【正文】 大。（3）熔核尺寸波動大。鋁合金工件較大的熱導(dǎo)率及接觸面上較大的熱產(chǎn)量使得電極工件接觸面上產(chǎn)生局部熔化并發(fā)生較為劇烈的共晶反應(yīng)，以致出現(xiàn)電極與工件的粘連，惡化了焊點的表面質(zhì)量。噴濺和飛濺的產(chǎn)生會帶走部分熱量和熔化金屬，嚴(yán)重影響了熔核直徑的大小，對焊質(zhì)量極為不利。所以，為獲得合格的焊點，在相同的條件下鋁合金就需要更大的焊接電流，即需要使用硬規(guī)范進(jìn)行焊接。因此，電極磨損及壽命問題是鋁合金電阻點焊技術(shù)的關(guān)鍵問題。研究人員對鋁合金點焊接頭本身的性能進(jìn)行了研究，并指出：在鋁合金點焊中還經(jīng)常存在微型空洞、裂紋等不連續(xù)缺陷以及過深的壓痕等現(xiàn)象，熔核尺寸對接頭的靜載強(qiáng)度影響很大，但對其疲勞強(qiáng)度影響很小—[14]。隨著科技的發(fā)展，鋁合金材料將會在更多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。電阻點焊是薄板結(jié)構(gòu)最理想的連接工藝，鋁合金點焊所存在的問題使得這些板筋結(jié)構(gòu)目前的連接工藝還是鉚接。目前國外推出的鋁合金汽車很少單獨采用電阻點焊工藝，而大多采用氣保焊，激光焊，膠焊等連接工藝。鋁合金材料還被稱為“綠色材料”，可反復(fù)回收利用，回收重熔鋁合金所需能量僅是生產(chǎn)新鋁合金所需能量的5%，而再生鋁合金材料能夠保持原有材料的性能，而不像一般碳鋼具有良好的防腐性能，其表面只需稍加處理就可獲得滿意的防腐性能，而電鍍，鍍鋅等處理不僅工藝復(fù)雜，成本高，而且環(huán)境污染嚴(yán)重。交通運輸業(yè)是導(dǎo)致能源短缺和環(huán)境污染尤其是空氣污染的一個主要因素，在美國該行業(yè)的石油消耗占到了石油消耗的三分之二，其中汽車燃油的比例為75%。在國產(chǎn)化的鋁合金汽車車體研究中，采用傳統(tǒng)的電阻點焊技術(shù)，遇到許多困難：如設(shè)備投資巨大、電力消耗嚴(yán)重、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定及需要進(jìn)行大量鋁合金電阻點焊工藝研究開發(fā)等(目前，國內(nèi)在鋁合金電阻點焊方面仍存在許多有待解決的問題)。近年來，各國焊接工作者就此做了大量的理論及實際研究工作，并取得了一定的成績。例如：為了減輕車身總體質(zhì)量，節(jié)省能源消耗，世界各大汽車公司正在開發(fā)鋁合金或高強(qiáng)鋼車身的汽車．鋁合金的應(yīng)用和鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展是相輔相成的，汽車上的鋁合金結(jié)構(gòu)件多數(shù)要求焊接．并要求焊縫有良好機(jī)械性能。在汽車制造業(yè)長期以來廣泛應(yīng)用的電阻點焊工藝方法，具有機(jī)械化、自動化程度高、生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量可靠的特點。鋁及其合金是汽車輕量化的最重要材料，同時鋁的消費指標(biāo)及生產(chǎn)能力也是衡量一個國家和地區(qū)工業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)和技術(shù)進(jìn)步程度的重要標(biāo)志—[1]。因此，為了推廣鋁合金在汽車、家電等行業(yè)中的應(yīng)用，必須對鋁合金的點焊性能作進(jìn)一步深入細(xì)致的研究。