电阻点焊在奥氏体不锈钢焊接中的应用

丁强

摘 要：文章叙述了不锈钢的分类及奥氏体不锈钢电阻焊时焊接参数的选择与电阻点焊缺陷之间的关系，阐述了电阻点焊缺陷形成的原因和在实际生产中采用的修补方法并提出解决方案。

关键词：奥氏体不锈钢；电阻焊；缺陷的原因

1 概述

我国改革开放的不断深入，经济的快速发展，铁路事业迈向了新的台阶。随着航空航天、电子、车辆等工业的发展，电阻焊这种焊接方式越来越受到大家的重视。同时，对电阻焊的焊接质量也提出了更高层次的要求。但令人欣喜的是目前我国已经生产了性能良好、且实用性更强的次级整流焊机，它的控制箱是由集成电路和微型计算机构成的，增加了焊机的精确度与稳定性。恒流、动态电阻，热膨胀等先进的闭环监控技术也已经开始生产推广应用。这一切都将有利于提高电阻焊质量，并扩大其应用领域。

2 不锈钢的分类

不锈钢的种类有很多，按照国际上通用的分类方法，按钢的化学成分分类为2个系列，即：CR系列、CR-NI系列，如按金相组织划分为5类，即：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢（奥氏体-铁素体不锈钢）、马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。

3 奥氏体不锈钢的优点

奥氏体不锈钢：含铬大于18%，还含有8%左右的镍及少量的钼、钛、氮等元素、综合性能好，可耐多种介质腐蚀，这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，由于奥氏体不锈钢电阻率较高（为低碳钢5-6倍），热导率低（为碳钢的1/3）以及不存在淬硬倾向和不带磁性（由于电阻焊这种焊接方式本身会产生磁场，故应选择不带磁性的母材），因此奥氏体不锈钢的电焊焊接性良好，所以我厂的产品大部分选用奥氏体不锈钢，电阻点焊的接头强度直接影响电阻点焊的产品质量，而接头的强度主要取决于熔核尺寸（直径和焊透率）、熔核本身及其热影响区的金属显微组织及缺陷情况。通过对我厂不锈钢电阻焊试片进行分析，发现奥氏体不锈钢采用电阻点焊这种焊接方式，焊缝及热影响区的强度损失小，焊接接头塑性降低较小，缩松、裂纹产生的倾向小。

4 奥氏体不锈钢的焊接参数

合适的焊接规范参数是实现优质焊接的重要条件。奥氏体不锈钢电阻点焊规范参数的选择主要取决于该种材料的板厚及设备的特点。主要的焊接规范参数有：焊接电流、焊接时间、电极压力及电极头端面尺寸。

由于奥氏体不锈钢的电阻率高、导热性差，因此与低碳钢相比，可采用较小的焊接电流和较短的焊接时间。这类材料有较高的高温强度，必须采用较高的电极压力，以防止产生裂纹、缩孔等缺陷。不锈钢的热敏感性强，通常采用较短的焊接时间、强有力的内部和外部水冷却，并且要准确的控制加热时间和焊接电流，以防热影响区晶粒长大和出现晶间腐蚀现象。

根据对不锈钢电阻焊试片进行分析，在可控范围内适当的增加电极压力的同时，适当增加焊接时间或焊接电流，用来维持焊接区域的受热程度在相同的温度范围内，可消除由于焊件装配存在间隙、焊缝刚性不均匀等因素所引起的焊接区域所受力波动对焊点强度的不良影响。此时不仅使焊点强度维持不变，稳定性亦可大为提高。

电极头端面尺寸D或R：电极头是指电焊时与焊件表面相接处的电极端头部分。其中D为锥台形电极头端面直径，R为球面形电极头球面半径。

根据对不锈钢电阻焊试片进行分析，电极头端面尺寸增大时，由于接触面积增大、电流密度减小、散热效果增强，均会使焊接区域加热程度减弱，因而熔核尺寸减小，使焊点承载能力下降。

