鈦合金材料電阻焊工藝控制

鈦合金材料電阻焊工藝控制孫安全;郭初陽(yáng);孫小平;賀韡【摘要】鈦合金材料具有比強(qiáng)度高,變形系數(shù)小,熱強(qiáng)性、低溫韌性、抗腐蝕性和焊接性能較好等優(yōu)點(diǎn),近幾年,鈦合金材料借助其優(yōu)越的物理化學(xué)性能在工業(yè)制造領(lǐng)域得到了大量的推廣和應(yīng)用.電阻焊工藝是以電阻熱為熱源的一類焊接方法,焊接時(shí)不需要填充金屬,且具有生產(chǎn)效率高、焊件變形小和容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn).由于鈦合金零件的電阻焊工藝在我國(guó)應(yīng)用屬于剛起步階段,工藝不成熟,經(jīng)驗(yàn)積累不夠,因此在制造過程中,應(yīng)對(duì)材料、設(shè)備、制造、測(cè)試和質(zhì)量等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制.期刊名稱】《新技術(shù)新工藝》年(卷),期】2018(000)011【總頁(yè)數(shù)】5頁(yè)(P6-10)【關(guān)鍵詞】鈦合金;電阻焊;工藝;控制【作者】孫安全;郭初陽(yáng);孫小平;賀韡【作者單位】中國(guó)人民解放軍駐西安飛機(jī)工業(yè)公司軍事代表室,陜西西安710089;中國(guó)人民解放軍駐西安飛機(jī)工業(yè)公司軍事代表室,陜西西安710089;中國(guó)人民解放軍駐西安飛機(jī)工業(yè)公司軍事代表室,陜西西安710089;中國(guó)人民解放軍駐西安飛機(jī)工業(yè)公司軍事代表室,陜西西安710089【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TG443近幾年，鈦合金零件被越來越多地應(yīng)用于航空航天、艦船制造等領(lǐng)域。受到成形能力的限制，一些復(fù)雜空間型面的鈦合金零件需要通過焊接來實(shí)現(xiàn)。電阻焊是一種利用電流通過焊件及接觸產(chǎn)生的電阻熱作為熱源將零件局部加熱，同時(shí)加壓進(jìn)行焊接的方法，焊接時(shí)不需要填充金屬，且具有生產(chǎn)效率高、焊件變形小和容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)。由于我國(guó)接觸鈦合金材料時(shí)間較短，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，采用電阻焊焊接鈦合金零件應(yīng)用較少，而且需要使用化學(xué)腐蝕液，因此在制造過程中應(yīng)對(duì)材料、設(shè)備、制造、測(cè)試和質(zhì)量等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，在確保人員安全的前提下，得到質(zhì)量可靠的產(chǎn)品［1-2］。材料控制電極和滾盤電極和滾盤材料推薦使用的銅合金及其硬度值要求如下：鉻鋁鎂銅合金＞70HRB;鉻鋯銅合金＞75HRB;鉻鋯鈮銅合金＞78HRB。根據(jù)焊件具體情況選用直電極或特形電極，特形電極應(yīng)有足夠的剛度，推薦的電極尺寸見表1。表1材料厚度與申報(bào)材料尺寸選擇表被焊材料厚度/mm直電極滾盤電極直徑/mm球面半徑/mm厚度/mm球面半徑/mm直徑/mm0.5~1.08~1325~7512~1630~75100~2501.1~2.013~1675~10016~2075~100100~2502.1~3.016~25100~15020~26100~150100~250電極用內(nèi)部水冷時(shí)，電極的冷卻面與工作面之間的距離＜20mm。