【正文】 有良好的耐腐蝕能力。常溫加工，即容易塑性加工，因?yàn)?不必表面處理，所以簡(jiǎn)便、維護(hù)簡(jiǎn)單、清潔、光潔度高、焊接性能好。 表 不銹鋼品質(zhì)特性 代表鋼種 STS304 STS430 STS410 熱處理 固溶化熱處理 退火 退火后急冷 硬度性 加工硬化性 微量硬化性 小量硬化性 主要用途 建筑物內(nèi)外裝飾，廚房用具，化學(xué)刻度，航空機(jī)器 建筑材料，汽車零件，加用電器，廚房器具，飯盒等 釬、刀機(jī)器零部件，醫(yī)院用具，手術(shù)用具 耐腐蝕性高 高 高 —— 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 點(diǎn) 焊工藝參數(shù) 選擇 影響點(diǎn)焊的工藝參數(shù)包括 ： （ 1） 電極 頭端面 的 直徑 D 或 R 電極頭是指點(diǎn)焊時(shí)與焊件表面相接觸時(shí)的電極端頭部分。電極頭端面尺寸增大時(shí)，由于接觸面積增大，電流密度減小、散熱效果增強(qiáng)，均使焊接區(qū)加熱程度減弱，因而融核尺寸減小，使焊點(diǎn)承載能力降低（圖 22）。焊接電流是最主要的焊接參數(shù)。 （ 3） 焊接時(shí)間 t 自焊接電流流通到停止的持續(xù)時(shí)間，稱為焊接時(shí)間。焊接時(shí)間對(duì)接頭力學(xué)性能的影響與焊接電流相似。 圖圖 21 常用電極頭結(jié)構(gòu) 圖 22 拉剪載荷與電極頭 端面直徑 D 關(guān)系 圖 電極頭結(jié)構(gòu) D/mm 圖 22 接頭拉剪載荷與電極頭端面直徑 D 關(guān)系 圖 23 接頭拉剪載荷與焊接電流的一般關(guān)系 1板厚 以上 2板厚 以下 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 2）焊接時(shí)間對(duì)接頭塑性指標(biāo)影響較大，尤其對(duì)承受動(dòng)載荷或有脆硬傾向的材料（可淬硬鋼、鋁合金等），較長(zhǎng)的焊接時(shí)間將產(chǎn)生較大的不良影響。圖24 表明電極壓力過大或過小都會(huì)使焊點(diǎn)承載能力降低和分散性變大，尤其對(duì)拉伸載荷影響更大。這不僅使熔核形狀和尺寸發(fā)生變化，而且污染環(huán)境和不安全，這是絕對(duì)不允許的。一般認(rèn)為，在增大電極壓力的同時(shí)，適當(dāng)增加焊接電流和焊接時(shí)間，以維持焊接區(qū)加熱程度不變 。此時(shí)，不僅使焊點(diǎn)強(qiáng)度維持不變，穩(wěn)定性亦可大為提高 [9]。在進(jìn)行焊接之前，為得到良好好的表面狀態(tài)，統(tǒng)一用丙酮清洗工件表面以去除油污。焊機(jī)上安裝的電極是進(jìn)行了時(shí)效處理的標(biāo)準(zhǔn)銅 鉻合 金（ %Cr）球面電極，其電極頭端面直徑為 20mm、球面半徑為 100mm、硬度為 130HV。清理方法分機(jī)械清理和化學(xué)清理兩種。 不銹鋼電阻焊時(shí)，保持工件表面的高度清潔十 分重要，因?yàn)橛?、塵土、油漆的存在，能增加硫脆化的可能，從而使接頭產(chǎn)生缺陷。對(duì)于特別重要的工件，有時(shí)用電解拋光，但這種方法復(fù)雜而且生產(chǎn)率低。 表 不銹鋼化學(xué)腐蝕液 金屬 腐蝕用溶液 中和用溶液 R 允許值 /μΩ 不銹鋼 在 水中硫酸110g、鹽酸 130g、硝酸 10g 溫度 50～70℃ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%的蘇打溶液，溫度 20～25℃ 1000 點(diǎn)焊 方案 本實(shí)驗(yàn)通過控制變量的方法控制其中幾個(gè)工藝參數(shù) 一定， 只允許存在單一變量 的條件下 然后進(jìn)行 點(diǎn)焊 實(shí)驗(yàn) 。然后 根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上并參考相關(guān)資料文獻(xiàn)， 通過 分析函數(shù)圖象，從而 確定最合適的焊接參數(shù)，最終達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹D 26 為點(diǎn)焊接頭顯微硬度測(cè)試示意圖，每個(gè)點(diǎn)焊接頭沿試樣對(duì)角線方向打 49 個(gè)點(diǎn) ， 點(diǎn)間距為 ，依次記錄各點(diǎn)的顯微硬度值。