德龙金属高顶工装无痕电极修补焊接工艺初探

牛黎平，邢俊舟

（陕西重型汽车有限公司车身厂，陕西 西安 710200）

前言

重型汽车驾驶室是重型汽车很重要的组成部分，随着汽车工业的发展，客户对驾驶室造型、性能不断提高，对汽车最初的功能性需求逐渐向商品化的需求转变。驾驶室的生产工艺水平对产品的质量和用户的接受度起着关键作用。焊接工艺作为驾驶室乃至整车有着极其重要的作用。本文对驾驶室高顶夹具的无痕焊电极修补焊接工艺进行探索，形成了电极修补工艺方法。

1 驾驶室高顶顶盖焊接

德龙驾驶室高顶结构如图1、2所示，主要由骨架总成、下部过度顶盖和外板组成。外板又分前、后、左、右和顶盖上外板五个零件组成。

图1

图2

1.1 单面点焊

由于高顶驾驶室结构以及焊接表面质量要求，高顶驾驶室采用了单面点焊焊接方式和铬锆铜（CrZrCu）活动电极系统。其中铬锆铜电极按照设计要求镶嵌在胎具上如图3所示。

图3

1.2 铬锆铜（CrZrCu）活动电极系统

铬锆铜(CuCrZr)是最常用的电阻焊电极材料，这是由它本身优越的化学物理特性及良好的性价比所决定的。

1.2.1 铬锆铜电极的优点

A.优异的导电性 B.高温机械功用 C.耐磨 D.较高的硬度和强度E.成本低F.适用于碳钢板、不锈钢板、镀层板等材料的焊接。

如图3所示的金属高顶后背板总成与侧板总成的焊装，为了保证外表面质量需采用镶嵌（如图 4）方式，对于特殊型面所要求的铬锆铜电极，设计特殊型面夹具镶块电极（如图5），才能保证型面质量要求。镶嵌电极机构安装后，长时间使用电极表面出现磨损、凹凸不平等缺陷损坏时，更换电极比较困难，影响生产进度和产品质量。所以免更换，对电极进行快速修复成为非常重要的方法。

图4 镶嵌可调式电极

图5 特殊形状铬锆铜电极

经过实践，采用铬锆铜电极修补焊接工艺可避免电极更换。本文旨在探讨适用于车身厂金属高顶铬锆铜活动电极的修补焊接工艺，以提供一种经济、实用、简易的电极的修补方法。

2 铬锆铜的焊接性

铬锆铜常温下导热率高，铬锆铜线膨胀系数和收缩率都很大，铜易氧化生成氧化亚铜，焊缝金属结晶时，氧化亚铜与铜形成低熔点﹙1064℃﹚共晶体，有热裂倾向，铜在液态时溶解大量的H离子，凝固后焊缝中易形成氢气孔，在焊接过程中合金元素的损失，造成其机械性能降低，以上问题给铬锆铜的焊接造成很大的困难。

3 焊接设备选择：选择氧－乙炔火焰气焊焊接设备

4 铬锆铜焊接修复工艺

4.1 焊前准备

4.1.1 焊前清理

焊接前用抛光砂轮去除焊件表面氧化物，采用丙酮擦拭焊接破口部位，确保表面清洁。

4.1.2 焊丝选择

为保证焊后的接头组织性能达到工艺要求，焊丝必须选择可获得双相组织的焊丝，可使得焊缝晶粒细化，共晶分散，且不连续。铜在焊接时易氧化，要选择含有Mn、Si、P等脱氧元素的焊丝，因此选择了SH201型焊丝。

