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点焊电极材料及结构设计pdf
发布时间:2020-09-22 07:35    文章作者:易发游戏网站

  点焊 电极材料及 结构设计 济南汽车制造总厂 刘 尧铭 T h is p ap er p r o v i d es i m f o r m at io n c o Qc e r n in g m at er i al an d s t r u c t u r a l d es ig n of e l ec t r o d e s f o r s p o t w el d i n g at h o m e a n d ab r o ad. I摘墨】介绍了目内外电报材料及电极结杓{殳许方面的恃况 主题词点 焊一 电极材料结构设计 一、 前言 点焊工 艺, 由于其具有高效 、低耗及机 械化 自动化程度高等优 点, 所以被广坛用 来 焊接汽车和农机等的薄板金属 结 构 件。 以 J N 162 型汽车车身为例, 每个车身上约 有 5 500个焊点, 可见确保点焊接头 的质 量 , 是 提高汽车 整车 质量 的关键之一。 评 价点焊焊点的质量指标 ,主要是焊点 的拉募强 度 出现开焊 、来焊透 ,烧穿 、压 痕过深 等点焊缺 陷,就是 由于拉剪强 度低的 缘 故。后两种缺陷直观性强 , 一般 能 够 避 免 } 前两种缺 陷直 观性差,危害性大,l所以 在生 产 中必须 充分注意。 在 焊接时, 电极 头直 径增长过快、 过大, 是 不利 的。 增长 过快 , 造成 修正 电极头的辅助 时间多, 工人势动强度大, 电极材料消耗多, 增长过大,由于焊接电流 密度藏小,单 位体 积 中焊接热量减小 ,捍点熔透 性差,熔棱尺 寸减 小,甚至 无熔 核形成,产生 开焊 和焊不 透现象,焊接强度显著减, J\ 所以,除了点 焊规范 、电气系统,水冷循环系统、工件表 面质量及人为操 作等因素外,影响 点焊质量 和生产效率 的主 要原 因是 电极材 料 和 电 极 的结构 设计 两大 因素 。归结到一点 ,就是如 何防止和减少 电极头直径 的增长 、使 电投头 直径尺寸的保 持性 良好 。 本文就电极材料性能与电极结构设计的 国内外若 干动态,做一 简单评述 。 = 、电极材料及其发展动态 1.电极工作状 态及强化方法 点焊时 电极头通过 的电流为数千至数万 一4 d 安 培, 承受 的压力达9. 8 IMP a ~49. I MP a, 瞬时温 升达6O O~900℃。 因此 要求 电极 有良 好 的导电性,导热性 、热硬性及较 高的抗蚀 能力。 点焊电极, 都是 府铜 合金材料 制成 的 为 了提高铜合金 电极 的性能 、一般有 4 种强 化方法 ,即:冷加 工强 化、固溶强 化,时效 沉淀强 化和弥 散强 化 2.国外电极 材料 标准 国外电极材料标准一般分 两大 组,A 组 为C ti 基合金、含C d 、A g 、C r 、Z r 、 B e、 C o。N i,T i 等 不同台金成分,该组按其导 电性的递减与强度的递增,又分成若干类;B 组为C u 、W M o等的不同 比例成份 的粉 末冶金 ,也分 成若 干类 ,见表 1 a. 国产 电极 材料 成分 目前 国内 尚未有电极材 料标 准 产 品 系 列, 一般工厂 还是 普遍用铬 铝镁 青 铜 Q C r 0. 5- 0. 2- 0. i( 相 当于 苏联M , 一 4牌号) 。 其台 金成分为;C r 0. 4~1. O M g o. 1~0. 25 。 经1 000~ C 保 温 l d,时水淬 ( 固溶处理 ) 50 冷变形 ( 冷锻打或冷 轧处 理) 一47O ℃ 保温 3 小时空冷回火 ( 蹦馓 处 理)处理后 ,其常温性能为:硬 度H B 130~ 1 6O,强 度极 限 。 392. 4~ 441. 5MP a,延伸 率818 ,导电率IA C S 65~ 75%、软化温度 51 O ℃。第一 汽车 制造厂 6O年代研 制成的A C , A e0. 1~O . 25 , 一2青铜 电极材料 的成 分为 C r 0. 