縫焊方法及工藝介紹
縫焊是用一對滾盤電極代替點焊的圓柱形電極，與工件作相對運動，從而產(chǎn)生一個個熔核相互搭疊的密封焊縫的焊接方法。
縫焊廣泛應用于油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機和汽車油箱，以及噴氣發(fā)動機、火箭、導彈中密封容器的薄板焊接。
縫焊電極
縫焊用的電極是圓形的滾盤，滾盤的直徑一般為50-600mm，常用的直徑為180-250mm。滾盤厚度為10-20mm。接觸表面形狀有圓柱面和球面兩種，個別情況下采用圓錐面（如圖12-1）。圓柱面滾盤除雙側倒角的形式外，還可以做成單測倒角的形式，以適應折邊接頭的縫焊。接觸表面寬度ω視工件厚度不同為3-10mm，球面半徑R為25-200mm。圓柱面滾盤廣泛用于焊接各種鋼和高溫合金，球面滾盤因易于散熱、壓痕過渡均勻，常用于輕合金的焊接。
滾盤通常采用外部冷卻方式。焊接有色金屬和不銹鋼時，用清潔的自來水即可，焊接一般鋼時，為防止生銹，常用含5%硼砂的水溶液冷卻。滾盤有時也采用內(nèi)部循環(huán)水冷卻，特別是焊接鋁合金的焊機，但其構造要復雜得多。
縫焊方法
按滾盤轉動與饋電方式分，縫焊可分為連續(xù)縫焊、斷續(xù)縫焊和步進縫焊。
連續(xù)縫焊時，滾盤連續(xù)轉動，電流不斷通過工件。這種方法易使工件表面過熱，電極磨損嚴重，因而很少使用。但在高速縫焊時（4-15m/min）50Hz交流電的每半周將形成一個焊點，交流電過零時相當于休止時間，這又近似于下述的斷續(xù)縫焊，因而在制缸、制桶工業(yè)中獲得應用。
斷續(xù)縫焊時，滾盤連續(xù)轉動，電流斷續(xù)通過工件，形成的焊縫由彼此搭迭的熔核組成。由于電流斷續(xù)通過，在休止時間內(nèi)，滾盤和工件得以冷卻，因而可以提高滾盤壽命、減小熱影響區(qū)寬度和工件變形，獲得較優(yōu)的焊接質(zhì)量。這種方法已被廣泛應用于1.5mm以下的各種鋼、高溫合金和鈦合金的縫焊。斷續(xù)縫焊時，由于滾盤不斷離開焊接區(qū)，熔核在壓力減小的情況下結晶，因此很容易產(chǎn)生表面過熱、縮孔和裂紋（如在焊接高溫合金時）。盡管在焊點搭疊量超過熔核長度50%時，后一點的熔化金屬可以填充前一點的縮孔，但最后一點的縮孔是難以避免的。不過目前國內(nèi)研制的微機控制箱，能夠在焊縫收尾部分逐點減少焊接電流，從而解決了這一難題。
步進縫焊時，滾盤斷續(xù)轉動，電流在工件不動時通過工件，由于金屬的熔化和結晶均在滾盤不動時進行，改善了散熱和壓固條件，因而可以更有效地提高焊接質(zhì)量，延長滾盤壽命。這種方法多于鋁、鎂合金的縫焊。用于縫焊高溫合金，也能有效地提高焊接質(zhì)量，但因國內(nèi)這種類型的交流焊機很少，因而未獲應用。當焊接硬鋁。以及厚度為4+4mm以上的各種金屬時，必須采用步進縫焊，以便形成每一個焊點時都能像點焊一樣施加鍛壓力，或同時采用暖冷脈沖。但后一種情況很少使用。
按接頭型式分，縫焊可分為搭接縫焊、壓平縫焊、墊箔對接縫焊、銅線電極縫焊等。
搭接縫焊同點焊一樣，搭接接頭可用一對滾盤或用一個滾盤和一根芯軸電極進行縫焊。接頭的最小搭接量與點焊相同。
搭接縫焊除常用的雙面縫焊外，還有單面單縫縫焊、單面雙縫縫焊和小直徑圓周縫焊等。小直徑圓周縫焊可采用1、偏離加壓軸線的滾盤電極；2、橫向縫焊機上附加一定位裝置；3、采用環(huán)形電極，電極的工件表面呈錐形，錐尖必須落在小直徑圓周焊縫中心，以消除電極在工件上的滑移。