图6 SH201型焊丝照片

图7 CJ301型溶剂照片

4.1.3 溶剂选择

选用CJ301溶剂，焊接前在坡口及焊丝上涂覆助焊剂可在焊接过程中充分保证元素抗氧化能力，保证焊接质量。

4.1.4 火焰性质，焊炬和焊嘴的选择

铬锆铜焊接采用中性焰焊接、预热均采用如图8所示的H01-12焊炬。预热时用5号焊嘴，焊接时用3号焊嘴，如图9所示。

图9 3号及5号焊嘴型照片

图8 H01-12焊炬照片

4.1.5 焊前预热

为减少焊接缺陷，在焊接前进行预热，降低焊接内应力，以预防出现热裂纹，气孔，未焊透等缺陷。

4.2 焊接

对出现裂纹或者断裂的电极焊接时选用对接接头，坡口成形为V型；采用定位焊，接头焊接时预留2-3mm间隙，在坡口内间隙均匀涂覆溶剂，定位焊时火焰功率较正常焊接大约15%，并采用左焊法。对出现凹坑或者棱角塌陷的电极在待焊处同样涂抹溶剂，也采用左焊法。

开始时焊嘴与电极板夹角为 80～90°，在待焊处加热至铜液表面有气体逸出，稳定一段时间，待气泡充分逸出，铜液发亮时，溶入焊丝。

由于铬锆铜焊接时气孔出现的倾向比低碳钢严重的多，所形成的气孔几乎分布在焊缝的各个部位。这是由于铜在液态时可溶解大量的H离子，凝固时H在铜中的溶解度极具下降，大量的H2向外逸出。铜导热性强，焊接熔池凝固速度快，H2来不及逸出，在焊缝中形成气孔。此外，熔池金属氧化形成的氧化亚铜与熔池中H或CO形成下列化学反应：

所生成的H2O和CO2在熔池凝固时来不及逸出，形成气孔。因此焊接时须待熔池中气泡充分逸出后，实施焊接。

焊嘴倾角边为 60～70°，焊丝的加入要与焊炬的操作密切配合，并随时用焊丝将熔池表面氧化亚铜焊渣剔除。为减少高温下焊缝表面金属氧化，焊丝端部应避免与焰芯接触，焰芯距离电极表面3～7mm，焊接结束时，焊炬应缓慢离开熔池，使焊缝缓慢冷却，防止冷却过快而产生气孔，裂纹等缺陷。

4.3 焊后处理

4.3.1 焊后用平锤锤击焊缝，去除焊接残余应力

焊后锤击焊缝至焊缝充分凝固，细化晶粒是共晶状态趋向弥散化，提高接头焊接性能。并在3-6小时之内，清除焊缝表面及附近熔渣，溶剂。保持焊缝表面清洁，提高接头耐蚀性。

4.3.2 热处理

由于铬锆铜在温度上升至 550℃时软化，硬度下降，因此，焊后将电极板加热至950°，随炉冷却至500℃，再进行水冷，其硬度可恢复至焊接前80%。由于铬锆铜的耐蚀性依靠Mn、Ni等元素的合金化获得，焊接过程中合金元素不同程度的蒸发和氧化烧损使得接头性能的耐蚀性下降，焊接应力的存在使得对应力腐蚀较为敏感的铜合金的焊接接头性能过早的破坏。为尽量减弱热效应，焊后进行消除应力热处理，以便细化焊缝组织和改善塑性、韧性，提高耐蚀性能。

4.3.3 修整

按要求修磨铬锆铜电极，清除表面氧化层，使其满足使用要求。

5 结论

在陕重汽德龙驾驶室金属高顶焊接中，采用上述铬锆铜电极修补焊接工艺方法，既避免了镶嵌式电极设计复杂、拆装困难，影响生产进度和产品表面质量、加工成本高的问题，又能够保证金属顶盖活动电极铬锆铜的焊接强度和表面质量要求，使其完全达到产品生产和质量要求。并对类似铬锆铜焊接的工艺选择具有一定的借鉴作用。

[1] 有色金属及其热处理.国防工业出版社出版.

[2] 孙景荣.实用焊接手册.化学工业出版社出版.

[3] 荣敬俊.气焊工.中国建筑工业出版社.

[4] 高级气焊工技术.机械工业出版社出版.