【正文】 而形成較高的接觸電阻，所以在點焊瞬問過強大的焊接電流時，將使接觸面上局部電流密度過大、瞬間熔化，而產(chǎn)生早期飛濺，影響焊件表面質(zhì)量并使電極使用壽命下降，為此在焊前，必須進行表而清理 (3)焊機機頭的隨動性好：鋁合金的塑性區(qū)窄．高溫塑性差，而且熔核凝固時義伴隨著很大的收縮應(yīng)力，容易出現(xiàn)缺陷，因此要求電極壓力應(yīng)具有階形或馬鞍形的變化曲線，這對于防止飛濺、縮孔及裂紋等缺陷是至關(guān)重要的。然而，鋁及鋁合金的焊接過程存在以下問題 ：鋁與氧的親合力大，極易氧化生成致密的Al2O3，氧化膜，其熔點高達2025℃ ，阻礙鋁合金熔合，且氧化鋁比鋁的密度大，容易產(chǎn)生夾渣；由于鋁的熱膨系數(shù)和熱導(dǎo)率大，焊縫收縮量大，對焊接熱輸入要求高，容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力與脹變形，甚至產(chǎn)生裂紋；液態(tài)鋁可吸收大量的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，焊件易產(chǎn)生大量氣孔；鋁在高溫時的強度、塑性低，焊接時不能支持熔池金屬重力而易使焊縫塌陷；鋁中的微量元素，如Si，F(xiàn)e等以及焊接過程中產(chǎn)生的H對焊接質(zhì)量也有很大影響。最常用的鈍化劑是重鉻酸鉀和重鉻酸鈉。是為了焊核中經(jīng)常產(chǎn)生的縮孔和裂紋。點焊時，各規(guī)范參數(shù)的影響相互制約，當電極材料、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)，它們是形成點焊接頭質(zhì)量的三大要素。 試驗方法鋁合金電阻點焊接頭常溫抗剪試驗按照GB/T 26511989標準制備試樣，尺寸為100mm25mm。其結(jié)果如34a所示焊核形貌如圖35的（b）所示。如圖36b所示，可見在焊接電流21KA，焊接時間120ms，點焊接頭的低周疲勞性能更好一些。焊接時，由于溫度場的建立要有一個過程，在規(guī)定的焊接時間內(nèi)，焊接區(qū)析出的熱量除部分散失外，將逐漸積累，用以加熱焊接區(qū)，使熔核逐漸擴大到所要求的尺寸。但是由于焊核熱影響區(qū)和周圍母材晶粒受熱長大而粗化，晶界產(chǎn)生了縮松和熱裂等缺陷，因而焊核的剪切和拉伸強度會下降。（2）裂紋點焊裂紋有熔核內(nèi)部裂紋、結(jié)合線裂紋、熱影響區(qū)裂紋和表面裂紋等。燒穿直接破壞了焊件的完整性和表面質(zhì)量，影響接頭的力學(xué)性能和使用特性。但其焊接性較差，且對焊接形成挑戰(zhàn)的原因主要是：缺乏工藝標準，從而導(dǎo)致大量的質(zhì)量問題。因而正交試驗設(shè)計在很多領(lǐng)域的研究中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。如圖41和42所示：圖 41 點焊焊接循環(huán)l一預(yù)壓程序；2一熱量遞增程序；3一加熱1程序；4_一冷卻l程序；5加熱2程序；6冷卻2程序；7一加熱；8一熱量遞減程序；9一維持程序；lO—休止程序；Fpr一預(yù)壓壓力；Ff0—鍛壓力； I1預(yù)熱電流； I2一焊接電流；I3一熱處理電流；t焊接時間； FW一焊接壓力. Fpr=(～)FW, Ff0=(2～3) FW, I1=(0．25～0，5)，I2= (0．5～O．7)I。從表41可知．每一個因素對各指標的影響如下。通過正交試驗法, 采取L9（34）正交表對鋁合金板材在點焊機上進行點焊工藝參數(shù)的優(yōu)化試驗, 通過極差分析, 得出點焊最佳工藝參數(shù)（即焊接時間為100ms ,電極壓力為1450N, 焊接電流為14kA）,并經(jīng)工藝驗證試驗證明, 試驗結(jié)果與預(yù)測的最佳工藝參數(shù)相吻合, 拉伸試件斷裂于基體鋁合金板。[12] 曹海鵬，趙熹華， 北京：機械工業(yè)出版社，2008[13] 李亞江，劉強，[M]。[8] 白鋼，張勇，楊思乾，點焊熔核尺寸與工藝參數(shù)關(guān)系的模型化處理[J]，機械科學(xué)與技術(shù)，2004，第23卷，第5期，570571。能獲得理論的加工優(yōu)化參數(shù)，有利于加工設(shè)計的進行。 實驗數(shù)據(jù)分析 我們采用正交試驗設(shè)計對試驗數(shù)據(jù)進行分析。正交試驗設(shè)計方法把影響參數(shù)分為2類。正交表是一整套規(guī)則的設(shè)計表格．用Ln(tc)表示，其中L為正交表的代號：幾為試驗的次數(shù)；f為水平數(shù)：c為列數(shù)，即可能安排最多的因素個數(shù)。