電阻點焊在奧氏體不銹鋼焊接中的應用

丁強

摘 要：文章敘述了不銹鋼的分類及奧氏體不銹鋼電阻焊時焊接參數的選擇與電阻點焊缺陷之間的關系，闡述了電阻點焊缺陷形成的原因和在實際生產中采用的修補方法并提出解決方案。

關鍵詞：奧氏體不銹鋼；電阻焊；缺陷的原因

1 概述

我國改革開放的不斷深入，經濟的快速發展，鐵路事業邁向了新的臺階。隨著航空航天、電子、車輛等工業的發展，電阻焊這種焊接方式越來越受到大家的重視。同時，對電阻焊的焊接質量也提出了更高層次的要求。但令人欣喜的是目前我國已經生產了性能良好、且實用性更強的次級整流焊機，它的控制箱是由集成電路和微型計算機構成的，增加了焊機的精確度與穩定性。恒流、動態電阻，熱膨脹等先進的閉環監控技術也已經開始生產推廣應用。這一切都將有利于提高電阻焊質量，并擴大其應用領域。

2 不銹鋼的分類

不銹鋼的種類有很多，按照國際上通用的分類方法，按鋼的化學成分分類為2個系列，即：CR系列、CR-NI系列，如按金相組織劃分為5類，即：奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、雙相不銹鋼（奧氏體-鐵素體不銹鋼）、馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。

3 奧氏體不銹鋼的優點

奧氏體不銹鋼：含鉻大于18%，還含有8%左右的鎳及少量的鉬、鈦、氮等元素、綜合性能好，可耐多種介質腐蝕，這類鋼中含有大量的Ni和Cr，使鋼在室溫下呈奧氏體狀態。這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性和耐蝕性能，在氧化性和還原性介質中耐蝕性均較好，由于奧氏體不銹鋼電阻率較高（為低碳鋼5-6倍），熱導率低（為碳鋼的1/3）以及不存在淬硬傾向和不帶磁性（由于電阻焊這種焊接方式本身會產生磁場，故應選擇不帶磁性的母材），因此奧氏體不銹鋼的電焊焊接性良好，所以我廠的產品大部分選用奧氏體不銹鋼，電阻點焊的接頭強度直接影響電阻點焊的產品質量，而接頭的強度主要取決于熔核尺寸（直徑和焊透率）、熔核本身及其熱影響區的金屬顯微組織及缺陷情況。通過對我廠不銹鋼電阻焊試片進行分析，發現奧氏體不銹鋼采用電阻點焊這種焊接方式，焊縫及熱影響區的強度損失小，焊接接頭塑性降低較小，縮松、裂紋產生的傾向小。

4 奧氏體不銹鋼的焊接參數

合適的焊接規范參數是實現優質焊接的重要條件。奧氏體不銹鋼電阻點焊規范參數的選擇主要取決于該種材料的板厚及設備的特點。主要的焊接規范參數有：焊接電流、焊接時間、電極壓力及電極頭端面尺寸。

由于奧氏體不銹鋼的電阻率高、導熱性差，因此與低碳鋼相比，可采用較小的焊接電流和較短的焊接時間。這類材料有較高的高溫強度，必須采用較高的電極壓力，以防止產生裂紋、縮孔等缺陷。不銹鋼的熱敏感性強，通常采用較短的焊接時間、強有力的內部和外部水冷卻，并且要準確的控制加熱時間和焊接電流，以防熱影響區晶粒長大和出現晶間腐蝕現象。

根據對不銹鋼電阻焊試片進行分析，在可控范圍內適當的增加電極壓力的同時，適當增加焊接時間或焊接電流，用來維持焊接區域的受熱程度在相同的溫度范圍內，可消除由于焊件裝配存在間隙、焊縫剛性不均勻等因素所引起的焊接區域所受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，穩定性亦可大為提高。

電極頭端面尺寸D或R：電極頭是指電焊時與焊件表面相接處的電極端頭部分。其中D為錐臺形電極頭端面直徑，R為球面形電極頭球面半徑。

根據對不銹鋼電阻焊試片進行分析，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，均會使焊接區域加熱程度減弱，因而熔核尺寸減小，使焊點承載能力下降。

