薄板不锈钢双点凸焊

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　　摘  要：近年来随着电阻焊的使用在不断增加，电阻焊在汽车车身和零部件的生产中的需求量很大，如液力变矩器叶片、传动轴平衡块、制动蹄、横梁装配等，在轻工、建筑、交通设备等行业也有很大的应用。基于此，该文简述了凸点电阻焊的原理和凸点电阻焊在不锈钢薄板件上的应用，以不锈钢杯盖为例，详细述说从机器到模具及焊接参数、焊接结构设计等焊接相关因素。
　　关键词：薄板不锈钢  双点  凸焊
　　中图分类号：TH162+.1    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（a）-0068-02
　　随着生活水平的提高，日用品行业需要不断提升，也越来越多使用电阻焊。由于电阻焊适应现代化生产的需求，提高了产品的档次和美观性，代替电弧焊的趋势也在明显的增加。
　　1  凸点电阻焊特点
　　电阻焊具有可靠性好、操作简便、生产成本低、效率高、便于自动化生产等特点，由于加热时间短，热量集中，变形与应力也小，焊后通常不需要热处理工序，电阻焊主要有4种：点焊、缝焊、凸焊、对焊。凸焊通过电极对焊件加压，在两焊件接触区域形成了闭合电路，这时有大量电流通过接触部位，就会在焊件凸点和凸点附近区域产生电阻热，凸点附近的金属被加热并获得高的塑性，这时对焊件施加压力，两焊件便在接触区域融合联接成一体。焊接产生的热量由下式决定Q=I2·R·t，式中：I为焊接电流（A）;R为电极间电阻（Ω）;t为焊接时间（s），导电性好、导热性差的材料焊接性好，高温屈服强度大、塑性温度范围小、对热敏感的材料焊接性差，由于凸焊电流集中在凸点附近，避免了点焊时熔核偏移的缺点，因此可以焊接数倍厚度差的工件。
　　图1为保温杯盖结构，外盖为SUS304不锈钢拉伸件，要求与塑料盖片紧配合，且无相对转动，由于外盖是外观件，设计上避免使用冲凹与塑料盖片组合，并且冲凹园角的存在，也不利于止转效果的实现，实际生产中采用了冲制不锈钢固定片（见图2）与外盖凸焊后再压入塑料盖片的工艺，而塑料盖片与盖本体为预先进行了超声波焊接，凸点设置在不锈钢固定片上，采用大平面电极，可以最大限度地减轻外盖表面上的压痕。为保证一定的凸焊强度，同时避免过大的焊点引起变形，采用了图2示双凸点结构，并且双凸点方向与受力方垂直，这样避免不锈钢固定片受到抛光和使用时，上下交替扭力的作用，而发生脱落，下面作为实例加以详述。
　　2  凸点电阻焊接机台
　　电阻焊机由机座、电极及其加压机构、焊接回路和调节装置构成，电极材料为高强度铜合金，因大功率焊接机产生的热量高，需要进行通水冷却电极;加压机构有手动（脚踏）、气压或液压机构，工作压力越大，选用加压方式也越靠后;焊件的焊接质量要求越高，选用控制系统就越复杂。交流电源会用变压器降压、提高升电流。本图例材料薄、焊接性好、凸焊点小，采用3kV安机台，加压机构为脚踏，电极不需要通水冷却。凸焊时，要求电极必须随着凸点的被压馈而快速移动，因为失压容易引起焊渣飞溅，所以选用凸焊机的电极随动性要好。
　　3  凸点电阻焊模具
　　如图3所示，模具采用电极和夹具一体式，模具中加工一道凹槽方便放入外盖卷边，同时定位外盖。模具下方切除一块，方便外盖进入和焊接完成后取出。模具顶端加工凹槽，为放置不锈钢固定片，凹槽深度既能固定不锈钢固定片，也不能过深，避免电极压外盖致外盖凹入，凹槽与不锈钢固定片间隙建议0.2～0.3mm，凹槽位置必须保证居中，同时上电极压力垂直作用于凸点中心，由于凹槽与不锈钢固定片有压力和电流通过，长期使用需要注意维护保养，以保证焊接质量。
　　4  凸点电阻焊主要参数