壓平縫焊時的搭接量比一般縫焊時要小得多，約為板厚的1-1.5倍，焊接時同時壓平接頭，焊后的接頭厚度為板厚的1.2-1.5倍。通常采用圓柱形面的滾盤，其寬度應全部覆蓋接頭的搭接部分。焊接時要使用較大的焊接壓力和連續(xù)的電流。為了獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，必須精確地控制搭接量。通常要將工件牢固夾緊或用定位焊預先固定。這種方法可以獲得具有良好外觀的焊縫，常用于低碳鋼和不銹鋼制成的食品容器和冷凍機襯套等產(chǎn)品的焊接。
墊箔對接縫焊是解決厚板縫焊的一種方法。因為當板厚達3mm時，若采用常規(guī)搭接縫焊，就必須用很慢的焊接速度，較大的焊接電流和電極壓力，這會引起工件表面過熱和電極粘附，使焊接困難。若用墊箔縫焊，就可以克服這些困難。墊箔對接縫焊簡單介紹：先將面板件邊緣對接，并在接頭通過滾盤時，不斷地將兩條箔帶鋪墊于滾盤和板件之間。箔帶的厚度為0.2-0.3mm，寬度為4-6mm.由于箔帶增加了焊接區(qū)的電阻，并使散熱困難，因而有利于熔核的形成。這種方法的優(yōu)點是：接頭有較平緩的加強高；良好的外觀；不管板厚如何箔帶的厚度均相同；不易產(chǎn)生飛濺，因而對應于一定電流的電極壓力均應相同；不易產(chǎn)生飛濺，因而對應于一定電流的電極壓力均可減小一半；焊接區(qū)變形小。其缺點是：對接精度要求高；焊接時必須準備地將箔帶鋪墊于滾盤與工件間，增加了自動化的困難。
銅線電極縫焊是解決鍍層鋼板縫焊時，鍍層粘著滾盤的有效方法。焊接時，將圓銅線不斷地送到滾盤與板件之間。銅線呈卷狀連續(xù)輸送，經(jīng)過滾盤后又連續(xù)繞在另一繞線盤上。鍍層僅粘附銅線上，而不會污染滾盤。雖然銅線用過后要報廢。但鍍層鋼板、特別是鍍錫鋼板，還沒有別的縫焊方法可以代替它。由于報廢銅線的售價與銅線相差不多，所以焊接成本并不高。這種方法主要用于制造食品罐。
我國最近生產(chǎn)的FHGX-1型罐身電阻焊自動線，是這一方法的最新發(fā)展。銅線在送至滾盤前先扎成扁平線。搭接接頭和壓平縫焊一樣（如圖12-7b）。銅線用完后又自動切成短段回收。這種方法的焊接速度非常高，板厚0.2mm時，焊速可達15m/min。自動線包括板件的送進、成形、焊接、焊縫的涂漆和烘干。
縫焊工藝
一、工藝參數(shù)對縫焊質(zhì)量的影響
縫焊接頭的形成本質(zhì)上與點焊相同，因而影響焊接質(zhì)量的諸因數(shù)也是類似的。主要有焊接電流、電極壓力、焊接時間、休止時間、焊接速度和滾盤直徑等。
1、焊接電流
縫焊形成熔核所需的熱量來源與點焊相同，都是利用電流通過焊接區(qū)電阻產(chǎn)生的熱量。在其他條件給定的情況下，焊接電流的大小決定了熔核的焊透率和重疊量。在焊接低碳鋼時，熔核平均焊透率為鋼板厚度的30-70%，以45-50%為最佳。為了獲得氣密縫焊熔核重疊量應不小于15-20%。
當焊接電流超過某一定值時，繼續(xù)增大電流只能增大熔核的焊透率和重迭量而不會提高接頭強度，這是不經(jīng)濟的。如果電流過大，還會產(chǎn)生壓痕過深和焊接燒穿等缺陷。
焊縫時由于熔核互相重疊而引起較大分流，因此，焊接電流通常比點焊時增大15-40%。
2、電極壓力
縫焊時電極壓力對熔核尺寸的影響與點焊一致。電極壓力過高會使壓痕過深，同時會加速滾盤的變形和損耗。壓力不足則易產(chǎn)生縮孔，并會因接觸電阻過大易使?jié)L盤燒損而縮短其使用壽命。
3、焊接時間和休止時間
縫焊時，主要通過焊接時間控制熔核尺寸，通過冷卻時間控制重疊量。在較低的焊接速度時，焊接與休止時間之比為1.25:1-2:1，可獲得滿意結果。當焊接速度增加時，焊點間距增加，此時要獲得重疊量相同的焊縫，就必須增大比例。為此，在較高焊接速度時，焊接與休止時間之比為3:1或更高。
4、焊接速度
焊接速度與被焊金屬、板件厚度、以及對焊縫強度和質(zhì)量的要求等有關。通常在焊接不銹鋼、高溫合金和有色金屬時，為了避免飛濺和獲得致密性高的焊縫，必須采用較低的焊接速度。有時還采用步進縫焊，使熔核形成的全過程均在滾盤停止的情況下進行。這種縫焊的焊接速度要比常用的斷續(xù)縫焊低得多。