4~O. 6 A g 0. O8~O. 1 、Z n 0, l ~0. 25 的淬火一冷变形一回火处理后,其常温 性能 为:硬度H B 130~ 155,强 度极限 -为392. 4 412. 0M P a,延伸率 、 经 同样 ~O ,导电率L C S 车技术 维普资讯 袭 1 美国电极材辩标准及性偿 导电率 I A CS ( 软化温度 ( ℃) }类剐 主要合鱼成分 6 (MP a) (%) & 强化方式 硬度 ( H B ) ) 1类 2类 3类 4类 5类 C d C r 、 Z r 、 A g 、 M g 、 C d 392. 4~ 588. 6 120~ 180 20 B e C o D i 、N i 588. 6~716. 3 18O ~ 240 10 B e I755. 4~ 1 177. 2 } 300~350 5 A e、M g 49O. 5 A g 44L 5 1t5 15 90 70~ 90 45^ 60 20~ 30 10~ 20 冷作硬化 淬 火一 冷 变形一 回火 500~65( 淬 火一 冷 变形一 回火 5O0~55f 淬 火一 玲 变形一 回火 淬 火一 冷变 形一 回火 350 400 l 10~ 163 10 10类 1I类 12类 I3类 14类 C C u- W 粉末 冶金 C u W 粉末 冶 金 W 粉束冶金 M o粉 末 冶金 W 粉末 冶金 431. 6~03I . 9 126~21O 618. 0~ 1 079. 1 20口 ~228 6盯 . 5~ 1 177. 2 228~245 686. 7~1 373. 4 : 363 755. 4 163 183 IA C 8 t 国 际锕 业搏 会 标 准 软化温度 在此温度保温 1 小时水冷后,硬度值下降到原室温的85 80~85 ,软化温度 500 ℃。上海电器科学 研究所等单位在19 78年研制成功的 D H2一 新 型铜合金,其合金成分为: Cro. 3~0. 4%, E ro. 1O ~O. 15 %, S io. 02_ 0. 04%, M g 0. 03~0. 05 。经同样的淬火一 l 狰变形一 回火 处理后, 其常温性能为:硬度 H B 145~ 175, 强 度极 限 ; 490. 5~ 588. 6M P a,延 伸率 6l 0 ~25 ,导电率 IA C S 82~ 89 650%。 根据使用情况来看、D H 一 1 的使用 寿命 比QC r 0. 5- 0. 2- 0. 1耍提高1. 5~2. g僦 根据上海 电器科学研究所研 制报 告表 明,我 国的D H e l 材料性能不比美、 日的电极材料 差, 见图 1 。 点、高硬度氧化物的弥散强化型铜合金,其 弥敌相一般为A e 0 。 、 Si0 “ Z rOl 、 T h O 、 B eO 等。此类合金强化效果好, 可在接 近 基体金属熔点的高温下工作 ( 图 2 ), 导电率 可保持在9o%I A C8以上 .高温抗蟠变强度 高,基体金属的主要物理化学性 能 保 持 不 变 。 ,软化温度 \ f ℃ ) 圈 l DH 。 - 1与其它材料退火硬度曲线 (保 温 l 小 时水冷 )4.国内外 电极材料 发展 动态 从 60 年代起 , 国外开始研制含有高 熔 的 比较 199o年第 5 期 图 2 弥欹强化型铜合盒退火后曲硬度变化 弥散强 化型铜台金 作为一种 理想 的有发 展前途 的材料 ,已 且益 引超 人们 的重 视 多年前= 中南 矿冶学院用粉末冶金 内氧化法研 制成的A l。 0 。 为弥散相 的A D 15、 A D 30、 A D 十 20A 、A D30A 铜合金 的性能见表 2 。 但是 由于弥散强化型铜合金的生产工艺 复杂 ,操 作规 程要求严 格, 稍一疏忽, 材料 的 强度 与塑 性就下降 ,所 以,弥散 型铜 合金 电 一4 5 维普资讯 襄 2铜台金特性 弥数强化无氧铜 \ 铜畚金种类 , 云 氧 铜 A D 20A A D 15 A D 30A A D 30 性能 ~ A I。 0 8含量 ( ) 0 O. 34 0. 28 0. 60 O. 60 导电 率I A C S( ) 1O0 99. 