采用特殊電極使該距離＞20mm時(shí)，需延長(zhǎng)電極冷卻時(shí)間。電極和滾盤的工作表面可以加工成平面或球面，焊接過程中應(yīng)經(jīng)常檢查其工作面的形狀和尺寸，當(dāng)電極頭工作面的直徑或滾盤工作面厚度比規(guī)定值＞15%時(shí)，則更換或銼修。電極或滾盤的安裝應(yīng)精密配合，并及時(shí)去除配合面上的氧化膜和污物。潤(rùn)滑油石墨潤(rùn)滑油的配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）有如下2種：1）銀鱗石墨粉為25%~30%，蓖麻油為70%~75%;2）銀鱗石墨粉為45%~50%，槍炮油為50%~55%。腐蝕液用作低倍組織檢驗(yàn)的腐蝕液按表2配制，也可選用能顯示低倍組織的其他腐蝕液表2組織腐蝕液的配制序號(hào)成分說明1氫氟酸5%其余為水，腐蝕1min后用水沖洗干凈2氫氟酸硝酸比例按照HF:HNO3:H2O=1:1:1,腐蝕30s后用水沖洗干凈3氫氟酸1%鹽酸1.5%硝酸2.5%其余為水，腐蝕1min后用水沖洗干凈試樣電阻焊用的焊接試樣應(yīng)與被焊零件同材料、同厚度、同狀態(tài)，并采用相同的表面清理方法。設(shè)備控制焊機(jī)選取鈦合金點(diǎn)焊或滾焊可以在交流焊機(jī)上進(jìn)行，也可以在直流脈沖焊機(jī)上進(jìn)行。焊機(jī)電極臂伸出長(zhǎng)度及電極間的角度應(yīng)符合焊件形狀及尺寸的要求，電極臂應(yīng)有足夠的剛性，當(dāng)施加最大額定壓力時(shí)，在500mm長(zhǎng)度上彈性撓度應(yīng)＜1.5mm。采用直電極時(shí)，電極間不允許有滑移。焊機(jī)和電極（或滾盤）應(yīng)有良好的流動(dòng)水冷卻系統(tǒng)，與上電極相連的滑塊和導(dǎo)軌不應(yīng)有過大間隙，上下電極間同心度應(yīng)＜0.5mm。焊機(jī)的加壓機(jī)構(gòu)應(yīng)靈活平穩(wěn)易于調(diào)節(jié)，在焊接過程中壓力保持穩(wěn)定。焊機(jī)次級(jí)回路的可拆卸接合處應(yīng)保持潔凈和良好連接，兩電極或滾盤間斷開時(shí)，次級(jí)回路室溫電阻應(yīng)＜100pQ,單個(gè)固定處的電阻應(yīng)＜2pQ,單個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接處應(yīng)＜20pQ,轉(zhuǎn)動(dòng)連接處定期更換石墨潤(rùn)滑劑。焊接工段內(nèi)應(yīng)安裝滿刻度0.78~0.98MPa的氣壓表，以顯示壓縮空氣管路內(nèi)的壓力,每臺(tái)焊機(jī)應(yīng)安裝電源電壓表。所有點(diǎn)焊和縫焊設(shè)備應(yīng)保證確定的焊接規(guī)范、電極電壓、焊接電流強(qiáng)度、焊接時(shí)間和穩(wěn)定的滾焊速度。工具準(zhǔn)備應(yīng)備有粗銼、細(xì)銼、油光銼、鏨子、鋼絲鉗、活動(dòng)板手、套筒扳手、專用扳手、鋼皮尺、卡尺、球面樣板和角度卡板等專用工具。工具應(yīng)在專用工具箱內(nèi)有序存放。設(shè)備維護(hù)每季度應(yīng)測(cè)量一次焊機(jī)的次級(jí)回路電阻、電極壓力、焊接脈沖時(shí)間和次級(jí)短路電流等參數(shù)，并記入設(shè)備檔案中。焊機(jī)應(yīng)進(jìn)行定期檢修，一般1~2年中度修1次，3~5年大修1次。