焊接速度決定了滾盤與板件的接觸面積、以及滾盤與加熱部位的接觸時間，因而影響了接頭的加熱和散熱。當焊接速度增大時，為了獲得足夠的熱量，必須增大焊接電流。過大的焊接速度會引起板件表面燒損和電極粘附，因而即使采用外部水冷卻，焊接速度也要受到限制。
二、縫焊工藝參數(shù)的選擇
與點焊相似，主要是根據(jù)被焊金屬的性能、厚度、質(zhì)量要求和設備條件來選擇的。通�？蓞⒖家延械耐扑]數(shù)據(jù)初步確定，在通過工藝試驗加以修正。
滾盤尺寸的選擇與點焊電極尺寸的選擇原則一致。為減小搭邊尺寸，減輕結構重量，提高熱量效率，減小焊機功率，近年來多采用接觸面寬度為3-5mm的窄邊滾盤。
滾盤的直徑和板件的曲率半徑均影響滾盤與板件的接觸面積，從而影響電流場的的分布與散熱，并導致熔核位置的偏移。當焊盤直徑不同而板件厚度相同時。熔核將偏向小直徑滾盤一邊。滾盤直徑和板件厚度均相同，而板件呈彎曲形狀時，則熔核偏向板件凸向電極的一邊。
不同厚度或不同材料縫焊時，熔核偏移的方向和糾正熔核偏移的方法也類似于點焊，可采用不同的滾盤直徑和寬度，不同的滾盤材料，以及在滾盤與板件間加墊片等。
在不同厚度板件縫焊時，由于經(jīng)過已焊好的焊縫區(qū)有顯著的分流，可以減小熔核向厚件的偏移。但在厚度差較大時，薄件的焊透率仍然是不足的，必須采用上述糾正熔核偏移的措施。例如在薄件一邊采用導電性較低的銅合金做滾盤，并將其寬度和直徑也做得小一些。
縫焊接頭的設計
縫焊的接頭型式、搭邊寬度與點焊類似（壓平縫焊與墊箔對接縫焊的接頭例外）。
滾盤不象點焊電極那樣可以做成特殊形狀，因此設計縫焊結構時，必須注意滾盤的可達性。
當焊接小曲率半徑工件時，由于內(nèi)側滾盤半徑的減小受到一定限制，必然會造成熔核向外測偏移，甚至使外側板件未焊透。為此應避免設計曲率半徑過小的工件。如果在一個工件上既有平直部分，又有曲率半徑很小的部分，如摩托車油箱那樣。為了防止小曲率半徑處的焊接未焊透，可以在焊到此部位時，增大焊接電流。這在微機控制的焊機上尤其容易實現(xiàn)。
常用金屬的縫焊
一、低碳鋼的縫焊
低碳鋼是焊接性最好的縫焊材料。低碳鋼搭接縫焊根據(jù)使用目的和用途可采用高速、中速和低速三種方案。下表為低碳鋼搭接縫焊的焊接條件。手動移動工件時，對便于對準預定的焊縫位置，多采用中速。自動焊接時，如焊機的容量足夠，可以采用高速或更高的速度。如焊機容量不夠，不降低速度就不能保證足夠大的熔寬和熔深時，就只能采用低速。
低碳鋼縫焊的焊接條件
|
板厚（mm） |
滾盤尺寸（mm） |
電極壓力（KN） |
最小搭接量（mm） |
高速焊接 |
中速焊接 |
低速焊接 |
|||||||||||||
|
最小b |
標準b |
最大B |
最小 |
標準 |
最小b |
標準b |
焊接時間（周） |
休止時間（周） |
焊接電流（KA） |
焊接速度（cm/min） |
焊接時間（周） |
休止時間（周） |
焊接電流（KA） |
焊接速度（cm/min） |
焊接時間（周） |
休止時間（周） |
焊接電流（KA） |
焊接速度（cm/min） |
|
|
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.3 3.2 |
3.7 4.2 4.7 5.1 5.4 6.0 6.6 7.0 8.0 |
5.3 5.9 6.5 7.1 7.7 8.8 10.0 11.0 13.6 |
11 12 13 14 14 16 17 17 20 |
2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 3.6 4.1 4.5 5.7 |
2.2 2.8 3.3 4.0 4.7 6.0 7.2 8.0 10 |
