縫焊是用一對滾盤電極代替點焊的圓柱形電極,與工件作相對運動,從而產(chǎn)生一個個熔核相互搭疊的密封焊縫的焊接方法。
縫焊廣泛應用于油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機和汽車油箱,以及噴氣發(fā)動機、火箭、導彈中密封容器的薄板焊接。
縫焊電極
縫焊用的電極是圓形的滾盤,滾盤的直徑一般為50-600mm,常用的直徑為180-250mm。滾盤厚度為10-20mm。接觸表面形狀有圓柱面和球面兩種,個別情況下采用圓錐面(如圖12-1)。圓柱面滾盤除雙側倒角的形式外,還可以做成單測倒角的形式,以適應折邊接頭的縫焊。接觸表面寬度ω視工件厚度不同為3-10mm,球面半徑R為25-200mm。圓柱面滾盤廣泛用于焊接各種鋼和高溫合金,球面滾盤因易于散熱、壓痕過渡均勻,常用于輕合金的焊接。
滾盤通常采用外部冷卻方式。焊接有色金屬和不銹鋼時,用清潔的自來水即可,焊接一般鋼時,為防止生銹,常用含5%硼砂的水溶液冷卻。滾盤有時也采用內(nèi)部循環(huán)水冷卻,特別是焊接鋁合金的焊機,但其構造要復雜得多。
縫焊方法
按滾盤轉(zhuǎn)動與饋電方式分,縫焊可分為連續(xù)縫焊、斷續(xù)縫焊和步進縫焊。
連續(xù)縫焊時,滾盤連續(xù)轉(zhuǎn)動,電流不斷通過工件。這種方法易使工件表面過熱,電極磨損嚴重,因而很少使用。但在高速縫焊時(4-15m/min)50Hz交流電的每半周將形成一個焊點,交流電過零時相當于休止時間,這又近似于下述的斷續(xù)縫焊,因而在制缸、制桶工業(yè)中獲得應用。
斷續(xù)縫焊時,滾盤連續(xù)轉(zhuǎn)動,電流斷續(xù)通過工件,形成的焊縫由彼此搭迭的熔核組成。由于電流斷續(xù)通過,在休止時間內(nèi),滾盤和工件得以冷卻,因而可以提高滾盤壽命、減小熱影響區(qū)寬度和工件變形,獲得較優(yōu)的焊接質(zhì)量。這種方法已被廣泛應用于1.5mm以下的各種鋼、高溫合金和鈦合金的縫焊。斷續(xù)縫焊時,由于滾盤不斷離開焊接區(qū),熔核在壓力減小的情況下結晶,因此很容易產(chǎn)生表面過熱、縮孔和裂紋(如在焊接高溫合金時)。盡管在焊點搭疊量超過熔核長度50%時,后一點的熔化金屬可以填充前一點的縮孔,但最后一點的縮孔是難以避免的。不過目前國內(nèi)研制的微機控制箱,能夠在焊縫收尾部分逐點減少焊接電流,從而解決了這一難題。
步進縫焊時,滾盤斷續(xù)轉(zhuǎn)動,電流在工件不動時通過工件,由于金屬的熔化和結晶均在滾盤不動時進行,改善了散熱和壓固條件,因而可以更有效地提高焊接質(zhì)量,延長滾盤壽命。這種方法多于鋁、鎂合金的縫焊。用于縫焊高溫合金,也能有效地提高焊接質(zhì)量,但因國內(nèi)這種類型的交流焊機很少,因而未獲應用。當焊接硬鋁。以及厚度為4+4mm以上的各種金屬時,必須采用步進縫焊,以便形成每一個焊點時都能像點焊一樣施加鍛壓力,或同時采用暖冷脈沖。但后一種情況很少使用。
按接頭型式分,縫焊可分為搭接縫焊、壓平縫焊、墊箔對接縫焊、銅線電極縫焊等。
搭接縫焊同點焊一樣,搭接接頭可用一對滾盤或用一個滾盤和一根芯軸電極進行縫焊。接頭的最小搭接量與點焊相同。
