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