7 8 9 10 11 12 13 14 16 |
10 11 12 13 14 16 17 19 20 |
2 2 2 2 2 3 3 4 4 |
1 1 1 2 2 1 1 2 2 |
12.0 13.5 15.5 18.0 19.0 21.0 22.0 23.0 27.5 |
280 270 260 250 240 230 220 210 170 |
2 2 3 3 4 5 5 7 11 |
2 2 2 3 3 4 5 6 7 |
9.5 11.5 13.0 14.5 16.0 18.0 19.0 20.0 22.0 |
200 190 180 180 170 150 140 130 110 |
3 3 2 2 3 4 6 6 6 |
3 3 4 4 4 4 6 6 6 |
8.5 10.0 11.5 13.0 14.0 15.5 16.5 17.0 20.0 |
120 110 110 100 90 80 70 70 60 |
下面兩表為連續(xù)通電的低碳鋼壓平縫焊和墊箔縫焊的焊接條件。
低碳鋼縫焊的焊接條件
|
板厚（mm） |
搭接量(mm） |
電極壓力（KN） |
焊接電流（KN） |
焊接速度（cm/min） |
|
0.8 1.2 2.0 |
1.2 1.8 2.5 |
4 7 11 |
13 16 19 |
320 200 140 |
低碳鋼墊箔縫焊的焊接條件
|
板厚（mm） |
電極壓力（KN） |
焊接電流（KA） |
焊接速度（cm/min） |
|
0.8 1.0 1.2 1.6 2.3 3.2 4.5 |
2.5 2.5 3.0 3.2 3.5 3.9 4.5 |
11.0 11.0 12.0 12.5 12.0 12.5 14.0 |
120 120 120 120 100 70 50 |
二、淬火合金鋼的縫焊
可淬硬合金鋼縫焊時，為消除淬火組織，也需要采用焊后回火的雙脈沖加熱方式。在焊接和回火時，工件應停止移動，即應在步進縫焊焊機上進行。如果缺少這種設備，只能在斷續(xù)縫焊機上進行時，建議采用焊接時間較長，弱條件。下表是焊接地合金鋼采用這種條件的推薦值。
低合金鋼縫焊的焊接條件
|
板厚（mm） |
滾盤寬度（mm） |
電極壓力（KN） |
時間（周） |
焊接電流（KA） |
焊接速度（cm/min） |
|
|
焊接 |
休止 |
|||||
|
0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 |
5-6 7-8 7-8 7-9 8-9 9-11 |
2.5-3.0 3.0-3.5 3.5-4.0 4.0-5.0 5.5-6.0 6.5-8.0 |
6-7 7-8 8-9 9-10 10-12 12-15 |
3-5 5-7 7-9 8-10 10-13 13-15 |
6-8 10-12 12-15 15-17 17-20 20-24 |
60-80 50-70 50-70 50-60 50-60 50-60 |
注：滾盤直徑為150-200mm
鍍層鋼板的縫焊
1、鍍鋅鋼板的縫焊
鍍鋅鋼板縫焊時，應注意防止產(chǎn)生裂紋，破壞焊縫的氣密性。裂紋產(chǎn)生的原因是殘留在熔核內(nèi)和擴散到熱影響區(qū)的鋅使接頭脆化，手盈受應力作用而引起的。防止裂紋的方法是正確選擇工藝參數(shù)。試驗證明，焊透率越�。�10-26%），裂紋缺陷就越小。縫焊速度高時，散熱條件差、表面過熱、熔深大，則易產(chǎn)生裂紋。一般在保證熔核直徑和接頭強度的條件下，應盡量選用小電流、低焊速和強烈的外部水冷。
滾盤易采用花鋼輪傳動，以便隨時修整滾盤尺寸并清理其表面。下表為鍍鋅鋼板縫焊的焊接條件。
各種鍍鋅鋼板縫焊的焊接條件