　　焊接电流：焊接电流的变化对焊接的影响最大，直接影响焊接强度的是电流密度，既通过单位面积的电流量，当电流一定时，凸焊焊点尺寸越小，电流密度越高，接头焊接强度也越好;当凸点尺寸一定时，电流越大，挤出的金属量越大，因此调节时电流从小开始，和点焊一样，焊件的性能和厚度是影响焊接电流大小的主要因素，焊接性越好、材料越薄、焊点越少越小的，焊接电流也越小，不锈钢的导电性差、电阻率高，因此，点焊时产热容易而散热难，建议使用较小的电流，本图例焊接电流为2000A左右，实际调节以获得最好的焊接效果为准。电极压力：压力的作用是在凸点达到焊接温度时将凸点完全压馈，同时保证两工件紧密贴合形成熔焊。电极压力过大会过早地压馈凸点，失去凸焊的作用，降低焊接强度;压力过小又会使电阻增大，产生热量过多，引起严重飞溅，也会降低焊接强度。被焊件的性能、凸点的尺寸、数量等是影响电极压力大小的主要因素，凸点尺寸越大、数量越多，压力也越大，调节从小压力开始，本图例电极压力为200N左右。焊接时间：当焊件材料一定时，焊接电流和凸点刚度决定焊接时间，焊接电流越小、凸点刚度越高，焊接时间则越长，一般凸焊的焊接时间比点焊长，在确定合适的电极压力和焊接电流后再调节焊接时间，以获得合适的焊点，在凸焊不锈钢时，焊接时间的影响是次要的，本图例焊接时间为4周。
　　5  凸点电阻焊设计
　　奥氏体不锈钢和低碳钢都属于凸焊性好的金属材料，厚度0.5～4mm的板件比较适合凸焊。焊接板件越薄，对凸点设计要求也越高，因此厚度小的板件更易于采用点焊。凸点能够将电流和压力有效地固定在一起，凸点的形状和尺寸决定了焊点强度。对于同种材料的焊接，凸点建议设计在较厚的工件上，对于异种材料的焊接，凸点建议设计在电导率较高的工件上，表面质量要求较高的工件不建议凸点的设计，凸点的数量必须足以承受设计载荷。凸点形状建议为有刚度的圆锥型，这样可以减少飞溅，对本图例材料厚度0.5mm，属于薄件焊接，园弧形表面受压易变形，而焊后表面要求高，因此凸点直径取小值：1mm左右，更大的凸点需要更大的电流和压力，容易导致外盖焊接变形。本图例凸点高度取小值0.3mm左右， 对于多个凸点焊，凸点高度不一致会导致各点电流的不平衡，影响到接头强度，本图例要求凸点高度误差范围不超过0.1mm，对于厚料、大凸点，要求高度误差范围不超过0.2mm，这对冲制模具的精度提出了很高要求，冲头模具需要定期进行维护和保养。凸点间距尽量取大值，过小间距容易出现熔核的位移现象，也会降低抗扭力的能力。
　　6  注意事项
　　（1）机台加压机构要求保证较高的随动性，特别是对需要使用高电极压力、高机械精度的大功率焊机。（2）工件凸点的尺寸（尤其是高度）必须保证较高精度公差，这样才能保证均匀的电极力和焊接电流，从而保证焊接质量的稳定;电极与工件的对准度要好，电极的接触面必须足够大，要超过全部凸点的边界。（3）干净的表面能获得较稳定的质量，必要时对工件进机械清理（抛光、喷砂、喷丸）或化学清理。对于马氏体、铁素体不锈钢厚大板件焊接建议焊前对焊件进行预热，和消除焊接应力的焊后热处理。（4）对焊接后不锈钢固定片牢度检查，用摄子夹住不锈钢固定片左右转动，不锈钢固定片无松动，对于牢度要求高的产品，需制作专用的扭力板手做检查。
　　7  结语
　　合理的焊接结构是不锈钢凸焊成功的关键因素，机器的选择、凸焊模具的设计、焊接参数的调节也对焊接质量起重要作用，合理配置相关的因素，才能制造出完美的不锈钢焊接产品。作为一种清洁、环保、高效、精确，适合批量生产的焊接方式，不锈钢凸焊的应用范围愈来愈广泛，为适应国内外市场急速发展和激烈的竞争，还须加大力度研究开发数字焊机、数字化控制，发展成熟凸焊接技术，推动凸焊接技术自动化、智能化，推广自动调节焊接参数的智能型逆变焊机，加快凸焊技术在国内汽车制造业、家电制造行业、包装业、电子行业等领域的进一步发展。
　　参考文献
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