在進(jìn)行拉剪試驗(yàn)時(shí)，需要在試樣的夾持部分補(bǔ)加和試樣等厚的墊片，以避免因兩板疊加而產(chǎn)生的附加力矩，如圖 27 所示。 圖 27 點(diǎn)焊接頭剪切試驗(yàn)示意圖 （ 3） 微觀分析 焊接完成后，沿著熔核中心方向垂直于試樣表面將點(diǎn)焊接頭切開作為金相試樣。采用 XJG05 大型體式顯微鏡分析焊接參數(shù) (焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力 )對(duì)熔核尺寸的影響，熔核直徑取在相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行焊接的三個(gè)接頭的平均值 ； 采用 JSM5310 型掃描電鏡對(duì)點(diǎn)焊接頭的組織及成分進(jìn)行分析。 焊接電流的確定 焊接電流對(duì)焊點(diǎn)品質(zhì)的影響 電阻焊的熱源是電 流通過焊接區(qū)產(chǎn)生的電阻熱。 由式（ 31）可 見，焊接電流是影響析熱的主要因素，析熱量 W 與電流的平方成正比。低于下限能量不能形成熔核，高于上限，加熱速度過快會(huì)產(chǎn)生飛濺使焊點(diǎn)質(zhì)量降低。隨著焊接電流的增大，熔核直徑與焊透率均隨之增大，當(dāng)熔核尺寸增大到一定值后，由于電極 —焊件和焊件 —焊件間接觸面積增大，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率減小。但必須指出，產(chǎn)生飛濺的焊接電流上限值是隨電極力的增大而增大。 焊接電流對(duì)剪切強(qiáng)度的影響 對(duì)在 焊接時(shí)間為 7 周波，電極壓力為 4000N，焊接電流分別為 48KA 時(shí)，對(duì) 304 不銹鋼（ ）鋼板進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn)，經(jīng)過點(diǎn)焊進(jìn)行 焊接接頭拉剪強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果如圖 31 所示： 在焊接時(shí)間 T=7 周波時(shí)，點(diǎn)焊接頭的剪切力大小隨著焊接電流的增大而增大，當(dāng)焊 接電流升高至 6KA 后，剪切力隨著焊接電流的增大反而明顯減小。 圖 32 焊接電流對(duì)接頭拉剪力的影響 所以，在電極壓力為 4000N、焊接時(shí) 間為 7 周波的條件下， 304 不銹鋼點(diǎn)焊接頭性能最好的焊接電流為 6000A。由圖可見，焊接電流對(duì)熔核尺寸影響很大，當(dāng)焊接電流從 4 kA 增大到 6kA 時(shí)，熔核直徑由 mm 增大到 即隨著焊接電流的增大，點(diǎn)焊熔核尺寸增加，這是由于焊接過程中熱輸入不斷增加的緣故?？梢钥闯?，焊接電流對(duì) 304 不銹鋼 點(diǎn)焊接頭強(qiáng)度和熔核尺寸影響顯著。本試驗(yàn)中，接頭拉剪力在焊接電流為 6000A 時(shí)達(dá)到最大，最大值為 9365N。 研究表明，熔核直徑對(duì)點(diǎn)焊拉剪力影響很大，當(dāng)焊接電流很小時(shí)，焊接熱輸入就會(huì)很少，點(diǎn)焊工件焊點(diǎn)處加熱不充分，點(diǎn)焊熔核內(nèi)部熔化的金屬液體也就比較少，這直接導(dǎo)致了焊點(diǎn)熔核直徑比較小，甚至達(dá)不到相應(yīng)的最小焊接熔核直徑要求。但當(dāng)焊接電流過大時(shí)，電流密度很大，若此時(shí)熔核直徑擴(kuò)大的速度大大超過塑性環(huán)擴(kuò)大的速度，就會(huì)在焊點(diǎn)處發(fā)生強(qiáng)烈的 ―禮花狀 ‖飛濺。焊點(diǎn)處的飛濺使得焊接接頭的壓痕深度增大，這也導(dǎo)致了熔核內(nèi)部裂紋缺陷的產(chǎn)生。 因此在提高點(diǎn)焊力學(xué)性能的前提下進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)時(shí) ，應(yīng)該盡力避免飛濺的發(fā)生，選擇剛好低于飛濺點(diǎn)的焊接電流值最為合適，本試驗(yàn)中最佳電流為 6000A。