裴廣州

摘要：在對(duì)鳳凰山礦井下所使用的電機(jī)護(hù)罩用高強(qiáng)度鋼板Q420的電阻點(diǎn)焊工藝性能進(jìn)行深入研究中，對(duì)不同工藝條件下點(diǎn)焊接頭宏觀金相、焊接接頭力學(xué)性能進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明：該實(shí)驗(yàn)條件下，最佳點(diǎn)焊工藝參數(shù)為：焊接電流7.5～8.0KA，焊接時(shí)間20cyc，電極壓力450kgf。為了防止發(fā)生焊接缺陷，避免焊接電流過(guò)小或者焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致鍛壓力不足等現(xiàn)象，在焊接過(guò)程中需要保持電極和工件表面的清潔。

關(guān)鍵詞：Q420鋼 電阻點(diǎn)焊 焊接工藝 缺陷防止

0 引言

Q420鋼具有較高的碳當(dāng)量，焊后硬化可能性更高。因此，許多先進(jìn)煤機(jī)制造企業(yè)密切關(guān)注著其焊接性能。鑒于此，為了探討不同點(diǎn)焊工藝參數(shù)下Q420的焊接性能，本文通過(guò)點(diǎn)焊工藝和力學(xué)性能試驗(yàn)等對(duì)鳳凰山礦井下電機(jī)護(hù)罩所用的Q420鋼進(jìn)行研究分析，進(jìn)而對(duì)Q420鋼合理的點(diǎn)焊規(guī)范參數(shù)范圍進(jìn)行確定。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 設(shè)定焊接參數(shù) 本文通過(guò)采用單脈沖規(guī)范對(duì)Q420進(jìn)行點(diǎn)焊工藝試驗(yàn)。電極壓力為350kgf、400kgf、450kgf，焊接時(shí)間為7cyc、10cyc、15cyc、20cyc和24cyc。在進(jìn)行每組試驗(yàn)的過(guò)程中，固定電極壓力和焊接時(shí)間，通過(guò)改變型控DIN100制器的焊接熱量（功率輸m百分比）進(jìn)而改變焊接電流的大小，對(duì)Q420進(jìn)行焊接。最小焊接熱量通過(guò)拉伸試驗(yàn)進(jìn)行確定，在焊接過(guò)程中以5%數(shù)量級(jí)進(jìn)行取樣焊接，發(fā)生飛濺時(shí)停止對(duì)Q420焊接。同一焊接熱量，通常情況下要進(jìn)行2-3次的取樣。由于焊件和電極表面狀態(tài)存在差異，在一定程度上造成電流值大小的不同，由于這些微小的變化對(duì)試驗(yàn)不構(gòu)成影響，所以在較小范圍內(nèi)可以忽略不計(jì)。

1.2 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn) 通常情況下，借助接頭強(qiáng)度來(lái)反映點(diǎn)焊接頭質(zhì)量的好壞，然而一般采用拉伸剪切強(qiáng)度對(duì)接頭強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定。因此，本文通過(guò)利用拉剪試驗(yàn)對(duì)點(diǎn)焊工藝試驗(yàn)后的試樣進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)GB2651-81《焊接接頭拉伸試驗(yàn)法》中的相關(guān)規(guī)定，確定拉剪試樣的形狀與尺寸。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 工藝參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)性能的影響

2.1.1 焊接電流。按照焊接規(guī)范，電極壓力選450kgf，焊接時(shí)間為7cyc、10cyc、15cyc、20cyc、24cyc。通過(guò)點(diǎn)焊工藝和接頭拉剪試驗(yàn)對(duì)不同焊接電流下的點(diǎn)焊接頭的拉剪斷裂載荷進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可知：接頭的拉剪斷裂強(qiáng)度隨著焊接電流的增加呈上升趨勢(shì)。但是，斷裂強(qiáng)度隨著電流的不斷增大而達(dá)到最大值，此時(shí)隨著電流的增加，斷裂強(qiáng)度出現(xiàn)下降，而這時(shí)的拉剪斷裂強(qiáng)度基本保持不變。其原因是：受焊接電流較小的影響，導(dǎo)致熱量不足，造成焊點(diǎn)金屬?zèng)]有完全熔融，那么形成的熔核尺寸也就相對(duì)較小。此時(shí)，熔核斷裂成為主要的接頭斷裂形式，那么拉剪載荷強(qiáng)度也就較小。在斷裂強(qiáng)度達(dá)到最大值后，熔核區(qū)因電流的增加進(jìn)而導(dǎo)致金屬過(guò)熱，熔核的質(zhì)量受到影響，接頭強(qiáng)度從而降低。

2.1.2 焊接時(shí)間。為了明確焊接時(shí)間對(duì)Q420點(diǎn)焊接頭性能的影響程度，調(diào)整電極電壓為400kgf，同時(shí)焊接電流分別設(shè)為6.5kA、7.0kA、7.5kA、8.0kA和8.5KA，對(duì)焊接時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn)。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：接頭性能受焊接時(shí)間的影響總體趨勢(shì)方面與焊接電流相類(lèi)似。