制造控制一般要求鈦合金點(diǎn)焊和縫焊接頭一般為同牌號(hào)合金，1、2級(jí)點(diǎn)焊接頭組合層數(shù)應(yīng)為2層，—般應(yīng)S3層，縫焊接頭應(yīng)為2層。接頭組合板材厚度比一般S2。焊點(diǎn)或焊縫的邊距應(yīng)不小于焊點(diǎn)直徑或焊縫寬度。焊件應(yīng)有良好的開敞性和可達(dá)性，在承受動(dòng)載荷的點(diǎn)焊接頭上，建議采用雙排點(diǎn)焊；當(dāng)組合件上有多種焊接方法時(shí)，應(yīng)先點(diǎn)焊和縫焊。焊前準(zhǔn)備焊前應(yīng)檢查焊機(jī)。要求電極升降平穩(wěn)無(wú)沖擊現(xiàn)象，壓力調(diào)節(jié)可靠，程序控制正常，變壓器級(jí)數(shù)閘刀接觸良好，冷卻水系統(tǒng)良好。零件和試樣的表面準(zhǔn)備零件和試樣的表面應(yīng)沒有保護(hù)層和污染物，可進(jìn)行酸洗或吹砂清理。吹砂時(shí)應(yīng)根據(jù)材料厚度選擇壓縮空氣壓力和砂粒大小，當(dāng)零件在空氣中經(jīng)過熱加工成形時(shí)，其表面的變色氧化層應(yīng)進(jìn)行吹砂清理。鈦合金待焊零件從表面處理到焊接應(yīng)<48h,否則需進(jìn)行再清理。經(jīng)加工過的零件，焊接處不應(yīng)有粗糙刀痕，表面粗糙度應(yīng)<Ra6.3pm。禁止使用氯化物溶劑或甲醇清洗鈦合金零件，經(jīng)清理后的零件應(yīng)用干凈牛皮紙包裝或覆蓋。3.4焊接規(guī)范參數(shù)選定在選定的焊機(jī)上，根據(jù)焊件的材料、厚度和組合要求，用工藝試樣按表3規(guī)定的內(nèi)容，通過試驗(yàn)選定焊件的具體焊接規(guī)范參數(shù)。表3中，要求氣密的縫焊接頭、縱向低倍試驗(yàn)至少有2個(gè)包含定位焊點(diǎn)；定位焊點(diǎn)熔核應(yīng)與焊縫良好熔合。表3選定焊接規(guī)范參數(shù)的檢驗(yàn)項(xiàng)目及試樣數(shù)量類別接頭級(jí)別焊點(diǎn)總數(shù)或焊縫總長(zhǎng)目視檢驗(yàn)X光檢驗(yàn)低倍試驗(yàn)強(qiáng)度試驗(yàn)點(diǎn)焊12325點(diǎn)13點(diǎn)5點(diǎn)100%100%5個(gè)3個(gè)2個(gè)20個(gè)10個(gè)3個(gè)縫焊123800mmx25mm100%100%縱向3個(gè)，橫向3個(gè)橫向2個(gè),縱向1個(gè)5個(gè)5個(gè)表3中試驗(yàn)結(jié)果有不合格時(shí)，應(yīng)調(diào)整焊接參數(shù)重新進(jìn)行試驗(yàn)，直至全部合格選出滿意的焊接參數(shù)為止，全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)記錄保存，并按選定的焊接規(guī)范參數(shù)焊接產(chǎn)品。對(duì)于已證明合格的1級(jí)焊縫焊接規(guī)范，自然適用于2級(jí)或3級(jí)焊縫；對(duì)于已證明合格的2級(jí)焊縫焊接規(guī)范，自然適用于3級(jí)焊縫。一臺(tái)焊機(jī)上的焊接規(guī)范，不能使用在另一臺(tái)沒有經(jīng)過驗(yàn)證的焊機(jī)上。如果焊接規(guī)范參數(shù)不能焊出滿意的零件，應(yīng)進(jìn)行重新選擇。零件的定位焊裝配中需修合的大型零件應(yīng)按夾具進(jìn)行預(yù)裝配，預(yù)裝配好的零件檢驗(yàn)后拆開，并成套進(jìn)行表面清理。