5 電阻點焊時分流的影響及避免分流的措施

電阻點焊時，分流會使焊接電流分散，從而影響焊件的質量，因此分流在電阻點焊時應盡量避免。

電阻點焊時分流的影響因素有以下幾點：

（1）由于焊接順序所造成的影響：已焊點分布在兩側時，向兩側分流比僅在一側時分流效果明顯。

（2）由于焊點間距所造成的影響：連續點焊時，板材越厚，焊點間距越小，分流效果越明顯。

（3）由于焊件表面狀態所造成的影響：表面不整潔、干凈時，料件表面的油污和氧化膜等會使接觸電阻增大，因而導致焊接區電阻劇增，就會使分流效果明顯。

（4）焊件裝配不良或裝配過緊由于非焊接部位的過分緊密接觸而引起較大的分流。

分流現象產生后，會有以下不良影響：

（1）使焊點強度降低，焊點間距過小引起的分流使焊接區的電流密度減小，因而加熱不足，熔核焊透率與直徑隨之降低，焊點承載能力下降，嚴重時會產生未焊透。

（2）單面點焊產生局部接觸表面過熱和噴濺，單面點焊由于分流嚴重會使電極與工件局部接觸表面（偏向分流方向的部位）過熱，甚至融化，嚴重時形成表面噴濺。這不僅惡化了勞動條件，增加電極磨損，而且為了取出噴濺遺留下的毛刺，常常不得不增加一道令人厭煩的打磨毛刺工序。

根據目前掌握的方法，消除和減少分流可有以下措施：

（1）選擇合適的焊點間距在電阻點焊接頭設計時，應在保證強度的前提下盡量加大焊點間距。

（2）將焊接工件表面處理干凈。

（3）設計焊縫時要著重考慮結構的布局以保證焊接合理性，分流過大的結構必須改變設計。

（4）如出現連續點焊的情況，應適當增大焊接電流，對于不銹鋼可增大5-10%。

6 不銹鋼電阻點焊的焊接要求

（1）由于工件上附有灰塵、油污等雜質，需用紗布打磨等方法進行表面清理。

（2）采用硬規范，強烈的內部和外部水冷卻，可顯著提高生產率和焊接質量。

（3）由于塑性變形困難、高溫強度大，應選用較高的電極壓力，以避免產生裂紋和噴濺、縮孔等缺陷。

（4）為保證不銹鋼電阻點焊的焊點強度，需對焊點的熔核直徑進行控制。

7 電阻點焊焊接接頭質量及檢驗

目前在不銹鋼車現有的電阻點焊技術完全可以得到高質量焊接接頭。但由于電阻點焊過程中受到眾多偶然因素的干擾（表面狀態不良、電極磨損、裝配間隙的變化、分流等工藝因素的隨機波動、電極壓力的減弱等焊接規范參數的隨機波動），要想杜絕生產中個別焊接接頭質量的降低、以及廢品的出現還是有一定的困難的。所以在現車生產前需要用和現車材質及板厚相同的試片進行試驗，因此必須對電阻點焊產品的生命全過程進行監督和檢驗，即進行全面的質量管理。電阻點焊接頭的質量要求體現在接頭應具有一定的強度，我們可從不銹鋼試件中總結出電阻點焊常見的質量問題，詳見表1。

8 焊接接頭的檢驗方法及允許存在的缺陷

目前常見的焊接接頭檢驗方法有兩種，第一種是破壞性檢測，包括拉伸試驗、彎曲試驗、金相檢驗、斷口分析、沖擊試驗（開V型坡口或是開U型坡口的）、機械性能試驗，第二類是無損探傷，包括目視檢驗（VT））、磁粉探傷（MT）、滲透探傷（PT）、密封性檢驗、射線探傷、超聲檢驗、渦流探傷、在不銹鋼試驗車主要采用了撕破檢驗、斷口分析、機械性能試驗及目視檢驗對焊接接頭進行試驗（上述是對試片的檢驗）

電阻點焊允許存在的缺陷分為三級，在不銹鋼車生產過程中，我們采取了要求較高的第二級，這一級要求不允許有外部飛濺、脫焊、熔核過小、外部裂紋、板邊漲裂、燒穿、燒傷、內部裂紋及氣孔等缺陷，但焊點壓痕可控制在10%以內，內部飛濺可控制在5%以內。

9 結束語

根據以上論述并對不銹鋼產品生產過程中產生的問題進行分析，可得到以下結論：

（1）奧氏體不銹鋼完全可以采用電阻點焊這種焊接方式進行焊接，并可以獲得較好的焊接質量。

（2）文章對電阻點焊后可能存在一些缺陷進行了分析，這些缺陷只要采用合理的焊接規范和焊接結構是完全可以避免的。