在我國，汽車燃油的比例高達(dá)85%，據(jù)國際制造商協(xié)會統(tǒng)計，2011年全世界汽車生產(chǎn)總量為5754萬輛，我國汽車產(chǎn)量也達(dá)到萬輛，已居世界第8位，居估算，燃油汽車給城市造成了至少30%以上的空氣污染，汽車排放所造成的污染已成為當(dāng)今社會的一大公害，從80來年代世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家就開始研究采取各種措施來減少汽車能源的消耗和排放污染。目前經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家已開始進(jìn)行鋁合金汽車的研制，一些公司現(xiàn)已推出了鋁合金汽車，如美國通用公司推出的“Precept”，福特公司推出的“合成210”,德國寶馬公司推出的“528”，德國大眾推出的“奧迪A8”及推出的“奧迪A2”，現(xiàn)已都批量生產(chǎn)。如新近推出的采用第二代鋁合金空間架構(gòu)（ASF）的“奧迪A2”就采用了MIG焊工藝和激光焊，但這些工藝并不適合汽車的規(guī)?；瓦B續(xù)化生產(chǎn)。與點焊相比，其具有剛性差，重量大等缺點。因此，對鋁合金點焊進(jìn)行研究是非常必要的，并且在目前它已成為焊接研究領(lǐng)域中的熱點。由于鋁合金在其物理性能上的特殊性，使它在電阻點焊可焊性方面與常用冷軋低碳鋼相比有其一定的特點 其中存在的最嚴(yán)重的問題是電極的燒損及壽命問題。目前鋁合金電阻點焊所存在的問題主要有以下幾方面：鋁合金點焊焊點質(zhì)量不穩(wěn)定主要體現(xiàn)在以下四個方面。鋁元素非常活潑，在鋁合金材料表面非常容易形成氧化膜，這層氧化膜組織致密，熔點極高，導(dǎo)電性能極差，這就使得接觸電阻比較大。如圖 11 所示熔核噴濺和表面飛濺缺陷。電極與工件的粘連及飛濺嚴(yán)重破壞了電極表面的連續(xù)性。電極工件表面上的局部熔化，飛濺及電極與工件的粘連，嚴(yán)重破壞了電極表面的連續(xù)性。（4）熔核內(nèi)部易產(chǎn)生缺陷。2 電極燒損嚴(yán)重，使用壽命短由于電極工件間的接觸電阻較大，鋁合金工件的導(dǎo)熱率也較大，而鋁合金點焊又是采用硬規(guī)范進(jìn)行焊接，所以電極工件間接觸面上的溫度較高。在連續(xù)點焊過程中，電極表面不連續(xù)程度的增加也加劇了電極工件間局部熔化和飛濺的產(chǎn)生，同時也加劇了銅鋁合金化反應(yīng)的程度，如圖12所示。從理論上說，只要破壞了成分，溫度和反應(yīng)時間中的一個條件，就可以克服或減弱電極燒損。所以，鋁合金電阻點焊過程很難用焊接電參量的變化來描述。而主要針對低碳鋼點焊問題所提出的以保證熔核大小穩(wěn)定為目標(biāo)的各種控制方法并不適合與鋁合金點焊，尤其是對工件電極的粘連問題和焊點表面成形質(zhì)量差的問題更是無能為力。應(yīng)該說，在目前能量控制的理論依據(jù)及如何實現(xiàn)能量控制還沒得到很好的解決—[17]。(3)點焊熔核孕育處理理論與方法的研究，已取得很好的研究成果，或等了全部凝固組織為等軸晶的點焊熔核，使全部為柱狀晶的點焊熔核貼合而出現(xiàn)等軸晶區(qū)，縮小熔核柱狀晶區(qū)，使凝固組織晶粒顯著細(xì)化。該工藝與通常采用的雙脈沖點焊工藝相比，可顯著提高接頭強(qiáng)度和疲勞性能—[17]。第二章 鋁合金電阻點焊工藝特點分析 電阻點焊的原理及特點 電阻點焊是在電極壓力的作用下，通過電阻熱加熱熔化金屬，斷電后在壓力下結(jié)晶而形成焊點的工藝方法。若壓力不足，則接觸電阻過大，導(dǎo)致焊件燒穿或?qū)㈦姌O工作面燒損。尤其是在焊件之間的接觸面處溫度很高首先熔化，形成熔化核心。