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不锈钢磁控单面电阻点焊工艺应用研究

作者:admin 来源: 日期:2020/6/10 23:35:49 人气:11

针对不锈钢地铁车辆单面点焊内外部质量问题,优化磁控单面点焊工艺技术规范,并与传统点焊对比,研究焊接参数、点焊方式等因素对点焊接头视觉外观、压痕凸起高度及内部组织的影响。结果表明:磁控单面点焊无论是外观质量还是熔核宏观质量方面均优于传统点焊,并对焊点形核能力有较大提升作用。

现有无涂装不锈钢轨道车辆多采用电阻点焊工艺。电阻点焊工艺热输入量较低、焊接变形较小、工艺适应性好、焊接质量高,但因其压力焊的工艺特点造成点焊车辆的外表面存在明显痕迹;同时,不锈钢具有电阻率大、热导率小、热膨胀系数大、高温强度高等特点,焊接过程中易产生裂纹、气孔,晶间腐蚀以及晶粒粗大等缺陷,使接头综合力学性能下降。因此,开发一种既能改善焊核内部质量又能有效减小焊点表面凸痕高度的单面点焊方法是十分必要和急迫的。作者通过在单面点焊焊枪电极杆上装配永磁体,实现焊接过程中的电磁搅拌,研究焊接电流、电极压力、焊接时间对焊点强度及外观的影响,研究适用于无涂装不锈钢车辆的单面电阻点焊工艺,完成不锈钢电阻点焊轻压痕磁控焊接技术的开发。从而改善焊核内部质量,提高接头综合力学性能;最大程度减少焊点处的凸痕高度,提高外覆盖件的美观性。

1试验材料及方法

1.1材料

选用SUS301L系列的冷轧不锈钢,其物理、化学性质,见表1

根据现车生产,选取板厚组合(1.5 mm-SUS301LHT+1.5 mm-EN1.4318-2G)为研究对象。

1.2点焊设备及工艺

1.2.1磁控单面点焊

磁控单面点焊技术通过外加磁场在焊接过程中实现电磁搅拌,能有效减轻局部过热,形成更均匀分布的温度场。此外,磁控可改变焊核的宏观形貌和显微组织、增大熔核直径、细化焊核晶粒、增加熔透率,从而提升焊点的静态拉剪强度和动态疲劳性能,在保证焊核直径合格的条件下,可降低焊接电流、焊接时间、调整电极压力,从而减轻压痕和板材形变,最终实现对于焊点表面质量的优化。磁控装置原理,如图1所示。侧墙单元点焊用磁控装置,如图2所示。

1.2.2焊接工艺

1)传统单面点焊

使用现车生产中已有参数进行点焊,焊接工艺参数,见表2

2)磁控单面点焊

将焊接电流、电极压力、焊接时间因素作为研究对象,初选出试板1~9号主要焊接工艺参数:焊接电流为(9.5~11.5kA,电极压力为(8.8~11.5kN,焊接时间为(230~290ms,冷却时间为20 ms,保持时间为400 ms,脉冲为1

1.3压痕测量工具及方法

焊点外观质量检测采用电阻点焊表面轮廓快速C扫检测系统,如图3所示。该系统是基于激光测距技术、非接触式电阻点焊表面轮廓快速检测系统。工作时扫查器内置的测距传感器在主机的控制下对侧墙焊点表面进行扫描检查,获得检测区域的三维几何信息,并生成立体图像。测量后系统自动计算焊点的凸痕高度。

2结果与分析

2.1传统单面点焊

应用传统单面点焊工艺点焊后外观质量,如图4所示。凸痕高度及熔核直径,见表3

2.2磁控单面点焊

2.2.1磁控单面点焊参数优化

选用L9 34)正交表设计方案,共需9次试验。焊接工艺参数正交试验设计方案,见表4。根据极差分析原理分析结果,见表5

综合3个因素,最终确定最优参数:焊接电流为11.5 kA,电极压力为10.5 kN,焊接时间为260 ms

2.2.2最优参数点焊质量

1)外观质量

采用磁控单面点焊最优参数进行点焊后,试板外观,如图5所示。表面凸痕高度为0.002 5 mm

2)内部熔核质量

采用磁控单面点焊最优参数进行点焊后,熔核直径及熔透率,见表6

2.3对比分析

2.3.1外观对比

磁控单面点焊后试板表面氧化色几乎没有,而传统单面点焊试板焊点处氧化色严重;两种点焊方式焊接后所有的压痕都是边缘凸起,中间凹陷,所有凸起值都在0.05 mm以下(现车要求为0.15 mm),其中传统单面点焊试板凸痕高度平均值为0.048 mm,磁控单面点焊为0.027 mm;采用磁控单面点焊的试件凸痕高度普遍比传统点焊低,从点焊外观看,磁控单面点焊技术比正常点焊方式好。

2.3.2两种点焊方式宏观对比

可以看出,虽然磁控单面点焊焊接规范比传统点焊少一个焊接循环,即焊接热输入量小一半左右,但其形成的熔核直径与传统点焊相差无几,表面磁控技术对焊点形核能力有较大提升作用;从宏观金相看,磁环点焊熔核比传统点焊更均匀、细小,传统点焊熔核组织更粗大,具有方向性;从熔核宏观看,磁控点焊优于传统点焊。

3结论

1)磁控单面点焊后表面几乎没有氧化色,优于传统点焊工艺。

2)磁控单面点焊的试件凸痕高度均比传统点焊低,外观质量优于传统点焊。

3)磁控单面点焊对焊点形核能力有较大提升作用。

4)磁控单面点焊熔核组织比传统点焊更加均匀、细小,熔核宏观质量优于传统点焊。