【正文】 。[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]。[11]翼春濤，羅賢星 鋁合金電阻點(diǎn)焊電機(jī)壽命及其表面特征分析。[9] H. Zhang and J. Senkara: ‘Resistance WeldingFundamentals and Applications’, 2006, Taylor and Francis, Florida, USA。[7] HAO MO Osman K A. et al. Developments in characterization of resistance spot welding of aluminum [J].Welding Journal 1996, 75(1)。[5]程方杰．鋁合金點(diǎn)焊中的接觸電阻與電機(jī)燒損問題的研究[D]．天津：天津大學(xué)，2O02。[2]馬迎兵，羅震，羅寶發(fā)等 鋁合金電阻點(diǎn)焊中微量合金元素的作用 天津大學(xué)。同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。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。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)焊工藝性能無明顯影響, 工藝性能均表現(xiàn)為無飛濺無壓痕。 本章小結(jié)本章主要介紹了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，合理選取了焊接電流、電極壓力、焊接時(shí)間三因素，選用L9（34）正交表進(jìn)行了正交試驗(yàn)。(2)對(duì)易發(fā)生焊接質(zhì)量工位的焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化可以減少焊接缺陷的發(fā)生。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)通過上述試驗(yàn)可以看出，通過對(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。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)。綜上述數(shù)據(jù)分析可以看出，電流對(duì)焊接質(zhì)量的影響最大，其次是焊接時(shí)間，再次是壓力。可以繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。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=。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。極差越大，說明這個(gè)因素的水平改變時(shí)對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響越大)。見表53。 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)。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)。選擇電流，時(shí)間，氣壓三個(gè)因素，這樣先處略取這三個(gè)因素的三個(gè)水平：如表43所示： 表43 焊接規(guī)范因素電流（I/A）時(shí)間（t/ms）壓力（P/MPa）一水平1200080二水平14000100三水平16000120正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。實(shí)踐和壓力的組合。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。 圖42 簡化的焊接循環(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)過程:采用型號(hào)為LF2的鋁合金板做成9個(gè)試樣。根將一些不可控或者不宜控制的噪聲參數(shù)去除，如預(yù)壓力、鍛壓力、預(yù)熱電流、熱處理電流等。a．控制參數(shù)：可以控制的參數(shù) 即設(shè)計(jì)參數(shù)，可以確定它們的名義值。對(duì)點(diǎn)焊焊接循環(huán)過程進(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．見圖51。但由于轎車車身點(diǎn)焊的工藝特點(diǎn)．“質(zhì)”的因素導(dǎo)致的缺陷問題相對(duì)較少。對(duì)焊點(diǎn)的質(zhì)量要求首先體現(xiàn)在點(diǎn)焊接頭要具有一定的強(qiáng)度，而強(qiáng)度主要取決于熔核尺寸(熔核直徑和焊透率)，熔核質(zhì)量及其周圍熱影響區(qū)的金屬顯微組織及缺陷情況。如表1中的(1． 1)、 (1 2) (2 1)、 (2，2)，它們各出現(xiàn)一次。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。正交表具有如下性質(zhì)。若按L9(33)正交表安排試驗(yàn)．只需作9次；按L18(34)正交表則需作18次試驗(yàn)，顯然大大減少了工作量。見表1。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．稱為正交表。 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)。無論在提高定型產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)量，研究新工藝，以及改進(jìn)技術(shù)性能和改進(jìn)技術(shù)管理等方面。 點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化的理論基礎(chǔ) 正交實(shí)驗(yàn)法的基本思路 正交實(shí)驗(yàn)法師一種安排多因素試驗(yàn)的教學(xué)方法，他是從大量的生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)踐中總結(jié)出來的。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。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。第四章 鋁合金電阻焊的加工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 引言通過上幾章對(duì)鋁合金特性的分析，我們知道鋁合金的化學(xué)活性很強(qiáng)，表面極易形成氧化膜，且多具有難熔性質(zhì)，加之鋁及其合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時(shí)容易造成不熔合現(xiàn)象。