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鍍層種類及厚度 |
板厚（mm） |
滾盤寬度（mm） |
電極壓力（KN） |
時間（周） |
焊接電流（KA） |
焊接速度（cm/min） |
|
|
焊接 |
休止 |
||||||
|
熱鍍鋅鋼板（15-20um） |
0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 |
4.5 5.0 5.0 5.5 6.5 |
3.7 4.0 4.3 4.5 5.0 |
3 3 3 4 4 |
2 2 2 2 1 |
16 17 18 19 21 |
250 250 250 230 200 |
|
電鍍鋅鋼板（2-3um） |
0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 |
4.5 5.0 5.0 5.5 6.5 |
3.5 3.7 4.0 4.3 4.5 |
3 3 3 4 4 |
2 2 2 2 1 |
15 16 17 18 19 |
250 250 250 230 200 |
|
磷酸鈣處理防銹鋼板 |
0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 |
4.5 5.0 5.0 5.5 6.5 |
3.7 4.0 4.5 5.0 5.5 |
3 3 3 4 4 |
2 2 2 2 1 |
14 15 16 17 18 |
250 250 250 230 200 |
2.鍍鋁鋼板的縫焊
第一類鍍鋅鋼板縫焊的焊接條件見下表：
鍍鋁鋼板縫焊的焊接條件
|
板厚（mm） |
滾盤寬度（mm） |
電極壓力（KN） |
時間（周） |
焊接電流（KA） |
焊接速度（cm/min） |
|
|
焊接 |
休止 |
|||||
|
0.9 1.2 1.6 |
4.8 5.5 6.5 |
3.8 5.0 6.0 |
2 2 3 |
2 2 2 |
20 23 25 |
220 150 130 |
對于第二類鍍鋁鋼板，也和點焊一樣，必須將電流增大15-20%。由于粘附現(xiàn)象比鍍鋅鋼板還嚴重，因此必須經(jīng)常修整滾盤。
3.鍍鋁鋼板的縫焊
鍍鋁鋼板對汽油有耐蝕性，故常用作汽車油箱。鍍鉛鋼板的縫焊與鍍鋅鋼板一樣，主要也是裂紋問題，其工藝參數(shù)可參考下表：
鍍鉛鋼板縫焊的焊接條件
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板厚（mm） |
滾盤寬度（mm） |
電極壓力（KN） |
時間（周） |
焊接電流（KA） |
焊接速度（cm/min） |
|
|
焊接 |
休止 |
|||||
|
0.8 |
7 |
3.6-4.5 |
3 5 |
2 2 |
17 18 |
150 250 |
|
1.0 |
7 |
4.2-5.2 |
2 5 |
1 1 |
17.5 18.5 |
150 250 |
|
1.2 |
7 |
4.5-5.5 |
2 4 |
1 1 |
18 19 |
150 250 |
四、不銹鋼和高溫合金的縫焊
不銹鋼縫焊困難較少，通常在交流焊接上進行。下表是不銹鋼縫焊的焊接條件：
不銹鋼（1cr18Ni9Ti）縫焊的焊接條件（HB/Z78-84）
|
板厚（mm） |
滾盤厚度（mm） |
電極壓力（KN） |
時間（周） |
焊接電流（KA) |
焊接速度（KA） |
|
|
焊接 |
休止 |
|||||
|
0.3 0.5 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 |
3-3.5 4.5-5.5 5.0-6.0 5.5-6.5 6.5-7.5 7.0-8.0 7.5-8.5 |
