鋼桶縫焊工藝參數計算（2）

解放軍第七四三四工廠 張世強

四、參數I、P、t與焊接強度的關系

1．在其它參數不變的條件下，焊點的強度和通電焊接時間t關系，見圖5。通電時問t增大則焊接強度σ也增大．在P=6000(N),t=0.5(s)時只產生塑性變形，焊接區的溫度不穩定，焊接強強度σ也不穩定。在B點以后才出現穩定的趨勢，但這種穩定與材料的成份和厚度有關。若t值過大，則焊核不易形成，出現金屬進濺，故通電焊接時間t直接影響焊接強度σ。

圖5

2．電極滾輪壓力P對焊接強度σ的影響

接觸焊時，P值影響R觸，從而影響焊接熱量的產生。焊接熱量關系到焊核的形成好壞。當P值過大時，不能形成焊核，使焊接強度σ下降；過小時，不能使工件產生塑性變形。在電流I為一常量的情況下，能使金屬有一預壓和鍛壓力即可，見圖5。

3．焊接電流I直接關系到焊接強度，與強度σ成正比，但不宜太大，否則焊接強度下降。其值與材料性質有關。

五、根據機理分析推出關鍵的工藝參數計算公式

關鍵的工藝參數有以下幾個：電極工作表面形狀和尺寸多焊接時間；焊接熱量指數值，電極壓力值；搭邊寬度等。

對于點焊和縫焊兩種形式，其縫焊是斷續通電焊接，其實質是點焊時焊核的連續重疊，縫焊的焊核重疊率為45-50%。見圖6。

圖6

1．電極工作表面形狀和尺寸

(1)點焊。為了保證焊點有一定的熔化核心，其核心直徑和焊透率公式如下：

d核＝2δ+3 （12）

式中：

d核——焊核直徑（mm）；δ——兩焊件中焊件厚度（mm）

所謂焊透率是指熔化核心的深度h和焊件厚度δ的百分比。通常焊透率為50-70%。數學關系式為：

h=(0.5～0.7)δ

公式(12)其電極工件表面形狀見圖7。計算公式：

d極＝d核/(0.9～1.4) (mm) （14）

式中：

d極——點焊電極直徑（mm）；d核——焊核直徑（mm）

圖7

(2)縫焊。采用直徑小于300mm的鉻錯銅滾盤，，其滾盤寬度B，見圖8。B的確定用以下的公式，

B≥d核/0.9 （15）

參數取下值0.9主要考慮接觸面積。

圖8

2、焊接時間

(1)點焊的焊接時間。根據有關手冊對于低碳鋼是一個常量，因厚度不同而不同。大致t＝0.2-0.6(s)。點焊間距C點=25d核。

(2)縫焊時間。縫焊一個周期的時間應是焊接電流脈沖時間t焊與休止時間t體之和。

t=t焊+t休 （16）

每種材料在一個焊接周期中t焊和t比值是有—定范圍的。

碳素鋼 t焊＝(0.5-0.7)t，鋁合金 t焊=( 0.5--0.35 )t

根據經驗通常取低碳鋼

t焊=0.5t （17）

每一個焊接周期的總時間t可根據焊接間距C和焊接速度V而決定，對于氣密性要高的產品，其焊點的間距C比焊核直徑小50%。縫焊間距c縫=(1/2)d核，據公式(12)可得：

c縫=(1/2)(2δ+3)=δ+1.5 （18）

焊接一個周期總時間t的公式如下摹

t=60c/1000＝0.06c/v （19）

式中：

t——焊接一個周期總時間(S)；c——間距( mm)；V——焊接速度(m／min)，通常V被縫焊機的速度所限制，一般為0.9-1 m/min，為了保證焊接質量取v=0.9m／min。

如果以縫焊機的交流電周期計算，周期數Z

Z＝0.06fc/v （20）

因為 f＝50Hz，所以公式(15)為

Z=3c/v （21）

低碳鋼焊接時引用公式(16)、(17)則

t焊＝t休＝0.03c/v （22）

根據公式(17)和(21)簡化為：

Z焊=Z休=1.5c/v （23）

式中：

Z焊——焊接周數。Z休——焊接休止周數。

3．根據公式(13)和上述焊接材料塑性變形的原理，應用材料力學和冷壓變形的理論推出以下的公式：

P=SKδδ （24）

式中：

P——電極壓力值(N)；S——上下電極在接觸焊接區的投影面積(mm2)；δ——焊接材料厚度(mm)；K——修正系數。對于低碳鋼K=20～40N/mm2。

在實際計算中為了簡便，對于縫焊將其接觸面積視為以滾輪寬度B的圓面積，即

S縫=(1/4)πBB ( mm2 ) （25）

對于點焊：

S點=(1/4)πd核 (mm2) （26）

4．焊接熱量指數 主要是針對縫焊情況麗言p根據焊接原理引用公式(2)、(4)、(11)，根據熱平衡定律則：

Q吸＝Q （27）

Q吸＝mc△t

m=2Sδg （g——比重）

式中：

在計算時，根據縫焊有20－30%電流分流。

Q=1.3Q吸 （28）

縫焊機熱量指數是指熱量的調節范圍，通常有12個檔，調節范圍在55～100%之間，每檔的調幅為：

Φ＝(100～55)×100%/n＝45×lOO%/n （29）

式中：

Φ——每檔調幅值(%)；n——熱量指數檔位數。通常為12。

熱量百分比＝Q吸/Q×100% （30）

熱量變化幅值＝熱量百分比—最小調節百分數(55%)