（3）鍛壓階段 鍛壓是在切斷焊接電流后，電極繼續(xù)對焊點擠壓的過程，對焊點起著壓實作用。因此電極壓力必須在斷電后繼續(xù)維持到熔核金屬全部凝固之后才能解除。以上是焊點的形成的一般過程。首先確定電極的斷面形狀和尺寸；其次初步選定電極壓力和焊接時間。這一時間是為了確保在通電之前電極壓緊工件，使焊接區(qū)各接觸面壓力達(dá)到設(shè)定的穩(wěn)態(tài)值。該時間使熔核在一定壓力下冷卻凝固至具有足夠強(qiáng)度。電極提起必須在電流全部切斷之后，否則電極工件間將引起電弧，燒傷工件。2）用預(yù)熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合、防止噴濺。 鋁合金電阻點焊的工藝特點 焊接性能分析 和低碳鋼相比，鋁的膨脹系數(shù)，熔化潛熱和熱容量都大 ，熔點為657℃，ρ=，純鋁無同素異構(gòu)變化，不能用熱處理來改變性能，但對雜志很敏感，有少量的鐵或硅就易在晶界上生成復(fù)雜化合物或共晶體，嚴(yán)重影響耐腐蝕性。焊接時氧化更加劇烈，一方面妨礙熔池內(nèi)液體金屬的正常流動，另一方面因此比重大于液體鋁而下沉變成夾渣，損害焊縫金屬耐蝕性，熔核面上若生成氧化膜，則阻隔了工件與焊縫金屬熔融，無法焊接。防止熱裂紋產(chǎn)生應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式采用不同的焊接接頭形式和合理的焊接規(guī)范以及錘擊焊縫等措施，可防止熱裂紋的產(chǎn)生。鋁焊縫中的氣孔主要是高溫鋁水吸入的氫氣，氫則來源于各種潮氣，能溶于液態(tài)鋁，但幾乎不溶于固態(tài)鋁，熔池結(jié)晶時，液態(tài)鋁中的氫氣會大量析出，形成氣泡，從而出現(xiàn)氣孔。減少焊接變形，焊接過程中應(yīng)選擇合理的焊接順序，并嚴(yán)格控制焊接規(guī)范以及焊縫區(qū)的溫度分布—[17]。 (4)控制精度高：鋁合金點焊對規(guī)范的敏感性要比鋼大，加熱時問稍有變動就會造成飛濺、熔核太小及未焊透等缺陷。鋁合金點焊的焊接性較差，尤其是熱處理強(qiáng)化的鋁合金。在彎電極難以承受大的定鍛壓力時，也可以采用在焊接脈沖之后加緩冷脈沖的方法避免裂紋。 基于上述原因，點焊鋁合金應(yīng)選用具有下列特性的焊機(jī)： 1）能在短時間內(nèi)提供大電流； 2）電流波形最好有緩升緩降的特點； 3）能精確控制工藝參數(shù)，且不受電網(wǎng)電壓波動影響； 4）能提供價形和馬鞍形電極壓力； 5）機(jī)頭的慣性和摩擦力小，電極隨動性好—[11]。因此，微量合金元素對純鋁焊接過程中金相組織、缺陷產(chǎn)生、力學(xué)性能等方面的影響，對于保證其焊接質(zhì)量具有重要的意義。為了實現(xiàn)高的生產(chǎn)率和高的焊接質(zhì)量相容性的要求，提高鋁合金的焊接技術(shù)。常用的機(jī)械清理方法有噴砂、噴丸、拋光以及用砂布或鋼絲刷等。因此，清理后的表面在焊前允許保持的時間是有嚴(yán)格限制的。鈍化處理后便不會在去除氧化膜的同時，造成工件表面的過分腐蝕。如用0—00號砂布，或用電動或風(fēng)動的鋼絲刷等。方法是使用類似于點焊機(jī)的專用裝置。點焊鋁合金時，采用大電流，短時間通電和施加高壓的焊接規(guī)范，但為了進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量，還可以采用附加調(diào)節(jié)波峰和波谷的電流波形。實際生產(chǎn)中還經(jīng)常采用比焊接壓力大的預(yù)壓力和頂鍛壓力的兩極加壓方法，以控制點焊接頭強(qiáng)度的波動和防止焊核內(nèi)部產(chǎn)生缺陷。