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 縫焊方法及工藝介紹

    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，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量，但因國內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；不易產生飛濺，因而對應于一定電流的電極壓力均應相同；不易產生飛濺，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。

縫焊工藝

    一、工藝參數對縫焊質量的影響

    縫焊接頭的形成本質上與點焊相同，因而影響焊接質量的諸因數也是類似的。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，這是不經濟的。如果電流過大，還會產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、縫焊工藝參數的選擇

    與點焊相似，主要是根據被焊金屬的性能、厚度、質量要求和設備條件來選擇的。通�？蓞⒖家延械耐扑]數據初步確定，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。

    縫焊接頭的設計

    縫焊的接頭型式、搭邊寬度與點焊類似（壓平縫焊與墊箔對接縫焊的接頭例外）。

    滾盤不象點焊電極那樣可以做成特殊形狀，因此設計縫焊結構時，必須注意滾盤的可達性。

    當焊接小曲率半徑工件時，由于內側滾盤半徑的減小受到一定限制，必然會造成熔核向外測偏移，甚至使外側板件未焊透。為此應避免設計曲率半徑過小的工件。如果在一個工件上既有平直部分，又有曲率半徑很小的部分，如摩托車油箱那樣。為了防止小曲率半徑處的焊接未焊透，可以在焊到此部位時，增大焊接電流。這在微機控制的焊機上尤其容易實現。

    常用金屬的縫焊

    一、低碳鋼的縫焊

    低碳鋼是焊接性最好的縫焊材料。低碳鋼搭接縫焊根據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。

低碳鋼縫焊的焊接條件

下面兩表為連續(xù)通電的低碳鋼壓平縫焊和墊箔縫焊的焊接條件。

                 低碳鋼縫焊的焊接條件

                低碳鋼墊箔縫焊的焊接條件

    二、淬火合金鋼的縫焊

    可淬硬合金鋼縫焊時，為消除淬火組織，也需要采用焊后回火的雙脈沖加熱方式。在焊接和回火時，工件應停止移動，即應在步進縫焊焊機上進行。如果缺少這種設備，只能在斷續(xù)縫焊機上進行時，建議采用焊接時間較長，弱條件。下表是焊接地合金鋼采用這種條件的推薦值。

低合金鋼縫焊的焊接條件

   注：滾盤直徑為150-200mm

 鍍層鋼板的縫焊

    1、鍍鋅鋼板的縫焊

    鍍鋅鋼板縫焊時，應注意防止產生裂紋，破壞焊縫的氣密性。裂紋產生的原因是殘留在熔核內和擴散到熱影響區(qū)的鋅使接頭脆化，手盈受應力作用而引起的。防止裂紋的方法是正確選擇工藝參數。試驗證明，焊透率越�。�10-26%），裂紋缺陷就越小。縫焊速度高時，散熱條件差、表面過熱、熔深大，則易產生裂紋。一般在保證熔核直徑和接頭強度的條件下，應盡量選用小電流、低焊速和強烈的外部水冷。

    滾盤易采用花鋼輪傳動，以便隨時修整滾盤尺寸并清理其表面。下表為鍍鋅鋼板縫焊的焊接條件。

各種鍍鋅鋼板縫焊的焊接條件

2.鍍鋁鋼板的縫焊

    第一類鍍鋅鋼板縫焊的焊接條件見下表：

鍍鋁鋼板縫焊的焊接條件

對于第二類鍍鋁鋼板，也和點焊一樣，必須將電流增大15-20%。由于粘附現象比鍍鋅鋼板還嚴重，因此必須經常修整滾盤。

    3.鍍鋁鋼板的縫焊

    鍍鋁鋼板對汽油有耐蝕性，故常用作汽車油箱。鍍鉛鋼板的縫焊與鍍鋅鋼板一樣，主要也是裂紋問題，其工藝參數可參考下表：

鍍鉛鋼板縫焊的焊接條件

    四、不銹鋼和高溫合金的縫焊

    不銹鋼縫焊困難較少，通常在交流焊接上進行。下表是不銹鋼縫焊的焊接條件：

不銹鋼（1cr18Ni9Ti）縫焊的焊接條件（HB/Z78-84）

    高溫合金縫焊時，由于電阻率高和縫焊的重復加熱，更容易產生結晶偏析和過熱組織，甚至使工件表面擠出毛刺，為此應采用很慢的焊接速度、較長的休止時間以利于散熱。下表為高溫合金縫焊的焊接條件：

高溫合金（GH33、GH35、GH39、GH44）縫焊的焊接條件

    五、有色金屬的縫焊

    1、鋁合金的縫焊

    鋁合金縫焊時，由于電導率高、分流嚴重，焊接電流要比點焊時提高15-50%，電極壓力提高10%。又因大功率單相交流縫焊機會產生嚴重影響電網三相負荷的均衡性，因此國內鋁合金縫焊均采用三相供電的直流脈沖或次級整流步進焊機。下表是在FJ-400型直流脈沖縫焊機上焊接鋁合金的焊接條件：

鋁合金縫焊的焊接條件

為了加強散熱，鋁合金縫焊應盡量采用球形端面滾盤，并必須用外部水冷。

     2、銅和銅合金的縫焊

    銅和銅合金由于電導率和熱導率高，幾乎不能采用縫焊。對于電導率低的銅合金，如磷青銅、硅青銅和鋁青銅等可以縫焊，但需要采用比低碳鋼高的電流和較低的電極壓力。

    3、鈦及其合金的縫焊

    鈦及其合金縫焊時沒有太大的困難，其焊接條件與不銹鋼大致相同，但電極壓力要低一些。

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