縫焊技術原理簡析

高錦春 許佳明

摘要： 玉門油田綜合服務處制桶廠生產的包裝鋼桶，不僅成了玉門煉化總廠的產品形象，更是其產品質量保證的組成部分。一方面，鋼桶外觀一定要漂亮，另一方面，低分子油品的超強滲透力要求鋼桶的密封效果好，否則在油品貯存甚至裝運過程中就會出現油品滲漏和污染現象。所以，制桶廠在鋼桶的制造歷程上是一路顛顛簸簸，不斷改進其制造工序和工藝，而縫悍作為其中的工序之一在其制造過程中起非常重要的作用，于是縫焊機技術的運用便成鋼桶質量的最關鍵之一。

關鍵詞： 縫焊機；焊接電流；電極壓力；焊接速度

0 引言

縫焊是金屬包裝物在生產上的一個重要工藝，其縫焊質量的好壞是影響鋼桶質量的關鍵因素，在質量管理中一般將該工序定為特殊工序加以控制，因此，鋼桶生產過程中如何提高縫焊質量就顯得十分重要。

隨著縫焊機發展到今日，對焊機的使用要求越來越高。在幾年的工作經驗中，不同規格規模的縫焊機上遇到各種問題，現從焊接理論、機械原理、實際操作等幾個方面進行探討。

1 焊接電流、電極壓力、焊接速度對桶身焊縫質量的影響

鋼桶桶身的焊接原理是電阻焊。所謂的電阻焊是指將被焊工件壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經工件接觸面及鄰近區域產生的電阻熱效應將其加熱到熔化或塑性狀態，使之形成金屬結合的一種方法。焊接熱量的公式：

Q=I2Rt…………（1）

式中：Q-產生的熱量（J）；I-焊接電流（A）；R-電極間電阻（Ω）；t-焊接時間（s）

電極間電阻R包括工件本身電阻R1，電極與工件間接觸電租R2，兩工件間接觸電阻R3，即

R=2R1+2R2+R3…………（2）

從公式（1）中可以看出，影響桶身焊接質量的因素有焊接電流、電極間的電阻、通電焊接時間，而從公式（2）中可以看出電極間電阻由焊接件材料本身因素R1、電極與工件間接觸電租R2、兩工件間接觸電阻R3決定，其中電極壓力大小同時決定著R2和R3，另外，焊接速度決定通電時間。因此，當焊接材料規定時，影響焊接質量的主要工藝參數為：焊接電流、電極壓力、焊接速度。

1.1 焊接電流。從公式（1）可見，桶身縫焊形成熔核所需的熱量， 是利用電流通過焊接區電阻產生的熱量。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。在焊接鋼桶桶身時，熔核平均焊透率為鋼板厚度的30%-70%，以45%-50%為最佳，熔核重疊量應不小于15%-20%。

電流的變化對產熱的影響比電阻和時間兩者都大，當焊接電流超過某一定值時，繼續增大電流只能增大熔核的焊透率和重疊量，而不會提高接頭強度，這是不經濟的。另外，如果電流過大，還會產生桶身壓痕過深和桶身焊縫燒穿等缺陷。因此，在焊接過程中，它是一個必須嚴格控制的參數。

1.2 焊接速度。為了保證熔核尺寸和焊點強度，焊接時間與焊接電流在一定范圍內可以互為補充。為了獲得一定強度的焊點，可以采用大電流和短時間，也可以采用小電流和長時間。如何選用，則取決于金屬的性能、厚度和所用焊機的功率。但對于不同性能和厚度的金屬所需的電流和時間，都仍有一個上、下限，超過此限，將無法形成合格的熔核，同時， 過大的焊接速度會引起桶身表面燒損和電極粘附。

1.3 電極壓力。桶身縫焊時電極壓力對兩電極間總電阻R有顯著影響，隨著電極壓力的增大，R顯著減小。因此，焊點強度總是隨著電極壓力的增大而降低。在增大電極壓力的同時，增大焊接電流或延長焊接時間，以彌補電阻減小的影響，可以保持焊點強度不變。采用這種焊接條件有利于提高焊點強度的穩定性，但電極壓力過小，將引起飛濺，也會使焊點強度降低。

