【正文】 電極頭端面尺寸過(guò)大時(shí)，會(huì)造成焊接區(qū)電流密度減小且通過(guò)電極的散熱效果增強(qiáng)，均使焊接區(qū)加熱程度減弱，熔核尺寸減小，電極端面尺寸過(guò)小時(shí)不會(huì)影響焊件表面質(zhì)量，也會(huì)因過(guò)熱而降低電極壽命。屬AlMgSi系合金，中等強(qiáng)度，具有良好的塑性和優(yōu)良的耐蝕性?？刂破骼抿?qū)動(dòng)電路給逆變器脈寬驅(qū)動(dòng)信號(hào)和二次恒電流控制在ms范圍之內(nèi)。合格焊點(diǎn)的標(biāo)志是：在撕開(kāi)試樣的一片試片上有圓孔，在另一試片上有圓形的凸臺(tái)，依據(jù)上述檢驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)便可進(jìn)一步對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析。其形貌如圖的35a所示?？梢钥闯龊负藦?qiáng)度和焊核尺寸并沒(méi)有隨焊接時(shí)間的延長(zhǎng)而有所提高，相反接頭的強(qiáng)度和尺寸都有一些下降，沒(méi)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。 （a）1組：I=19KA T=60ms F= (b)2組 I=19KA t=90ms F=（c）7組I=21KA t=120ms F= 圖35 焊核形貌圖 為了研究電極壓力對(duì)點(diǎn)焊接頭性能的影響，根據(jù)（4）（5）組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整焊接參數(shù)分別進(jìn)行（6）（7）組試驗(yàn)，結(jié)果如圖33（a）所示。在此過(guò)程中若電流變大，剩余熱量就越多，溫度場(chǎng)溫度就會(huì)越高，這就會(huì)使熔核組織過(guò)熱，晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，組織也就變得粗大，而且熱影響區(qū)的范圍也會(huì)變寬，其組織也會(huì)粗化，從而使接頭的性能下降。因而接頭的性能也比較好。隨著焊接時(shí)間的增加。并含有較多大尺寸的氣孔，相反（7）組的焊核內(nèi)部組織中氣孔不但數(shù)量相對(duì)較少且尺寸偏小，并且其等軸晶晶粒相對(duì)（2）組也比較細(xì)化，但是由圖411b的（7）組金相照片可以看到該焊核的熱影響區(qū)范圍卻較大，相比（2）組晶粒明顯發(fā)生過(guò)熱長(zhǎng)大，晶界有顯微縮松存在，而且焊核周?chē)哪覆慕M織晶粒也變得粗大，甚至局部有晶界縮松，熱裂紋產(chǎn)生。外部缺陷還包括深壓痕、燒傷、燒穿、邊緣脹裂和外部噴濺等。由于點(diǎn)焊焊接區(qū)加熱集中，溫度梯度大，加熱和冷卻速度快，液態(tài)金屬被包圍在金屬塑性環(huán)和硬金屬環(huán)之中，同時(shí)受著焊接區(qū)金屬形變特點(diǎn)的影響，因此，決定了熔核結(jié)晶過(guò)程的特殊性。產(chǎn)生后將明顯降低動(dòng)載條件下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度，防止縮孔、裂紋產(chǎn)生應(yīng)采取的措施是調(diào)整焊接規(guī)范，增加機(jī)構(gòu)剛度。 表面燒傷、燒穿和噴濺（1）表面燒傷當(dāng)焊件或電極表面不干凈，有污物、氧化皮或其它雜質(zhì)時(shí)，或因存在焊件分流使焊件與電極接觸的局部區(qū)域電流密度高度集中而黃銅化的電極工作面的散熱能力大為降低，造成了局部熔化的燒傷。外部噴濺是指電極與焊件之間熔化金屬溢出的現(xiàn)象。單一的使焊接時(shí)間延長(zhǎng)不會(huì)使焊核尺寸繼續(xù)增加，反而會(huì)使接頭的性能下降，使點(diǎn)焊過(guò)程變得不穩(wěn)定。其代替了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法．在確保試驗(yàn)結(jié)果可靠的基礎(chǔ)上，提高了試驗(yàn)效率。日本著名的統(tǒng)計(jì)學(xué)家田13玄一將正交試驗(yàn)選擇的水平組合列成表格．稱(chēng)為正交表。例如．在兩水平正交表中．任何一列都有數(shù)碼“1”與“2”．且在任何一列中它們出現(xiàn)的次數(shù)相等；在三水平正交表中，任何一列都有“1” “2”、“3”．且在任一列中出現(xiàn)的次數(shù)均相等。對(duì)點(diǎn)焊焊接循環(huán)過(guò)程進(jìn)行分析，找出循環(huán)要素再加以調(diào)整優(yōu)化．從而獲得最佳焊點(diǎn)熔核．見(jiàn)圖51。將制備好的試樣，在不添加材料的情況下用電焊機(jī)進(jìn)行焊接，根據(jù)正交方法得出最佳的焊接規(guī)范。 表44 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案試號(hào) 1 2 3現(xiàn)象壓力（P/MPa）電流（I/A）時(shí)間（t/ms）11（）1（12000）1（80）飛濺少，熔核小21（）2（14000）2（120）飛濺較多，熔核稍好31（）3（16000）3(100)焊穿，飛濺多42（）1（12000）2（120）飛濺較少，熔核小52（）2（14000）3（100）飛濺較少，熔核較好62（）3（16000）1（80）焊穿，飛濺多73（）1（12000）3（100）飛濺少，熔核小83（）2（14000）1（80）飛濺多，熔核稍好93（）3（16000）2（120）焊穿，飛濺很大我們通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案做了以上幾組實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生現(xiàn)象的貫徹得出試樣5最接近最佳焊接參數(shù)。綜上所述．