最后，分析了焊接過程中常見缺陷的表現(xiàn)及產(chǎn)生的原因。單一的使焊接時(shí)間延長不會(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)焊過程變得不穩(wěn)定。 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。（2）晶間腐蝕焊點(diǎn)的晶間腐蝕是不銹鋼、耐熱鋼等材料在點(diǎn)焊時(shí)應(yīng)予注意的一種腐蝕現(xiàn)象。 過燒和晶間腐蝕（1）過燒在不當(dāng)?shù)狞c(diǎn)焊熱量循環(huán)作用下，熔核附近的區(qū)域因加熱溫度過高、高溫停留時(shí)間過長，使該區(qū)域內(nèi)晶界上的低熔點(diǎn)相熔化，尤其晶界三角區(qū)熔化或表層晶界因氧的侵入而生成氧化物，在冷卻后形成晶角三角區(qū)的空間洞或出現(xiàn)網(wǎng)狀晶界氧化或出現(xiàn)龜裂。外部噴濺是指電極與焊件之間熔化金屬溢出的現(xiàn)象。（3） 噴濺點(diǎn)焊有內(nèi)部噴濺和外部噴濺。 （2）燒穿燒穿是一種嚴(yán)重的缺陷，它是由于焊件與焊件之間或焊件與電極之間存在絕緣物質(zhì)，而絕緣物不致密，導(dǎo)致局部導(dǎo)電，電流密度過大，造成焊件燒毀，形成穿透的空洞，或者由于噴濺或燒傷嚴(yán)重發(fā)展，也形成穿透性的空洞。對(duì)包鋁的、鋁合金焊件則表現(xiàn)為焊點(diǎn)表面發(fā)黑，破壞了包鋁層。 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。由于它減小熔核的有效直徑，從而降低接頭強(qiáng)度。結(jié)合線伸入多在鋁合金、鐵基或鎳基高溫合金等材料點(diǎn)焊時(shí)出現(xiàn)。且不準(zhǔn)存在于熔核邊緣，更不準(zhǔn)發(fā)展到焊點(diǎn)表面。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。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?？s孔產(chǎn)生原因有：1）焊件表面有銹蝕或涂層；2）焊接時(shí)間過長；3）電極壓力不足；4）未能及時(shí)施加鍛壓力。（1）縮孔縮孔是在高溫合金、鋁合金或厚板點(diǎn)焊時(shí)常見的一種缺陷。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)晶過程的特殊性。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)。因此對(duì)該種缺陷應(yīng)有準(zhǔn)確而簡單的無損檢驗(yàn)方法，并從根本上消除未熔合現(xiàn)象。 未熔合與未完全熔合未熔合與未完全熔合為點(diǎn)焊接頭貼合面未熔化、呈塑性連接，或貼合面處的熔核尺寸小于規(guī)定值或形成環(huán)狀熔核，使接頭結(jié)合強(qiáng)度不能達(dá)到應(yīng)有規(guī)定值的焊接區(qū)的總稱。外部缺陷還包括深壓痕、燒傷、燒穿、邊緣脹裂和外部噴濺等。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。而由上述的焊核組織可以看出鋁合金點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能與焊核組織的缺陷密切相關(guān)，（7）組參數(shù)中采用較大的焊接壓力使熔核內(nèi)部組織變得細(xì)化致密，氣孔和縮松的尺寸減少，因而會(huì)使接頭的疲勞壽命明現(xiàn)年提高。電極壓力過大時(shí)將使焊接區(qū)接觸面積增大，總電阻和電流密度均減小，焊接散熱增加，因此會(huì)造成熔核尺寸下降，所以在改變電極壓力時(shí)，必須相應(yīng)調(diào)節(jié)I,t使之搭配合適，以適應(yīng)不同加熱速度及滿足不同塑性變形能力的要求。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)生過熱長大，晶界有顯微縮松存在，而且焊核周圍的母材組織晶粒也變得粗大，甚至局部有晶界縮松，熱裂紋產(chǎn)生。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。熔核的生長是從溶合線處開始以柱狀晶方式向內(nèi)部推進(jìn)且面積比較大，而內(nèi)部則是由各向異性的等軸晶生長組成。當(dāng)熔核尺寸擴(kuò)大到一定值以后，由于接觸面積的增加，工件內(nèi)部電阻及電流密度降低，散熱增強(qiáng)，熔核擴(kuò)散速度減慢，最終達(dá)到熔核尺寸的飽和值。隨著焊接時(shí)間的增加。當(dāng)焊接時(shí)間過短時(shí)，不能形成熔核。因而其接頭的各方面性能比較好，尤其是疲勞性能遠(yuǎn)大于其它的四組。另外可以看出鋁合金的點(diǎn)焊過程是不穩(wěn)定的，二者在一定范圍內(nèi)必須相互協(xié)調(diào)互為補(bǔ)充，才能獲得好的接頭質(zhì)量。因而接頭的性能也比較好。 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。隨著焊接電流的增大，焊點(diǎn)的加熱強(qiáng)度增加，熔核尺寸迅速擴(kuò)大，當(dāng)熔核尺寸增大到一定值時(shí)，由于電極與工件、工件與工件之間的接觸面積增大，焊接區(qū)電流密度減小，散熱增強(qiáng)，致使焊接區(qū)加熱速度變緩，熔核直徑與焊透率的上升減小，電流過大時(shí)，焊件加熱過快，但焊接電流過大時(shí)加熱過于強(qiáng)烈，熔核擴(kuò)展速度大于塑性環(huán)擴(kuò)展速度時(shí)，這時(shí)熔核液態(tài)金屬在電極壓力作用下擠出焊接區(qū)形成噴霧，使焊點(diǎn)強(qiáng)度下降。如圖38所示為（5）組參數(shù)點(diǎn)焊接頭有飛濺產(chǎn)生。在此過程中若電流變大，剩余熱量就越多，溫度場(chǎng)溫度就會(huì)越高，這就會(huì)使熔核組織過熱，晶粒進(jìn)一步長大，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。 （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)。這兩組試片接頭的剪切和拉伸失效形式與（2）組接頭失效形式類似，但其疲勞失效形式則是沿著大于焊核邊界的地方撕裂，形成了明顯大于（2）組接頭疲勞失效形式的孔。對(duì)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(diǎn)焊接頭的剪切和拉伸強(qiáng)度反而又都有了下降的趨勢(shì)，但又大于標(biāo)準(zhǔn)要求而略低于（2）組點(diǎn)焊接頭的剪切和拉伸強(qiáng)度。 （a）1組：I=19KA T=60ms F= (b)2