準(zhǔn)備焊接的零件裝配后，其搭接面應(yīng)有良好的貼合，一般在裝配間隙S1mm、局部間隙＞1mm的情況下，如用手力可壓合，則允許間隙存在。在生產(chǎn)期間，當(dāng)改變?nèi)魏?個(gè)或更多焊接參數(shù)（焊接電流、電極壓力、所有的時(shí)間控制和縫焊機(jī)的滾焊速度）時(shí)，每個(gè)參數(shù)的最大偏差值應(yīng)《±5%;當(dāng)改變其中任何—個(gè)焊接參數(shù)時(shí)，最大偏差值應(yīng)《±10%,但應(yīng)保證獲得滿意的焊接質(zhì)量。定位焊點(diǎn)的位置分布和順序應(yīng)符合圖樣和技術(shù)文件的規(guī)定，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的剛度，防止變形?！阆群盖拾霃叫』蜓b配間隙較大的部位，大型零件可以從中間向兩端定位，焊點(diǎn)的間距一般為20~150mm。定位焊點(diǎn)是全部焊點(diǎn)的一部分，縫焊的定位焊點(diǎn)壓痕直徑應(yīng)為焊縫寬度的60%~80%。零件定位焊后，經(jīng)檢驗(yàn)合格方可焊接。零件的焊接每批焊件的首件應(yīng)采用選定的焊接規(guī)范參數(shù)進(jìn)行焊接，檢驗(yàn)合格后方可焊接成批零件。在焊接過程中應(yīng)注意：焊機(jī)上的氣壓和電源電壓在正常工作范圍內(nèi)，電極頭工作面保持清潔，形狀正常，無(wú)過熱現(xiàn)象，一般焊接10~50個(gè)焊點(diǎn)打磨1次；縫焊時(shí)，形成焊縫的各個(gè)焊點(diǎn)應(yīng)相互重疊，有氣密要求的焊縫重疊部分不小于焊點(diǎn)壓痕縱向尺寸的1/3，環(huán)形焊縫的始末搭接處應(yīng)重疊15-20mm；滾焊時(shí)應(yīng)采用外部水冷卻，焊接過程中，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷或設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)立即停工，查清原因并予以排除，然后用試樣驗(yàn)證規(guī)范。測(cè)試控制試驗(yàn)測(cè)試焊件應(yīng)在焊前準(zhǔn)備、定位焊、焊接和缺陷修補(bǔ)等工序進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)制定新的焊接規(guī)范時(shí)，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，并確定規(guī)范參數(shù)。每批焊件焊接開始和結(jié)束、每個(gè)焊接班組生產(chǎn)開始、中間（連續(xù)工作＞2h）和終止以及更換電極時(shí)，均應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)項(xiàng)目及試樣數(shù)量按表4規(guī)定。表4中，如果強(qiáng)度試驗(yàn)有困難，可用低倍檢驗(yàn)代替。X光檢驗(yàn)的焊件數(shù)量為：1級(jí)焊縫應(yīng)100%檢驗(yàn)；2級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行不小于焊件20%的抽檢，如不合格，則100%檢驗(yàn)。