搭接縫焊除常用的雙面縫焊外,還有單面單縫縫焊、單面雙縫縫焊和小直徑圓周縫焊等。
小直徑圓周縫焊可采用
1、偏離加壓軸線的滾盤電極;
2、橫向縫焊機上附加一定位裝置;
3、采用環(huán)形電極,電極的工件表面呈錐形,錐尖必須落在小直徑圓周焊縫中心,以消除電極在工件上的滑移。
壓平縫焊時的搭接量比一般縫焊時要小得多,約為板厚的1-1.5倍,焊接時同時壓平接頭,焊后的接頭厚度為板厚的1.2-1.5倍。通常采用圓柱形面的滾盤,其寬度應全部覆蓋接頭的搭接部分。焊接時要使用較大的焊接壓力和連續(xù)的電流。為了獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量,必須精確地控制搭接量。通常要將工件牢固夾緊或用定位焊預先固定。這種方法可以獲得具有良好外觀的焊縫,常用于低碳鋼和不銹鋼制成的食品容器和冷凍機襯套等產(chǎn)品的焊接。
墊箔對接縫焊是解決厚板縫焊的一種方法。因為當板厚達3mm時,若采用常規(guī)搭接縫焊,就必須用很慢的焊接速度,較大的焊接電流和電極壓力,這會引起工件表面過熱和電極粘附,使焊接困難。若用墊箔縫焊,就可以克服這些困難。墊箔對接縫焊簡單介紹:先將面板件邊緣對接,并在接頭通過滾盤時,不斷地將兩條箔帶鋪墊于滾盤和板件之間。箔帶的厚度為0.2-0.3mm,寬度為4-6mm.由于箔帶增加了焊接區(qū)的電阻,并使散熱困難,因而有利于熔核的形成。這種方法的優(yōu)點是:接頭有較平緩的加強高;良好的外觀;不管板厚如何箔帶的厚度均相同;不易產(chǎn)生飛濺,因而對應于一定電流的電極壓力均應相同;不易產(chǎn)生飛濺,因而對應于一定電流的電極壓力均可減小一半;焊接區(qū)變形小。其缺點是:對接精度要求高;焊接時必須準備地將箔帶鋪墊于滾盤與工件間,增加了自動化的困難。
銅線電極縫焊是解決鍍層鋼板縫焊時,鍍層粘著滾盤的有效方法。焊接時,將圓銅線不斷地送到滾盤與板件之間。銅線呈卷狀連續(xù)輸送,經(jīng)過滾盤后又連續(xù)繞在另一繞線盤上。鍍層僅粘附銅線上,而不會污染滾盤。雖然銅線用過后要報廢。但鍍層鋼板、特別是鍍錫鋼板,還沒有別的縫焊方法可以代替它。由于報廢銅線的售價與銅線相差不多,所以焊接成本并不高。這種方法主要用于制造食品罐。
我國最近生產(chǎn)的FHGX-1型罐身電阻焊自動線,是這一方法的最新發(fā)展。銅線在送至滾盤前先扎成扁平線。搭接接頭和壓平縫焊一樣(如圖12-7b)。銅線用完后又自動切成短段回收。這種方法的焊接速度非常高,板厚0.2mm時,焊速可達15m/min。自動線包括板件的送進、成形、焊接、焊縫的涂漆和烘干。
縫焊機縫焊工藝
一、工藝參數(shù)對縫焊質(zhì)量的影響
縫焊接頭的形成本質(zhì)上與點焊相同,因而影響焊接質(zhì)量的諸因數(shù)也是類似的。主要有焊接電流、電極壓力、焊接時間、休止時間、焊接速度和滾盤直徑等。
1、焊接電流
縫焊形成熔核所需的熱量來源與點焊相同,都是利用電流通過焊接區(qū)電阻產(chǎn)生的熱量。在其他條件給定的情況下,焊接電流的大小決定了熔核的焊透率和重疊量。在焊接低碳鋼時,熔核平均焊透率為鋼板厚度的30-70%,以45-50%為最佳。為了獲得氣密縫焊熔核重疊量應不小于15-20%。