2 焊機機械部分對桶身焊接質量的影響基本上是對電極電阻的影響

首先，在我們現在使用的國產200L鋼桶縫焊機（FN1-150型）中，桶身托料架的高低直接改變了桶身焊接時的電極壓力大小。如果桶身托料架過高，電極壓力增大，焊接出的桶身有明顯的壓痕，且焊縫端頭長距離有凹進去的現象，又緣于電極壓力增大，焊接強度降低，容易出現滲漏或翻邊破裂現象；如果桶身托料架過低，電極壓力減小，焊接出的桶身焊縫外過高，會產生明顯的桃形現象，此時電極壓力減小，焊接熱量因電阻R的增大而增大，產生燒穿或飛濺現象，也容易出現滲漏或翻邊破裂現象；如果桶身托料架兩頭高低不平，會由于焊接過程中電極間壓力大小變化而引起桶身焊縫端頭焊接強度的大小不同，故而滲漏或破裂。這種機械影響在國內現行生產的全自動縫焊機中也常見到，例如精校環（或粗校環）調節位置高低引起的焊接熱量的改變。

其次，縫焊輪運轉的穩定性和上下兩個焊輪的對接程度對焊接熱量影響。焊輪的穩定性會影響到電極壓力的穩定性，并且會導致焊輪與焊接件表面之間的滑動；上下焊輪的對接程度影響電流流經焊接件的面積，進而影響焊接電阻R。對接越吻合，接觸面積大，電阻越小，焊接熱量就小；對接不好，接觸面積小，電阻越大，焊接熱量越大，如果突然發生這種機械變動，容易產生壓痕，甚至引起燒穿或飛濺。在國內現行生產的全自動縫焊機中，這種由上下焊輪的對接程度影響的焊接質量現象非常容易發生，因為這些縫焊機焊接鋼桶桶身時，一般采用壓扁的銅絲作為電極，搭邊寬度只有2-3mm，焊縫的寬度基本等于銅絲壓扁平面的寬度。而FN1-150系列用做200L鋼桶的縫焊機，使用縫焊輪做電極，縫焊輪的寬度一般在5-10mm，甚至更寬，而縫焊搭邊寬度為4mm，所以這種焊機焊輪對接偏差不大時影響焊接質量較小，甚至不影響。

再次，縫焊搭邊在焊接過程中起重要作用。搭邊寬度的大小直接影響焊接電阻的大小，搭邊越多，焊接電阻越小，焊接熱量就小；搭邊越小，焊接電阻越大，焊接熱量越大。在我們現在使用的國產200L鋼桶縫焊機（FN1-150型）中基本都用點焊確定搭邊尺寸，搭邊寬度為4mm，焊點至少4個（一般就定為4個）。最后，最顯見的影響電極壓力的因素就是氣壓，焊機工作時要保持一定的恒壓。但有的設備通過改造，用機械的方法控制壓力，例如通過調節彈簧的彈力來調節電極壓力。

3 焊機使用中的注意事項

在縫焊機的操作中經常出現的問題總結如下：焊縫有砂眼，出現滲漏；焊輪磨損不勻，焊輪中間出現凹槽，直接影響焊接質量；桶身縫焊后翻邊時，桶身兩端開裂；桶身兩端翻邊無破損，但漲筋后環筋開裂；焊接后有飛刺，影響鋼桶的外觀質量和開口鋼桶內部質量。作為設備的使用者，我們在工作中必須要做到幾點：只要待焊接鋼板的材料和厚度不發生變化，調整好的焊接電流、電極壓力和焊接速度維持不變；保持焊輪表面干凈，避免焊縫產生砂眼；經常調整修正輪。

參考文獻：

[1]（美）霍爾頓（Holton，G.）等編，華中師范學院物理系翻譯組譯，中學物理教程，北京：文化教育出版社，1980，6．