2.1.3 電極壓力。當(dāng)焊接時(shí)間為20cyc時(shí)，設(shè)置焊接電流為7.0kA、7.5 kA、8.0kA，如圖1 所示，點(diǎn)焊接頭的拉剪強(qiáng)度與電極壓力的關(guān)系。從圖中可以看出，拉剪強(qiáng)度相對(duì)較高時(shí)對(duì)應(yīng)的電流為7.5kA和8.0kA，剪斷裂載荷在電極壓力為450kgf時(shí)要偏大些。另外，曲線的變化在焊接電流為7 .5 k A時(shí)較為明顯，在450～500 kgf時(shí)拉剪斷裂強(qiáng)度明顯下降，其原因是：電極壓力過(guò)大導(dǎo)致電阻值減小，進(jìn)而產(chǎn)生析熱量減少，熔核尺寸縮小，熔核率下降等一系列反應(yīng)，點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能在一定程度上明顯降低。在增加電極壓力的前提下，通過(guò)調(diào)整焊接電流的強(qiáng)度或者延長(zhǎng)焊接時(shí)間，進(jìn)而確保焊接區(qū)的加熱程度。

2.2 Q420點(diǎn)焊參數(shù)規(guī)范 對(duì)Q420鋼板進(jìn)行點(diǎn)焊的過(guò)程中，通過(guò)分析上述試驗(yàn)結(jié)果可知，焊接電流和焊接時(shí)間是影響點(diǎn)焊接頭力學(xué)性能的主要因素，而電極壓力的影響并不顯著。在加工電機(jī)護(hù)罩的過(guò)程中，考慮到產(chǎn)品的表面質(zhì)量，需要對(duì)焊點(diǎn)壓痕的深度進(jìn)行控制。所以，在電極壓力為450kgf時(shí)進(jìn)行Q420點(diǎn)焊效果最佳。

2.3 Q420點(diǎn)焊缺陷及防止

2.3.1 未熔合。如圖2（a）所示。所謂未熔合是指金屬母材出現(xiàn)局部未熔化的現(xiàn)象。其原因是：焊接電流過(guò)小或者焊接時(shí)間較短，焊接熱量嚴(yán)重不足。一般情況下，通過(guò)增加焊接電流的強(qiáng)度或者延長(zhǎng)焊接時(shí)間等進(jìn)行改善。

2.3.2 縮孔。如圖2（b）所示。焊接過(guò)程出現(xiàn)縮孔的主要原因是：大電流條件下冷速過(guò)快，鍛壓力不足。處理措施為：在進(jìn)行焊接操作前，增加電極的強(qiáng)度，清理工件表面的雜物，保持表面的整潔，防止發(fā)生飛濺。在焊接過(guò)程中，通過(guò)增加電極的壓力，在一定程度上能夠避免出現(xiàn)縮孔。

2.3.3 流漿現(xiàn)象。如圖2（c）所示。在對(duì)Q420鋼板進(jìn)行焊接的過(guò)程中，電極接頭與鋼板之間隨著焊接電流的增大而出現(xiàn)沾粘。主要原因是，在Q420鋼板內(nèi)，合金度比較高、晶粒比較細(xì)、鐵原子活動(dòng)比較頻繁。進(jìn)而出現(xiàn)隨著電流的不斷增大，焊接時(shí)間的延長(zhǎng)，輸入熱量的增多，導(dǎo)致電極接頭與鋼板表面出現(xiàn)沾粘。

3 結(jié)論

3.1 Q420高強(qiáng)鋼板的接頭性能受焊接電流和焊接時(shí)間的影響程度比較明顯。所以，通過(guò)調(diào)整焊接電流的強(qiáng)度，或者對(duì)焊接時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)，焊點(diǎn)的強(qiáng)度在一定程度上都能夠增加；電極壓力對(duì)焊點(diǎn)性能的直接影響較小，通常情況下焊接電流區(qū)間隨電極壓力的增大而增大，同時(shí)電流值明顯增加。

3.2 通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)Q420鋼板進(jìn)行焊接的電流在5.5～8.5kA，其中電流在7.5～8.0kA焊接效果最好，另外，在電極壓力為450kgf左右，以及焊接時(shí)間在20cyc的情況下進(jìn)行焊接，效果也較為理想。

3.3 對(duì)Q420鋼板進(jìn)行焊接時(shí)，如果焊接電流過(guò)小，焊接時(shí)間過(guò)短，未熔合現(xiàn)象容易在接頭處出現(xiàn)；如果焊接電流過(guò)大或者鍛壓力不夠，容易發(fā)生縮孔。因此，對(duì)Q420鋼板進(jìn)行點(diǎn)焊時(shí)，需要確保電極和工件的清潔度，避免出現(xiàn)焊接電流和焊接時(shí)間過(guò)小或過(guò)長(zhǎng)以及鍛壓力不足等。

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