從點(diǎn)焊熔核中心開始，青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)論文 19 沿與試樣平行方向向兩側(cè)母材同時(shí)進(jìn)行顯微硬度測(cè)試 (加載 1Kg，加載時(shí)間 10s)，依次按照熔核區(qū)、熱影響區(qū) (HAZ)和母材區(qū)的順序記數(shù)。在相同母材、焊接時(shí)間和電極壓力的前提下，焊接電流不同，點(diǎn)焊接頭顯微硬度相差很大。如圖 34 中三種焊接電流下點(diǎn)焊熔核的顯微組織所示，隨著焊接電流的增大，晶粒粗化越來越明顯，這是導(dǎo)致熔核區(qū)顯微硬度越來越低的原因。點(diǎn)焊熔核區(qū)由于硬度比較低，故塑 性相對(duì)較好，焊接殘余應(yīng)力比較小。試驗(yàn)結(jié)果表明 ： 焊接電流對(duì) 304 不銹鋼點(diǎn)焊接頭的顯微硬度影響顯著。 焊接時(shí)間對(duì)熔核尺寸的及街頭性能的影響與焊接電流的影響基本類似 ，只是增減速度有所區(qū)別。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)論文 20 焊接時(shí)間對(duì)剪切強(qiáng)度的影響 焊接時(shí)間對(duì)點(diǎn)焊接頭剪切力的影響類似于焊接電流。焊接時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)引起點(diǎn)焊試件表面過熱、壓痕過深等缺陷，降低點(diǎn)焊試件表面質(zhì)量的同時(shí)也影響接頭性能。 圖 35 焊接時(shí)間對(duì)接頭拉剪力的影響 焊接時(shí)間對(duì)熔核尺寸的影響 圖 36 為焊接時(shí)間對(duì)點(diǎn)焊熔核尺寸的影響規(guī)律。當(dāng)焊接時(shí)間從 5cyc 增大到 7cyc 時(shí)，熔核直徑由 增大到 。 圖 36 焊接時(shí)間對(duì)熔核尺寸的影響 圖 35 和圖 36 為焊接時(shí)間對(duì)拉剪力和熔核直徑的影響規(guī)律。熔核直徑持續(xù)增大。焊接時(shí)間比較短時(shí)，焊點(diǎn)的熔核直徑是影響接頭強(qiáng)度的主要因素。焊接時(shí) 間繼續(xù)延長(zhǎng)，熔核直徑仍隨著焊接時(shí)間的增加而增大，但是由于此時(shí)焊接熱輸入增多，導(dǎo)致焊點(diǎn)熔核組織粗化，這也是此階段內(nèi)拉剪力增加并不十分明顯的原因。由于焊接時(shí)間太長(zhǎng)既沒必要又會(huì)增加生產(chǎn)成本，所以 7cyc 是相對(duì)合理且經(jīng)濟(jì)的選擇。試 驗(yàn)結(jié)果表明 ： 焊接時(shí)間對(duì) 304 不銹鋼點(diǎn)焊接頭的顯微硬度具有顯著的影響。由圖可見，兩側(cè)的焊接熱影響區(qū)的硬度最高 ，中間熔核區(qū)的硬度略低于熱影區(qū)的硬度，而熱影響區(qū)向外兩側(cè)的母材區(qū)的硬度則比熱影響區(qū)的硬度低很多，并且隨著到熔核中心的距離的增加，硬度逐漸減小，最后基本保持不變，基本剛剛為熱影響區(qū)硬度的一半。 圖 37 焊接時(shí)間對(duì)點(diǎn)焊熔核顯微硬度的影響 試樣焊接接頭顯微組織分析 點(diǎn)焊結(jié)晶形態(tài) 見圖 38 所示。晶粒與母材相聯(lián)生，較熔核區(qū)增大，沒有柱狀晶，與熔核區(qū)過渡較明顯。母材有明顯的軋制痕跡，在基體上分布為條狀，見圖 39。 熔核中的晶粒與熱影響區(qū)中的晶粒是相連接的，因?yàn)椴讳P鋼冷卻過程中，結(jié)晶從溫度較低、散熱條件好、首先達(dá)到結(jié)晶溫度的熔核周邊半熔化區(qū)開始，即以表面能 最低的半熔化晶粒表面作為現(xiàn)成的晶核表面，進(jìn)行非自發(fā) 形 核長(zhǎng)大。 在電 流 作用 下接頭熱影響區(qū)晶粒都較熔核區(qū)粗大。在拉伸載荷作用下，由于此處塑性協(xié)調(diào)性差，導(dǎo)致斷裂多發(fā)生在熱影響區(qū)，如圖 310。