4 99 90 97 6b 冷 加工变 形 蹙52% 600 ℃20h退火 900℃30r a in 遏火 421. 8 215 . 8 206 510. 1 392 . 4 363 372. 8 245 . 3 255608. 2 559 . 2 470. 9 333. 5 (M P a) .I 5 黯 . 3 0 4 . 1 6 冷加 工变 形量 600 ℃ 20h 退火 900℃ 30h退 火 4O. 5 40 . 5 406. 5 18 2 ~ 10 7 34 36 ( ) .5 23 3 6 12 布 氏硬 度 158 14 3 142 117 98 91 冷加 工 变形 量52 600 ℃20h退火 900 ℃30h退 火 71 46 36 135 l 02 95 86 62 60 ( H B ) 极在国内外至令还未进入商 品市 场。 关于含C o、 B e、 N i、 T i等 元素 的铜 合金 , 经淬火一冷变形一回火后, 硬度大干H B180, 导 电率 小于 6O% (IA C S ) 可作为高强度钢, 不锈钢 的电阻焊 电极 。 C u、W 、 M o粉 末冶 金, 由于有其有高的热硬 性、低的导电率, 放可用于制作对焊电极钳 口的易损处镶块, 大厚件及镀层钢板点焊电极头的镶头等。 三、点焊 电极结 构的设计分析 I. 电极 头部形式及使用寿命 电极的结构设计,对电极的使用寿命有 根 大影 响.电极 的头部基本 可 分 为 6 种 形 式 , 见图 3 。 冒学平 直 童 凳 头 型 i丽 球 头 壅 圈 头型 恫 心 里 圈 3点焊电极头部形式 ● 一般而言,平直 型与尖头型电极适用于 厚度 小的工件 的点 焊,球头 型与 圆头 型电极 适 用于低 碳钢工件 的点焊 , ( 不过这类电极 在开始使用阶段,即大约焊到五六百个点以 内,为获得稳定的焊核 尺寸,需 逐步 增加焊 接电流,调整也频繁些) }锥台型电极的优点 是机加工 和修 整容 易。 从囱4 可知,如在电极其余尺寸相同的 条件下,增大外径D 即可散热质量 ,使 电板 寿命增加。另外,当水冷孔内径 d 适 当增大 时 ( 相当于增加 冷却水 接触 面积) , 也会使 电 极使用寿命得以提高,有资料表明,当 丑为 16的电极,d 由捆 . 5增加到 11时 ,使用 中 电板头 的表面 硬度也 增加,说 明后 者的使用 寿命要长些 。 角为90~ 100。 左右。 圈 4点焊电极结构尺寸 点 焊电极可以由机械加工成形 淬 火一 冷变形一回火一机械加 工) , 也 可由冷挤压 成 形 (淬 火一车坯一冷挤一 回火) 。 用此两种工 艺方法成形的电板, 其使用寿命相差无几。 不 过冷挤成形可节约原材 料25~ 40 用低,生产率高,尺寸一致性好, 所以较为 可取 另外,冷挤时冷却水孔截面 可加工成 ,加工 费 汽车拄永 维普资讯 , 扁宙 1舶0年第 5 掏 ( 上接 59页) 样, 应艇柴油机冷却水温度经常保 持 在 8 l ~g2 ℃。 二 、 使用 中的 问题 T.节 温器寿命低 节温器的使用寿命一般为3~ 5万k m (m 汽车行驶里程计) 。 经 2 O00 次冷热循环后, 在垒开 温度下 ,阀门的升程变 化应 不 大 于 12%。 当节温器使用几万公里后,一般 会发 生性自 & 衰退或失效。如柴油机工 作正常 ,徂 出现开 锅现象,就可能是 节温器主 阀门开度 不够或未打开。 出现这种情况时,应检查节 温器开度。 检查 方法是:将节温器故人垒开 温 度的热水 中浸 5m in ,检查主 阀门开虚大 小 如小于 6 m m ( 主阀门开度必须大 于小 循环旁通路开度距离) , 说 明节温器 失效 ,应 更换新件。 2 .节 温 器 安装 不 当 两 只节湛嚣 的阀座上 均标 有各 自的初开 温度。初开温度 为82%时 节温器应装在小循 环通道饲, 不可装错 。有时维修 中拆下 节温 器后,误将初开 温度 为76%的节温器装于小 循环装道侧 ,这样使初开 温度829 C 的节温器 失去调节作用,使冷却水 通道碱小 ,加速了 水温变化过程,缩短 了节温器使用寿命,并 使柴油 机处于较 低温度状 态下工作,其机械 效率降低,摩擦损失增大。 3.