以下是點焊的主要的焊接工藝參數(shù)：（1）焊接電流焊接電流是重要的點焊參數(shù)，調(diào)節(jié)焊接電流對接頭性能有著顯著的影響，焊接電流過小，使熱源強(qiáng)度不足而不能形成熔核或熔核尺寸過小，焊點拉剪載荷較低且很不穩(wěn)定，焊接電流過大，使加熱過于強(qiáng)烈，引起金屬過熱、噴濺、焊點表面壓痕過深等缺陷，也使接頭性能下降。（3）電極壓力點焊時電極壓力過大或過小都會使焊點承載能力降低和分散性變大。當(dāng)電極材料、端面形狀和尺寸選定后，焊接規(guī)范的選擇主要是考慮焊接電流（I）、電極壓力（P）、焊接時間（t）這三個參數(shù)，是形成點焊接頭質(zhì)量的三大要素。因此，焊接電流（I）、電極壓力（P）、焊接時間（t）、這三大要素規(guī)范的合理選擇，是點焊質(zhì)量的關(guān)鍵所在。其所含的化學(xué)成分見下表31：表 31 6061鋁合金的化學(xué)成分SiFeCuMnMgZnTiAl余量6061鋁合金的主要合金元素是鎂與硅，并形成Mg2Si相。 試驗設(shè)備試驗采用中頻立式電阻點焊機(jī)（PMP62/220FM）。其優(yōu)點如下： a 三相輸入，功率因素高且節(jié)能b 焊接條件范圍大，焊接無飛濺延長電極使用壽命。在進(jìn)行某厚度鋁合金板的點焊工藝參數(shù)優(yōu)化試驗研究時，首先通過觀測焊點的形狀、尺寸、有無飛濺、焊點表面壓痕，大致選出用于試驗鋁合金板的點焊參數(shù)范圍。 ．加壓方式 試驗電極的加壓波形及其焊接波形如下圖32所示，由于是對薄板焊接，在進(jìn)行點焊焊接后，施加合適的后鍛壓力就可以減少氣孔，縮松和裂紋等焊接缺陷的產(chǎn)生，因而在焊接的電流波形中沒有同時采用后熱電流以減緩點焊熔池的冷卻，防止焊接缺陷。 表33各種參數(shù)下的點焊焊接接頭性能序號焊核直徑mm剪切強(qiáng)度KN正拉強(qiáng)度KN疲勞循環(huán)次數(shù)疲勞失效形式13479沿接觸面撕裂21592114沿接觸面撕裂36707沿接觸面撕裂43040沿接觸面撕裂56700沿接觸面撕裂6283550沿大于焊核直徑圓周撕裂7634132沿大于焊核直徑圓周撕裂 （a） （b） 圖34 焊點接頭力學(xué)性能 首先焊接電流在19KA，通電時間60s，如表41中（1）焊接參數(shù)所示。已研究表明點焊接頭的強(qiáng)度與焊核的尺寸有直接的關(guān)系?？梢姾负艘延辛顺浞值拈L大，形狀近似橢圓，比較飽滿，且接頭的強(qiáng)度也隨之有了很大的提高，..KN，遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求。可以看出焊核強(qiáng)度和焊核尺寸并沒有隨著焊接時間的延長而又所提高，相反接頭的強(qiáng)度和尺寸都有一些下降，沒有（2）組參數(shù)得到的效果好，但是仍然要高于標(biāo)準(zhǔn)要求?？梢娫诤附与娏髟?9KA，焊接時間在90ms到120ms的范圍內(nèi)，點焊接頭的強(qiáng)度能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，表現(xiàn)出良好的綜合性能，其中點焊接頭的剪切失效形式都是沿著焊核圓周邊撕開，在上下板都留下了尺寸相近的兩個圓孔，如圖35中a所示。對比這幾組接頭的力學(xué)性能，如圖34a所示，可以看出增大電極壓力，點焊接頭的剪切和拉伸強(qiáng)度反而又都有了下降的趨勢，但又大于標(biāo)準(zhǔn)要求而略低于（2）組點焊接頭的剪切和拉伸強(qiáng)度。 （a）剪切斷口形貌 （b）拉伸斷口形貌 圖36 點焊接頭剪切和拉伸失效形式 實驗結(jié)果分析 焊接電流不同對工藝的影響研究表明形成熔核的熱源與電流的平方成正比，而點焊鋁合金的電