5 电阻点焊时分流的影响及避免分流的措施

电阻点焊时，分流会使焊接电流分散，从而影响焊件的质量，因此分流在电阻点焊时应尽量避免。

电阻点焊时分流的影响因素有以下几点：

（1）由于焊接顺序所造成的影响：已焊点分布在两侧时，向两侧分流比仅在一侧时分流效果明显。

（2）由于焊点间距所造成的影响：连续点焊时，板材越厚，焊点间距越小，分流效果越明显。

（3）由于焊件表面状态所造成的影响：表面不整洁、干净时，料件表面的油污和氧化膜等会使接触电阻增大，因而导致焊接区电阻剧增，就会使分流效果明显。

（4）焊件装配不良或装配过紧由于非焊接部位的过分紧密接触而引起较大的分流。

分流现象产生后，会有以下不良影响：

（1）使焊点强度降低，焊点间距过小引起的分流使焊接区的电流密度减小，因而加热不足，熔核焊透率与直径随之降低，焊点承载能力下降，严重时会产生未焊透。

（2）单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅，单面点焊由于分流严重会使电极与工件局部接触表面（偏向分流方向的部位）过热，甚至融化，严重时形成表面喷溅。这不仅恶化了劳动条件，增加电极磨损，而且为了取出喷溅遗留下的毛刺，常常不得不增加一道令人厌烦的打磨毛刺工序。

根据目前掌握的方法，消除和减少分流可有以下措施：

（1）选择合适的焊点间距在电阻点焊接头设计时，应在保证强度的前提下尽量加大焊点间距。

（2）将焊接工件表面处理干净。

（3）设计焊缝时要着重考虑结构的布局以保证焊接合理性，分流过大的结构必须改变设计。

（4）如出现连续点焊的情况，应适当增大焊接电流，对于不锈钢可增大5-10%。

6 不锈钢电阻点焊的焊接要求

（1）由于工件上附有灰尘、油污等杂质，需用纱布打磨等方法进行表面清理。

（2）采用硬规范，强烈的内部和外部水冷却，可显著提高生产率和焊接质量。

（3）由于塑性变形困难、高温强度大，应选用较高的电极压力，以避免产生裂纹和喷溅、缩孔等缺陷。

（4）为保证不锈钢电阻点焊的焊点强度，需对焊点的熔核直径进行控制。

7 电阻点焊焊接接头质量及检验

目前在不锈钢车现有的电阻点焊技术完全可以得到高质量焊接接头。但由于电阻点焊过程中受到众多偶然因素的干扰（表面状态不良、电极磨损、装配间隙的变化、分流等工艺因素的随机波动、电极压力的减弱等焊接规范参数的随机波动），要想杜绝生产中个别焊接接头质量的降低、以及废品的出现还是有一定的困难的。所以在现车生产前需要用和现车材质及板厚相同的试片进行试验，因此必须对电阻点焊产品的生命全过程进行监督和检验，即进行全面的质量管理。电阻点焊接头的质量要求体现在接头应具有一定的强度，我们可从不锈钢试件中总结出电阻点焊常见的质量问题，详见表1。

8 焊接接头的检验方法及允许存在的缺陷

目前常见的焊接接头检验方法有两种，第一种是破坏性检测，包括拉伸试验、弯曲试验、金相检验、断口分析、冲击试验（开V型坡口或是开U型坡口的）、机械性能试验，第二类是无损探伤，包括目视检验（VT））、磁粉探伤（MT）、渗透探伤（PT）、密封性检验、射线探伤、超声检验、涡流探伤、在不锈钢试验车主要采用了撕破检验、断口分析、机械性能试验及目视检验对焊接接头进行试验（上述是对试片的检验）

电阻点焊允许存在的缺陷分为三级，在不锈钢车生产过程中，我们采取了要求较高的第二级，这一级要求不允许有外部飞溅、脱焊、熔核过小、外部裂纹、板边涨裂、烧穿、烧伤、内部裂纹及气孔等缺陷，但焊点压痕可控制在10%以内，内部飞溅可控制在5%以内。

9 结束语

根据以上论述并对不锈钢产品生产过程中产生的问题进行分析，可得到以下结论：

（1）奥氏体不锈钢完全可以采用电阻点焊这种焊接方式进行焊接，并可以获得较好的焊接质量。

（2）文章对电阻点焊后可能存在一些缺陷进行了分析，这些缺陷只要采用合理的焊接规范和焊接结构是完全可以避免的。