較大的電極壓力能起到使焊核內(nèi)部組織晶粒細化，氣孔的尺寸核數(shù)量減少的作用，進而提高點焊接頭的疲勞壽命。燒傷的特征是焊件表面的局部熔化痕跡，并伴有銅電極的粘附。當規(guī)范參數(shù)選擇不當，外界其它條件發(fā)生變化時易產(chǎn)生縮孔、裂紋和結(jié)合線伸入等缺陷。 （a）2組 （b） 7組 （c） （d） 圖49 焊核金相組織圖研究表明電極壓力對電極間的總電阻R及產(chǎn)熱有明顯的影響，電極壓力過大或是過小都會使焊點承載能力降低和分散性變大，尤其對拉伸載荷影響更甚。擔(dān)當時間延長到120ms時則產(chǎn)生了過多的熱量，引起焊核組織，熱影響區(qū)過熱及焊核周邊母材過燒，使接頭性能反而下降?？梢姾负说某叽缬钟辛碎L大，相比（2），（4），（5）組點焊接頭尺寸又了明顯的提高，但是跟（2）組的接頭尺寸相比，發(fā)現(xiàn)焊核的縱向厚度減小，呈現(xiàn)扁平的橢圓狀，且熔合線外的熱影響區(qū)范圍大，如圖35c所示。依據(jù)我國對對鋁合金電阻點焊和焊縫質(zhì)量檢測標準HB52761984，可查得鋁合金板在T4狀態(tài)下，(，)，此時該接頭尺寸達到標準要求而抗剪強度要小于該標準要求。 與傳統(tǒng)的電焊機相比，中頻逆變點焊機可以實現(xiàn)大電流，短時間，精確控制點焊循環(huán)的過程。點焊時，各規(guī)范參數(shù)的影響相互制約。對于導(dǎo)電性更好的3A25A02鋁合金以及燒結(jié)鋁類的材料，R不得超過28～40uΩ。剛清理過的表面上會很快被氧化，形成氧化鋁薄膜。清理不均勻則將引起焊點強度不穩(wěn)定—[4]。此外鋁的焊接過程中，易產(chǎn)生焊接變形，主要原因是線膨脹系數(shù)大。在航空航天工業(yè)中，多用于連接飛機，發(fā)動機，火箭，導(dǎo)彈中由合金鋼，不銹鋼，鋁合金，等材料制成的部件。 點焊的焊接循環(huán)電阻點焊過程中，焊接循環(huán)由4個基本階段組成:（1）預(yù)壓時間——自電極開始下降到焊接電流開始接通的時間。 在通電加熱過程中有兩種情況可能引起飛濺：一種是開始時電極預(yù)壓力過小，熔化核心周圍未形成塑性金屬環(huán)熱向外飛濺；另一種是加熱結(jié)束時，因加熱時間過長，熔化核心過大，在電極壓力下，塑性金屬環(huán)發(fā)生崩潰，熔化金屬從焊件之間或焊件表面溢出。(4)隨機多脈沖回火熱處理點焊工藝方法可解決焊接性較差的可淬硬鋼的接頭脆性和焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，其工藝特點為：增大電極壓力（），調(diào)制焊接電流脈沖（即使用熱量遞增控制以減輕或避免內(nèi)噴濺）以防止點焊接頭宏觀缺陷（縮孔、縮松、熱裂）的產(chǎn)生；隨機多脈沖回火熱處理（回火脈沖次數(shù)n≥3），以防止點焊接頭顯微組織缺陷（硬脆馬氏體、過燒組織）的處理，以及準確控制點焊接頭組織及其分布特征，使接頭高應(yīng)力區(qū)獲得完全回火處理。從室溫到熔化溫度電阻率的變化幅度僅為3倍左右。鋁合金點焊對各種因素的變化非常敏感，因此連續(xù)點焊中熔核直徑波動較大。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)范進行焊接。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。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、電力消耗嚴重、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定及需要進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)。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)進步程度的重要標志—[1]。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)模化和連續(xù)化生產(chǎn)。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。電極工件表面上的局部熔化，飛濺及電極與工件的粘連，嚴重破壞了電極表面的連續(xù)性。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。(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化。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。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。