推出熱量指數公式：

Y=（熱量變化幅值+10%）/Φ （31）

考慮到電網電壓變化其Y值加10%。

5．搭邊寬度 搭邊寬度為L,見圖9。點焊的搭邊寬度和縫焊的搭邊寬度為：

L點＝L縫=2d核 （32）

圖9

六、運用縫焊理論實施改進措施

1、點焊和縫焊兩種焊接計算工藝參數選用。例我廠150L黃磷鋼桶均采用厚度為1.5mm低碳鋼板。

(1)選用點焊電極直徑。見圖7，引用公式(12)：

d核＝2δ＋3

因為 δ＝1.5mm 所以 d核=6mm

運用公式( 14) d極=d核/(0.9～1.4)

在計算中取中值 d極=d核/1.2=6/1.2=5mm

取電極直徑為φ5mm。

①確定點焊間距

C=25d核＝25×6＝150mm

②確定點焊搭邊寬度。運用公式(32)：

L點＝2d核＝2×6＝12mm

確定點焊電極壓力，運用公式(24)和，(26)

P＝SKδδ＝28.26×20×1.5×1.5＝1272(N)

式中S=(1/4)πd核·d核＝(1/4)×3.14×6×6=28.26 mm2

K選用20N／mm2；δ=1.5mm。

(2)確定縫焊工藝參數

①確定縫焊電極的形狀和尺寸e其形狀見圖8，運用公式( 12)計算出d核=6mm再應用公式(15)進行計算。

B≥d核／O.9=6/O.9=6.7 (mm)

即 B≥7,則選擇B=8(mm)

②縫焊時間 運用公(18)計算間距c

c=δ+1.5=1.5+1.5=3 (mm)

焊接時間引用公式(19)則：

t=0.06c/v=0.06×3/0.9＝0.2 (s)

運用公式(17)、t焊=0.5t＝0.1 (s)

縫焊機焊接和停息周數，則引用公式(23)

Z焊＝Z休＝1.5c/v＝1.5×3/0.9＝5

⑧電極壓力 應用公式(24)、(25)則：

P=SKδδ＝50.24×40×1.52×1.5=4521(N)

式中：S縫=(1/4)πBB =(1/4)×3.14×8×8＝50.24 (mm)

K取大值40N／mm2。

④熱量指數 首先對材料進行化學成份分析見下表：

引用公式(2)碳當量為：

C%=C+(1/16)Mn+(1/24)Si=0.041+(1/16)×0.462+(1/24)×0.241=0.079

查Fe-Fe3C，相圖，Tm=1135℃，再代入公式(3)，則△T=Tm－200℃＝935℃，根據計算用公式(4)算出Q吸：

Q吸＝mc△t=1227（卡）

式中：

C=0.46×103(J／kg℃)

△t=935℃

m=2Sδq=11.8×10(-3) ( kg)

低碳鋼密度q=7.85g/cm

對于縫焊機放熱Q，用公式(28)則

Q=1.3Q吸=1595(卡)

用公式(30)算出熱量百分比：

熱量百分比=Q吸／Q×100%＝76%

熱量變化幅值=熱量百分比－最小調節百分數＝76%－55%=21%

式中：最小調節百分數通常為55%。

因為我廠采用FN-150-5縫焊機，其熱量變化有12個檔。用公式(29)。再用公式(30)熱量指數Y為：

Y＝(熱量變化幅值+0.10)/Φ＝8

通過以上的計算，還可用公式（11）箅出應選擇次級電壓值。

因為Q=0.24P電t， P電=V2I2

所以 V2=Q/0.24tII=6.04 (V)

式中，Q=1595（卡），t=0.1(S)，I2=11000(A)。

綜合上述計算，其工藝參數如下：

(1)點焊機工藝參數

①電極直徑：φ5mm；

②點焊間距：150mm；

③搭邊寬度：12mm；

④電極壓力：1272N。

(2)縫焊工藝參數

①電極滾輪寬度：8mm；

②焊接周數：5；

③焊接停息周數：5；

④電極壓力：4520N；

⑤熱量指數：8；

⑥次極電壓：6v,選用6.04v。

2．調整上下電極輪的軸和套，對已燒蝕部位進行修整或更換。重新配制蓖麻油和石墨比例為1:3的糊狀潤滑劑，既保證了其導電性，又保證了軸和套具有良好的潤滑條件。使其使用壽命提高了3-4倍。

3．重新調整縫焊機下電極臂，并增設了上下左右調整螺釘。使上下電極輪軸線誤差不超過±4.5mm，調整誤差為±0.5mm，見圖10。使兩輪接觸面積大于80%。使焊縫均勻，變形量降低。

圖10

4．修正縫焊機上輪。用T8A材料進行加工，熱處理HRC60～65。達到了技術要求，能比較好的對上下電極滾輪進行齒形修正，并保證了上行電極輪齒形平行。

5．規定每班生產前進行電極滾輪空轉，修正齒形0.5～1小時。每焊接1500只桶加注一次蓖麻－石墨潤滑劑。

七、結論

去年我廠按上述方法確定焊接工藝參數和實施其他措施后，焊接合格率為99.4%，產品合格率為98%。其焊縫外觀齒形清晰，均勻，至今仍在正常生產。

今年4-6月份對板材厚分別為0.8-1.2mm三種材料所加工的50L、100L、200L三種規格鋼桶的桶身進行了點焊和縫焊，其合格率為99.5%。為在150L黃磷桶生產線上生產多品種鋼桶提供了條件。

參考文獻

1．《金屬工藝學》，談榮生等，江蘇科學技術出版社，1981年。

2．《焊接技術》，《焊接技術》編寫組，國防工業出版社，1981年。

3．《金屬材料及熱處理》，史美堂，上海科學技術出版社，1985年。

4、《焊接數據資料手冊》，傅積和等，機械工業出版社，1994年6月。

5．《實用焊接手冊》北京市技術協作委員會，水利電力出版社，1983。