2.5-3.0 3.4-3.8 4.0-5.0 5.0-6.0 5.5-6.2 6.0-7.2 7.0-8.0 |
1-2 1-3 2-5 4-5 4-6 5-7 7-8 |
1-2 2-3 3-4 3-4 3-5 5-7 6-9 |
4.5-5.5 6.0-7.0 7.0-8.0 8.0-9.0 8.5-10 9.0-12 10-13 |
100-150 80-120 60-80 60-70 50-60 40-60 40-50 |
高溫合金縫焊時，由于電阻率高和縫焊的重復加熱，更容易產(chǎn)生結晶偏析和過熱組織，甚至使工件表面擠出毛刺，為此應采用很慢的焊接速度、較長的休止時間以利于散熱。下表為高溫合金縫焊的焊接條件：
高溫合金（GH33、GH35、GH39、GH44）縫焊的焊接條件
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板厚（mm） |
電極壓力（KN） |
時間（周） |
焊接電流（KN） |
焊接速度（cm/min） |
|
|
焊接 |
休止 |
||||
|
0.3 0.5 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 |
4-7 5-8.5 6-10 7-11 8-12 8-13 10-14 11-16 12-17 |
3-5 4-6 5-8 7-9 8-10 10-13 12-16 15-19 18-23 |
2-4 4-7 8-11 12-14 14-16 19-25 24-30 28-34 30-39 |
5-6 5.5-7 6-8.5 6.5-9.5 7-10 8-11.5 9.5-13.5 11-15 12-16 |
60-70 50-70 30-45 30-45 30-40 25-40 20-35 15-30 15-25 |
五、有色金屬的縫焊
1、鋁合金的縫焊
鋁合金縫焊時，由于電導率高、分流嚴重，焊接電流要比點焊時提高15-50%，電極壓力提高10%。又因大功率單相交流縫焊機會產(chǎn)生嚴重影響電網(wǎng)三相負荷的均衡性，因此國內(nèi)鋁合金縫焊均采用三相供電的直流脈沖或次級整流步進焊機。下表是在FJ-400型直流脈沖縫焊機上焊接鋁合金的焊接條件：
鋁合金縫焊的焊接條件
|
板厚（mm） |
滾盤球面半徑（mm） |
步距（點距） |
LF21、LF3、LF6 |
LY12CZ、LC4CS |
||||||
|
電極壓力（KN） |
焊接時間（周） |
焊接電流（KA） |
每分鐘點數(shù) |
電極壓力（KN） |
焊接時間（KA） |
焊接電流（KA） |
每分鐘點數(shù) |
|||
|
1.0 1.5 2.0 3.0 3.5 |
100 100 150 150 150 |
2.5 2.5 3.8 4.2 4.2 |
3.5 4.2 5.5 7.0 - |
3 5 6 8 - |
49.6 49.6 51.4 60.0 - |
120-150 120-150 100-120 60-80 - |
5.5 8.5 9.0 10 10 |
4 6 6 7 8 |
48 48 51.4 51.4 51.4 |
120-150 100-120 80-100 60-80 60-80 |
為了加強散熱，鋁合金縫焊應盡量采用球形端面滾盤，并必須用外部水冷。
2、銅和銅合金的縫焊
銅和銅合金由于電導率和熱導率高，幾乎不能采用縫焊。對于電導率低的銅合金，如磷青銅、硅青銅和鋁青銅等可以縫焊，但需要采用比低碳鋼高的電流和較低的電極壓力。
3、鈦及其合金的縫焊
鈦及其合金縫焊時沒有太大的困難，其焊接條件與不銹鋼大致相同，但電極壓力要低一些。
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