最佳的參數(shù)為水平5，即焊接電流取14000A,焊接時(shí)間取t=100ms，壓力P=。如圖53所示的最佳焊接規(guī)范： 圖43 鋁合金電阻焊最佳焊接參數(shù) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)通過(guò)上述試驗(yàn)可以看出，通過(guò)對(duì)不同焊接參數(shù)下焊點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析可以使工藝人員進(jìn)行工藝編制時(shí)做出理性的判斷。致謝 非常感謝王志偉老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到實(shí)驗(yàn)、寫(xiě)作、修改，到論文定稿他給了我們耐心的指導(dǎo)和無(wú)私的幫助。[7] HAO MO Osman K A. et al. Developments in characterization of resistance spot welding of aluminum [J].Welding Journal 1996, 75(1)。[17] 羅賢星，冀春濤，［J］。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006[14] 孟慶森，[M]。[5]程方杰．鋁合金點(diǎn)焊中的接觸電阻與電機(jī)燒損問(wèn)題的研究[D]．天津：天津大學(xué)，2O02。正交試驗(yàn)的方差分析表明, 在正交試驗(yàn)所考慮的3個(gè)因素（焊接時(shí)間、電極壓力和焊接電流）, 對(duì)點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能均有影響, 焊接電流對(duì)點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能影響最為顯著, 其次是焊接時(shí)間, 電極壓力的影響排在最后；在電極頭端面尺寸為固定尺寸8mm時(shí), 各因素對(duì)點(diǎn)焊工藝性能無(wú)明顯影響, 工藝性能均表現(xiàn)為無(wú)飛濺無(wú)壓痕。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和實(shí)際實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的現(xiàn)象是相吻合的，所以我們得到該實(shí)驗(yàn)得最好的焊接參數(shù)。a．焊接電流對(duì)各指標(biāo)的影響：對(duì)這2個(gè)指標(biāo)，焊接電流的極差都是較大的，也就是說(shuō)焊接電流是影響最大的因素； 同時(shí)，觀察因素焊接電流的2個(gè)水平所對(duì)應(yīng)值可知．各指標(biāo)中均為，的第5個(gè)水平對(duì)應(yīng)的數(shù)值最大，故取第5個(gè)水平為最好。選擇標(biāo)準(zhǔn)的L9（34）正交表安排試驗(yàn), 每種參數(shù)的試驗(yàn)重復(fù)3次, 對(duì)每一試樣進(jìn)行編號(hào)。 圖42 簡(jiǎn)化的焊接循環(huán)1預(yù)壓程序 2焊接程序 3維持程序 4休止程序 a預(yù)壓 b，c通電加熱；d冷卻結(jié)晶 鋁合金電阻點(diǎn)焊的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)選取電阻點(diǎn)焊焊接規(guī)范的正交實(shí)驗(yàn)過(guò)程:采用型號(hào)為L(zhǎng)F2的鋁合金板做成9個(gè)試樣。但由于轎車(chē)車(chē)身點(diǎn)焊的工藝特點(diǎn)．“質(zhì)”的因素導(dǎo)致的缺陷問(wèn)題相對(duì)較少。正交表具有如下性質(zhì)。 正交試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)。合理選擇工藝參數(shù)則是控制焊點(diǎn)質(zhì)量的最主要途徑。 本章小結(jié)本章主要介紹關(guān)于論文中鋁合金點(diǎn)焊試驗(yàn)用到的6061鋁合金材料的成分、狀態(tài)、機(jī)械性能；試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法。（3） 噴濺點(diǎn)焊有內(nèi)部噴濺和外部噴濺。由于它減小熔核的有效直徑，從而降低接頭強(qiáng)度。裂紋是危險(xiǎn)缺陷之一，在一些承力件，尤其承受動(dòng)載荷的重要焊件中，不允許存在。目前大多數(shù)生產(chǎn)單位，仍沿用加強(qiáng)生產(chǎn)小規(guī)范穩(wěn)定性和現(xiàn)場(chǎng)抽檢熔核或焊縫尺寸的低倍(5—20倍)檢驗(yàn)，或用撕破檢驗(yàn)、力學(xué)性能試驗(yàn)。另外，由于是薄板點(diǎn)焊，較大的電極壓力勢(shì)必使表面壓痕加深，造成焊核的厚度減小，也會(huì)在一定程度上使其剪切和拉伸強(qiáng)度下降。而在（7）組的熔核貼合面處氣孔聚集少，尺寸相對(duì)較小且分布比較分散，內(nèi)部組織的柱狀晶區(qū)面積小。當(dāng)焊接時(shí)間過(guò)短時(shí)，不能形成熔核。 焊接時(shí)間不同對(duì)接頭的影響由上文可以看出焊接時(shí)間對(duì)點(diǎn)焊接頭力學(xué)性能的影響和焊接電流相似。 （a）剪切斷口形貌 （b）拉伸斷口形貌 圖36 點(diǎn)焊接頭剪切和拉伸失效形式 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 焊接電流不同對(duì)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(diǎn)焊鋁合金的電流本身是一個(gè)很大的數(shù)值，因此焊接電流對(duì)產(chǎn)熱的影響很大，是一個(gè)必須嚴(yán)格控制的參數(shù)?？