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。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。常用的機械清理方法有噴砂、噴丸、拋光以及用砂布或鋼絲刷等。方法是使用類似于點焊機的專用裝置。（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。 試驗設(shè)備試驗采用中頻立式電阻點焊機（PMP62/220FM）。 表33各種參數(shù)下的點焊焊接接頭性能序號焊核直徑mm剪切強度KN正拉強度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?？梢娫诤附与娏髟?9KA，焊接時間在90ms到120ms的范圍內(nèi)，點焊接頭的強度能達到標準的要求，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。 焊接時間不同對接頭的影響由上文可以看出焊接時間對點焊接頭力學(xué)性能的影響和焊接電流相似。而在（7）組的熔核貼合面處氣孔聚集少，尺寸相對較小且分布比較分散，內(nèi)部組織的柱狀晶區(qū)面積小。目前大多數(shù)生產(chǎn)單位，仍沿用加強生產(chǎn)小規(guī)范穩(wěn)定性和現(xiàn)場抽檢熔核或焊縫尺寸的低倍(5—20倍)檢驗，或用撕破檢驗、力學(xué)性能試驗。由于它減小熔核的有效直徑，從而降低接頭強度。 本章小結(jié)本章主要介紹關(guān)于論文中鋁合金點焊試驗用到的6061鋁合金材料的成分、狀態(tài)、機械性能；試驗設(shè)備及試驗方法。 正交試驗的理論基礎(chǔ)正交試驗設(shè)計是研究多因素多水平的一種設(shè)計方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散，齊整可比”的特點。但由于轎車車身點焊的工藝特點．“質(zhì)”的因素導(dǎo)致的缺陷問題相對較少。選擇標準的L9（34）正交表安排試驗, 每種參數(shù)的試驗重復(fù)3次, 對每一試樣進行編號。實驗數(shù)據(jù)分析和實際實驗所產(chǎn)生的現(xiàn)象是相吻合的，所以我們得到該實驗得最好的焊接參數(shù)。[5]程方杰．鋁合金點焊中的接觸電阻與電機燒損問題的研究[D]．天津：天津大學(xué)，2O02。[17] 羅賢星，冀春濤，［J］。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)計階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到實驗、寫作、修改，到論文定稿他給了我們耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。綜上所述．最佳的參數(shù)為水平5，即焊接電流取14000A,焊接時間取t=100ms，壓力P=。將制備好的試樣，在不添加材料的情況下用電焊機進行焊接，根據(jù)正交方法得出最佳的焊接規(guī)范。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。其代替了傳統(tǒng)的經(jīng)驗法．在確保試驗結(jié)果可靠的基礎(chǔ)上，提高了試驗效率。外部噴濺是指電極與焊件之間熔化金屬溢出的現(xiàn)象。產(chǎn)生后將明顯降低動載條件下構(gòu)件的疲勞強度，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，增加機構(gòu)剛度。外部缺陷還包括深壓痕、燒傷、燒穿、邊緣脹裂和外部噴濺等。隨著焊接時間的增加。在此過程中若電流變大，剩余熱量就越多，溫度場溫度就會越高，這就會使熔核組織過熱，晶粒進一步長大，組織也就變得粗大，而且熱影響區(qū)的范圍也會變寬，其組織也會粗化，從而使接頭的性能下降?？梢钥闯龊负藦姸群秃负顺叽绮]有隨焊接時間的延長而有所提高，相反接頭的強度和尺寸都有一些下降，沒有（2）組參數(shù)得到的效果好，但是仍然要高于標準要求。合格焊點的標志是：在撕開試樣的一片試片上有圓孔，在另一試片上有圓形的凸臺，依據(jù)上述檢驗結(jié)果，試驗便可進一步對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，并對點焊接頭的力學(xué)性能進行對比分析。屬AlMgSi系合金，中等強度，具有良好的塑性和優(yōu)良的耐蝕性。點焊主要規(guī)范參數(shù)有：焊接電流、焊接時間、電極壓力和電極端面尺寸。這樣清理之后的工件，可以在焊前保持72h。為