节温器可靠性差 目前, 由于我国生产蜡式 节温器时 间还 不太长,制造工 艺不够稳定, 因此 节温器质 量 较差 。并 且,有些汽车 驾驶 员对 节温器作 用认识不足,尤其是 南方地 区,认 为装 不装 节温器对 汽车 窿用性 能影响不大,这样在节 温 嚣失效情 况下 ,不主动维修更换 ,从而使 柴油机冷却 系失去水 温调 节作用,造成散热 较多,工作温 度低。此外,节温器使 用一段 时 间后 ,其支架 、阀门等零件产生变形 与腐 蚀 ,导至主 阀门关闭不良, 使冷却 水 升 温 慢 。发 生上述情况,应及时修理或换件。 ( 责任编辑.耍磊 ) 一4 7 维普资讯 荐, 对于有进气涡流 的、缸径在90~ 250r a m 范围内的直喷式柴油机,当喷雾粒度的索特 平均直径为 l 5~ 25p. m 时 ,燃 油能够得到 良 好 的混合和燃烧 。本 次试 验中喷 雾粒度 的计 算⋯ 结果 刊于表 3 。从表 3 中可 以 看 出, M W 泵的喷雾粒度较之A D 泵更接近上述 的 最佳值 ,因此可使 燃油雾化质量得以改善。 表 3喷雾粒度数据 l喷孔直径I 发动机 l 油嘴平均 l 索特平均 型譬 1 } 转 速 } 压 降 1直 径 燃油雾化质 量的改善 ,可以 由西 特凯理 论 “ 作 出解 释 西 特凯理论 认为,高的喷 油 压力,可 提高燃油喷射速度 ,使靠近雾柱边 缘和雾柱顶端的油粒直径变小,还可提高燃 油在燃烧室内的喷射距 离,使其能够达 到空 气涡流速 度较高的区域 ,这 就加 速 了 混 合 气 的形成 和雾化,提 高了放热率 过提 高燃油喷射 速度,使 着火区从雾 桂末 端 移 到雾注顶端,位于空气 涡流速度较高的 区 域 这样,着火后喷入的燃油总能进入新鲜 空气 中及时 燃烧 ,减少 冒烟 ,改善 了排放性 能 。实 测的烟度值只有 1. 8 波许单位,正 说 明 了这一 点。 2.最大扭矩点的试 验结果分 析 从 表 2 中可以看 出,在最大扭 矩 工 况 另外 ,通 下,提高喷油 压力,可缩短喷油持续期 动机某些性能虽有所改善,但烟度值却增加 了。 笔者认为,造成这种状况的主 要原 因, 是在最大扭矩工况时 ,带 有 B osch 提前器 的M W 泵的供油提前角,较之最佳 值 迟 后 了1. 3。 曲轴转角,使喷入 的燃料 不能在上止 点附近及时燃烧,造成后 燃 增 加。这样, M W 泵虽 然在最大扭矩点的最高燃 烧 压 力 较低,但排气温度却 较高,使柴油机过热, 最高放热率相 位比装A D 泵时迟后 l 。 ~3。 曲 轴转角。 另外,从混合气 形成方面看, 由于 喷油延迟,使得涡流速度与燃油喷射速度不 同步,混合气形成不均匀,造成局部氧气不 足,易形成炭烟 发 四、 小结 1. 由于条件所限,只在典型工况下做 了两种泵的匹配试验 ,但也 不难看 出,通过 提高现有 6110Z 型柴油机的喷 油压力 来改善 6110Z 型柴油机 的各项性能 ,是夸后 的研究 方向之一。 2 为改善611oZ 型柴油 机的性 能,今 后在喷油压力与喷孔直径的匹配 ,油 嘴垫片 厚度对柴油 机性能 的影响及 低速 性能试验等 方面应做 进一 步的研究 工作。 参考文献 1 广安博之 .柴油机燃烧厦其模型.国外内 燃 机 . 1986, 3 2 K ] au s B i n d er , W a lt er H i l b u r g er . 空气与油雾相对运动对直喷式柴油机混台气 形成过 程的影响.率用发动机.1984, 2 (责任编辑洪雨) (上接47页) 镶 块为 弥散强化 型铜台金时,也可用于各类 钢 板的焊接。不过,电报基杆端 头应不与工 件接触,以免造成电极损坏。 四 , 结束 语 通过上述分析可知,作为低合盒钢、低 一28一 碳钢焊接用的电极材料,在国内以DH l 铜 合金为最好 电极头外形,可取口 角为9O。 ~ 100。 锥 台型或球头、 圆头型。 此种电极应采用 冷挤成型工艺方法制造。就复台电极而言, 以使用 图5c中 Ⅱ型和 图5d 型为好 (责任编辑具跃) 汽车技未 维普资讯


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