梢?jiàn)在焊接電流在19KA，焊接時(shí)間在90ms到120ms的范圍內(nèi)，點(diǎn)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(diǎn)焊接頭的剪切失效形式都是沿著焊核圓周邊撕開(kāi)，在上下板都留下了尺寸相近的兩個(gè)圓孔，如圖35中a所示?？梢?jiàn)焊核已有了充分的長(zhǎng)大，形狀近似橢圓，比較飽滿(mǎn)，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。 表33各種參數(shù)下的點(diǎn)焊焊接接頭性能序號(hào)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(diǎn)接頭力學(xué)性能 首先焊接電流在19KA，通電時(shí)間60s，如表41中（1）焊接參數(shù)所示。在進(jìn)行某厚度鋁合金板的點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)研究時(shí)，首先通過(guò)觀測(cè)焊點(diǎn)的形狀、尺寸、有無(wú)飛濺、焊點(diǎn)表面壓痕，大致選出用于試驗(yàn)鋁合金板的點(diǎn)焊參數(shù)范圍。 試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)采用中頻立式電阻點(diǎn)焊機(jī)（PMP62/220FM）。因此，焊接電流（I）、電極壓力（P）、焊接時(shí)間（t）、這三大要素規(guī)范的合理選擇，是點(diǎn)焊質(zhì)量的關(guān)鍵所在。（3）電極壓力點(diǎn)焊時(shí)電極壓力過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使焊點(diǎn)承載能力降低和分散性變大。實(shí)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(diǎn)焊接頭強(qiáng)度的波動(dòng)和防止焊核內(nèi)部產(chǎn)生缺陷。方法是使用類(lèi)似于點(diǎn)焊機(jī)的專(zhuān)用裝置。鈍化處理后便不會(huì)在去除氧化膜的同時(shí)，造成工件表面的過(guò)分腐蝕。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，微量合金元素對(duì)純鋁焊接過(guò)程中金相組織、缺陷產(chǎn)生、力學(xué)性能等方面的影響，對(duì)于保證其焊接質(zhì)量具有重要的意義。在彎電極難以承受大的定鍛壓力時(shí)，也可以采用在焊接脈沖之后加緩冷脈沖的方法避免裂紋。 (4)控制精度高：鋁合金點(diǎn)焊對(duì)規(guī)范的敏感性要比鋼大，加熱時(shí)問(wèn)稍有變動(dòng)就會(huì)造成飛濺、熔核太小及未焊透等缺陷。鋁焊縫中的氣孔主要是高溫鋁水吸入的氫氣，氫則來(lái)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(shí)，液態(tài)鋁中的氫氣會(huì)大量析出，形成氣泡，從而出現(xiàn)氣孔。焊接時(shí)氧化更加劇烈，一方面妨礙熔池內(nèi)液體金屬的正常流動(dòng)，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(wú)法焊接。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。該時(shí)間使熔核在一定壓力下冷卻凝固至具有足夠強(qiáng)度。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(shí)間。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。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。第二章 鋁合金電阻點(diǎn)焊工藝特點(diǎn)分析 電阻點(diǎn)焊的原理及特點(diǎn) 電阻點(diǎn)焊是在電極壓力的作用下，通過(guò)電阻熱加熱熔化金屬，斷電后在壓力下結(jié)晶而形成焊點(diǎn)的工藝方法。(3)點(diǎn)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(diǎn)焊熔核，使全部為柱狀晶的點(diǎn)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。而主要針對(duì)低碳鋼點(diǎn)焊問(wèn)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(diǎn)焊，尤其是對(duì)工件電極的粘連問(wèn)題和焊點(diǎn)表面成形質(zhì)量差的問(wèn)題更是無(wú)能為力。從理論上說(shuō)，只要破壞了成分，溫度和反應(yīng)時(shí)間中的一個(gè)條件，就可以克服或減弱電極燒損。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(diǎn)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。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。如圖 11 所示熔核噴濺和表面飛濺缺陷。目前鋁合金電阻點(diǎn)焊所存在的問(wèn)題主要有以下幾方面：鋁合金點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。因此，對(duì)鋁合金點(diǎn)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(diǎn)。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