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)論文 23 圖 310 熱影響區(qū)結(jié)晶形態(tài)（ 640） 圖 311 熔核區(qū)結(jié)晶形態(tài)（ 640） 斷口分析 斷口形貌 點(diǎn)焊不銹鋼斷口形貌如圖 312。在不銹鋼點(diǎn)焊焊接接頭中沒有柱狀 晶區(qū)，所以斷裂多發(fā)生在熔核區(qū)與母材的過渡區(qū)，即熔合線。 縮孔 在點(diǎn)焊熔核中心很容易產(chǎn)生縮孔缺陷 。根據(jù)金屬凝固理論可知，當(dāng)溫度下降到液相線溫度時(shí)，液態(tài)金屬開始形核，并且優(yōu)先選擇依附于未熔化的母材晶粒，以柱狀晶的形式聯(lián)生生長(zhǎng)，此時(shí)未熔化的母材固體表面與待凝固的液態(tài)金屬緊密接觸。熔核內(nèi)部還未凝固的液態(tài)金屬因溫度下降自 然會(huì)產(chǎn)生液態(tài)收縮，同時(shí)還要青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 補(bǔ)充凝固收縮，體積必然縮小。點(diǎn)焊接頭冷卻相當(dāng)快，且熔核又有塑性環(huán)的保護(hù)，此種情況下熔核中剩余的液態(tài)金屬就非常較少。 此外， 304 不銹鋼點(diǎn)焊過程中的飛濺也會(huì)直接導(dǎo)致縮孔的形成，故應(yīng)該在焊前對(duì)工件表面進(jìn)行徹底清理，焊接時(shí)選擇合適的工藝參數(shù)，且要注意對(duì)電極的及時(shí)修磨，以盡量避免出現(xiàn)飛濺，盡可能地減小產(chǎn)生縮孔的 幾率。焊接接頭在點(diǎn)焊過程中的熱作用下發(fā)生變形，變形不均勻就會(huì)導(dǎo)致其應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)不均勻。凝固過程中溫度降低，熔核必然會(huì)自發(fā)收縮而導(dǎo)致其受拉，這就直接導(dǎo)致熔核內(nèi)部裂紋的出現(xiàn)。 圖 313 304 不銹鋼點(diǎn)焊熔核內(nèi)部裂紋形貌 304 不銹鋼 接頭 成分分析 圖 314 為 304 不銹鋼點(diǎn)焊熔核的能譜照片，表 為能譜分析結(jié)果。 EDS 分析顯示， 304 不銹鋼熔核區(qū)的相由 Fe 和金屬間化合物 FeMn 組成，F(xiàn)e 峰明顯高于 FeMn 峰，這表明 304 不銹鋼熔核區(qū)是由 Fe 相和很少量的 FeMn相組成。 在本試驗(yàn) 條件下， 304不銹鋼點(diǎn)焊接頭的最大拉剪力為 9411N。 （ 3） 不銹鋼點(diǎn)焊接頭易出現(xiàn)裂紋及縮孔等焊接缺陷，使點(diǎn)焊接頭質(zhì)量降低。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 致 謝 本論文是在孫倩老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、鍥而不舍的科研精神、精益求精的工作態(tài)度以及能夠敏銳地把握學(xué)科前沿的洞察力都是值得我終生 學(xué)習(xí)的。在此，謹(jǐn)向我敬愛的老師表示衷心的感謝并 致以崇高的敬意 ！ 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 參考文獻(xiàn) [1] SENUMA T .Physical metallurgy of Iron and modern high strength steel sheets [J].ISIJ International,2021,41 (6):520532 [2] OHJOON KWON,SUENG CHUL BAIK .Manufacture and Application of Advanced High Strength Steel Sheets for Auto Parts Manufacture [A].Proceedings of the Joint International Conference of HSLA Steels and SUGS,November 810,2021 [C]. 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