 5400 6800 一般规范焊接时间（周）24 30 36 40电极压力（N）450 600 750 850焊接电流（kA） 4.0 5.0 5.6 6.1核心直径（mm） 3.6 4.6 5.3 5.5抗剪强度±20%1750 3550 5300 6500 备注3．桶身点焊定位一般容积在50L以上的钢桶，桶身缝焊前均要进行点焊定位，为了使桶身在缝隙时不产生歪斜，搭边不均等缺陷。

对于200L钢桶来说，一般应有两端及中问三个焊点，焊点直径为6mm。

要求搭边均匀一致，不得有错，搭边尺寸一般为12±1 mm，焊点要牢固，但不允许有烧焦及烧穿等现象；对于200L以下的钢桶来说，焊点至少也要有两个方能定位。

一般要求桶身两边的焊点不要离边缘太近，防止影响其翻边及卷封的质量。

（二）钢桶缝焊工艺1．钢桶缝焊的特点常用缝焊焊缝均由一个个焊点组成。

按核心熔化重叠度不同，可以分为滚点焊或气密缝焊。

钢桶桶身的缝焊属于气密缝焊。

组成I气密缝焊的各个焊点的形成过程与点焊一样。

2．桶身缝焊的一般要求缝焊接头的形成本质上与点焊相同，因而影响焊接质量的诸因素也是类似的。

表3为低碳钢板的桶件缝焊时所用规范。

以焊接200L钢桶桶身为例，一般钢材为：08号优质炭素钢板、热轧板或A2、A3普通炭素钢冷轧板。

材料厚度多为δ = 1.25mm。

采用FNl-150-5型缝焊机进行缝焊时，焊接速度为1.5～3m/min；焊接电流为14000～18000A;电极压力为2～3kg/cm2；焊缝宽度为5 .5+0.5 mm。

工艺要求为：焊缝两端应脱焊，但脱焊长度不得超过 3 mm，也不允许出现拉长凸嘴，焊缝强度不得低于原材料的抗拉强度。

焊缝要求平直，不得扁斜或脱出搭边，无开焊或裂边。

焊缝外观要均匀，不得出现起泡、飞刺、烧黑或烧起皮现象。

四、钢桶材料点焊、缝焊的特点钢桶的材料多为低碳钢。

低碳钢因电阻率较高，要求焊机功率不很大；塑性温度区宽，易于获得应有塑性变形，不需要很高的电极压力；结晶温度区窄，高温塑性良好，线膨胀系数不很高，因而热裂纹倾向小；碳元素与微量元素低，无高熔点氧化物，一般不会出现淬火组织或夹杂物。