表4證明試樣的檢驗(yàn)項(xiàng)目類別接頭級(jí)別焊點(diǎn)總數(shù)或焊縫總長(zhǎng)外觀檢驗(yàn)撕破檢驗(yàn)低倍試驗(yàn)強(qiáng)度試驗(yàn)點(diǎn)焊12311點(diǎn)10點(diǎn)5點(diǎn)100%5點(diǎn)5點(diǎn)3點(diǎn)3點(diǎn)2點(diǎn)2點(diǎn)3點(diǎn)3點(diǎn)-縫焊123200mm100%100mm縱向2個(gè)，橫向1個(gè)橫向1個(gè)，縱向1個(gè)橫向1個(gè)-目視檢驗(yàn)用＜10倍的放大鏡對(duì)試樣和焊件進(jìn)行100%目視檢驗(yàn)。試樣和焊件上的焊點(diǎn)或焊縫不允許有外部裂紋、燒穿、燒傷、飛濺和板材邊緣的脹裂，所有焊件的板間間隙不大于總厚度的15%或0.15mm。板間間隙應(yīng)在距熔核中心1.5倍最小熔核直徑處測(cè)量。1、2級(jí)焊縫壓痕深度應(yīng)不超過單板厚度10%，3級(jí)焊縫不超過單板厚度15%，厚度比＞2的組合零件1、2級(jí)焊縫壓痕深度應(yīng)不超過薄板厚度15%，3級(jí)焊縫不超過薄板厚度20%，重復(fù)點(diǎn)焊、縫焊的壓痕深度可再增加5%。焊點(diǎn)分布和焊縫位置尺寸應(yīng)符合圖樣規(guī)定。焊點(diǎn)或焊縫偏移中心線的距離應(yīng)＜1.5mm,焊縫寬度應(yīng)均勻一致，在100mm焊縫長(zhǎng)度上，寬度偏差應(yīng)＜1mm?？p焊或連續(xù)點(diǎn)焊時(shí)，焊縫上焊點(diǎn)連續(xù)重疊應(yīng)分布均勻。在偏差處的單個(gè)長(zhǎng)度應(yīng)＜20mm,總長(zhǎng)不超過焊縫總長(zhǎng)的10%。當(dāng)有氣密要求時(shí)，相鄰焊點(diǎn)的重疊長(zhǎng)度不小于焊點(diǎn)壓痕縱向尺寸的35%。撕破檢驗(yàn)用于點(diǎn)焊或縫焊的撕破試樣按圖1和圖2所示制備。圖1縫焊撕破試樣圖2點(diǎn)焊撕破試樣撕破檢驗(yàn)焊點(diǎn)和焊縫時(shí)，應(yīng)在一側(cè)板材上撕成孔洞。當(dāng)材料厚度mm時(shí)，允許一側(cè)板材上撕成深度不小于厚度一半的凹坑。試樣撕破后,檢測(cè)留在一側(cè)板材接合面處凸起的焊點(diǎn)或焊縫,1、2級(jí)焊縫的撕破直徑或?qū)挾炔恍∮谌酆酥睆交驅(qū)挾鹊?5%,3級(jí)焊縫的撕破直徑或?qū)挾炔恍∮谌酆酥睆交驅(qū)挾鹊?5%,撕破試樣不應(yīng)有內(nèi)部飛濺。點(diǎn)焊時(shí),允許有熔核金屬擠出?？p焊不允許熔核金屬擠出,當(dāng)焊接接頭為3層或3層以上時(shí),撕破試驗(yàn)可用低倍試驗(yàn)代替。低倍檢驗(yàn)低倍檢驗(yàn)焊點(diǎn)和焊縫時(shí)，應(yīng)制備2~3個(gè)試樣。點(diǎn)焊證明試樣上不應(yīng)取第1個(gè)焊點(diǎn)作低倍試樣,縫焊低倍試樣,1個(gè)取縱截面,其余取橫截面。低倍試樣磨光腐蝕后,用＞25倍讀數(shù)放大鏡測(cè)量焊點(diǎn)熔核直徑或焊縫熔核寬度，以及焊透高度，并計(jì)算焊透率。熔核直徑或熔核寬度應(yīng)符合表5規(guī)定，當(dāng)圖樣或?qū)Ｓ梦募?duì)熔核尺寸有明確要求時(shí)，按圖樣或?qū)Ｓ梦募?guī)定檢驗(yàn)。對(duì)于厚度比＜2的組合零件，焊透率應(yīng)為30%~80%，對(duì)于厚度比A2的組合零件，焊透率應(yīng)為20%~80%，對(duì)于3層或3層以上的組合零件，焊透率按兩側(cè)外層板分別計(jì)算。表5焊點(diǎn)直徑、焊縫寬度及最小抗剪強(qiáng)度要求板厚/mm熔核最小直徑或?qū)挾?mm焊點(diǎn)最小抗剪強(qiáng)度/N?