當焊接電流超過某一定值時,繼續(xù)增大電流只能增大熔核的焊透率和重迭量而不會提高接頭強度,這是不經(jīng)濟的。如果電流過大,還會產(chǎn)生壓痕過深和焊接燒穿等缺陷。
焊縫時由于熔核互相重疊而引起較大分流,因此,焊接電流通常比點焊時增大15-40%。
2、電極壓力
縫焊時電極壓力對熔核尺寸的影響與點焊一致。電極壓力過高會使壓痕過深,同時會加速滾盤的變形和損耗。壓力不足則易產(chǎn)生縮孔,并會因接觸電阻過大易使?jié)L盤燒損而縮短其使用壽命。
3、焊接時間和休止時間
縫焊時,主要通過焊接時間控制熔核尺寸,通過冷卻時間控制重疊量。在較低的焊接速度時,焊接與休止時間之比為1.25:1-2:1,可獲得滿意結果。當焊接速度增加時,焊點間距增加,此時要獲得重疊量相同的焊縫,就必須增大比例。為此,在較高焊接速度時,焊接與休止時間之比為3:1或更高。
4、焊接速度
焊接速度與被焊金屬、板件厚度、以及對焊縫強度和質(zhì)量的要求等有關。通常在焊接不銹鋼、高溫合金和有色金屬時,為了避免飛濺和獲得致密性高的焊縫,必須采用較低的焊接速度。有時還采用步進縫焊,使熔核形成的全過程均在滾盤停止的情況下進行。這種縫焊的焊接速度要比常用的斷續(xù)縫焊低得多。
焊接速度決定了滾盤與板件的接觸面積、以及滾盤與加熱部位的接觸時間,因而影響了接頭的加熱和散熱。當焊接速度增大時,為了獲得足夠的熱量,必須增大焊接電流。過大的焊接速度會引起板件表面燒損和電極粘附,因而即使采用外部水冷卻,焊接速度也要受到限制。
二、縫焊工藝參數(shù)的選擇
與點焊相似,主要是根據(jù)被焊金屬的性能、厚度、質(zhì)量要求和設備條件來選擇的。通??蓞⒖家延械耐扑]數(shù)據(jù)初步確定,在通過工藝試驗加以修正。
滾盤尺寸的選擇與點焊電極尺寸的選擇原則一致。為減小搭邊尺寸,減輕結構重量,提高熱量效率,減小焊機功率,近年來多采用接觸面寬度為3-5mm的窄邊滾盤。
滾盤的直徑和板件的曲率半徑均影響滾盤與板件的接觸面積,從而影響電流場的的分布與散熱,并導致熔核位置的偏移。當焊盤直徑不同而板件厚度相同時。熔核將偏向小直徑滾盤一邊。滾盤直徑和板件厚度均相同,而板件呈彎曲形狀時,則熔核偏向板件凸向電極的一邊。
不同厚度或不同材料縫焊時,熔核偏移的方向和糾正熔核偏移的方法也類似于點焊,可采用不同的滾盤直徑和寬度,不同的滾盤材料,以及在滾盤與板件間加墊片等。
在不同厚度板件縫焊時,由于經(jīng)過已焊好的焊縫區(qū)有顯著的分流,可以減小熔核向厚件的偏移。但在厚度差較大時,薄件的焊透率仍然是不足的,必須采用上述糾正熔核偏移的措施。例如在薄件一邊采用導電性較低的銅合金做滾盤,并將其寬度和直徑也做得小一些。
低碳鋼是焊接性最好的縫焊材料。低碳鋼搭接縫焊根據(jù)使用目的和用途可采用高速、中速和低速三種方案。下表為低碳鋼搭接縫焊的焊接條件。手動移動工件時,對便于對準預定的焊縫位置,多采用中速。自動焊接時,如焊機的容量足夠,可以采用高速或更高的速度。如焊機容量不夠,不降低速度就不能保證足夠大的熔寬和熔深時,就只能采用低速。