點(diǎn)-1(kgf?點(diǎn)-1)TA7、TC3、TC4、Ti-3AI-2.5VTA1、TA2、TC1、TC2、TA3縫焊接頭強(qiáng)度系數(shù)/%0.30.50.81.01.21.52.02.53.03.54.04.55.56.51270(130)2450(250)4400(450)6700(680)8300(850)12700(1300)17700(1800)980(100)1770(180)3540(360)4900(500)6400(650)9800(1000)12700(1300)＞902.53.07.58.522500(2300)26500(2700)15700(1600)18600(1900)縫焊縱截面試樣上應(yīng)形成連續(xù)重疊的焊點(diǎn)熔核。當(dāng)有氣密要求時(shí)，相鄰熔核的重疊部分應(yīng)不小于熔核縱向尺寸的1/3。試樣進(jìn)行低倍檢驗(yàn)時(shí)，熔核中允許存在＜0.5mm的氣孔和縮孔，但不允許存在裂紋和飛濺。X光檢驗(yàn)試樣進(jìn)行X光檢驗(yàn)時(shí)，允許存在＜0.5mm的氣孔和縮孔，但不允許存在飛濺、裂紋。1、2級(jí)焊縫的單個(gè)氣孔和縮孔最大線性尺寸不超過點(diǎn)焊熔核直徑或縫焊熔核寬度的15%，熔核中所有氣孔和縮孔的總面積不超過熔核面積的10%，且所有缺陷均不超出熔核中心區(qū)域。焊件的焊點(diǎn)或焊縫接頭中，超出上述各條規(guī)定的缺陷，其允許存在的數(shù)量按表6規(guī)定。表6中，過深壓痕指深度不超過單板厚度25%的壓痕；內(nèi)部裂紋指長(zhǎng)度不超過熔核直徑或?qū)挾?5%的內(nèi)部裂紋；有缺陷面焊點(diǎn)不應(yīng)集中在連續(xù)3個(gè)焊點(diǎn)中；百分?jǐn)?shù)為有缺陷的焊點(diǎn)數(shù)或焊縫長(zhǎng)度占焊點(diǎn)總數(shù)或焊縫總長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)。表6焊件允許存在和修補(bǔ)的缺陷數(shù)量缺陷名稱允許存在的缺陷數(shù)量/%1級(jí)2級(jí)3級(jí)允許修補(bǔ)的缺陷數(shù)量/%1級(jí)2級(jí)3級(jí)外部飛濺0000510燒穿000012板邊脹裂000035外部裂紋000038過大的間隙3510000過深壓痕35103815表面燒傷000135未熔合000125熔核過小0003510內(nèi)部飛濺1233510氣孔內(nèi)部裂紋04—58—缺陷總數(shù)51015101520強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行焊接接頭的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，每組試樣應(yīng)A5個(gè)。點(diǎn)焊單點(diǎn)抗剪強(qiáng)度應(yīng)符合表規(guī)定，縫焊接頭強(qiáng)度系數(shù)按下式計(jì)算：n=（ob接頭-ob母材（下限））x100%式中，n是強(qiáng)度系數(shù)，單位為％；ob接頭是縫焊接頭的抗拉強(qiáng)度，單位為MPa;ob母材（下限）是母材的抗拉強(qiáng)度下限，單位為MPa。不同厚度材料組合焊時(shí)，按薄板計(jì)算接頭強(qiáng)度。相同厚度不同材料組合焊時(shí)，按抗拉強(qiáng)度低的材料計(jì)算。不同厚度不同材料組合焊時(shí)，按承受載荷能力低的材料