304不锈钢点焊工艺参数优化设计材料专业.docx

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304不锈钢点焊工艺参数优化设计材料专业

304不锈钢点焊工艺参数优化设计

SpotWeldingParameterOptimizationDesignfor304StainlessSteel

设计题目：

304不锈钢点焊工艺参数优化设计

学生姓名：

学院名称：

机电学院

专业名称：

材料成型及控制工程

班级名称：

材料

学号：

指导教师：

教师职称：

完成时间：

20年月日

摘要

不锈钢具有优异的耐蚀性能以及特有的力学性能、物理性能和工艺性能，使不锈钢具有广泛的应用前景。

不锈钢在电阻点焊过程中极易产生飞溅，焊接接头处易出现结合面断裂，将直接影响焊接接头的质量。

本文针对上述问题，研究了304不锈钢电阻点焊接头的组织结构特点，分析了焊接电流、焊接时间、电极压力以及焊接过程中电阻点焊接头组织和性能的影响。

实验表明：

当焊接电流为焊接电流6KA，电极压力为4000N，焊接时间为7个周波时焊点性能最好。

关键词

304不锈钢电阻点焊微观组织力学性能

Abstract

Stainlesssteelwithexcellentcorrosionresistanceandspecialmechanical

properties,physicalpropertiesandprocessperformance,stainlesssteelhasabroadprospectofapplication

Stainlesssteelintheprocessofresistancespoteasilytohaveraineddown,weldi-

ngjointswithfaceeasyappearrupture,willdirectlyaffectthequalityoftheweldingjoint.Th-

isisarticleinviewoftheaboveproblems,304stainlesssteelresistancespotjointoftheorganizationalstructurecharacteristics,analyzedtheweldingcurrent,weldingti-

me,electrodepressureandweldingprocessofresistancespotjointorganizationandperformanceinfluence.Theexperimentshowedthatwhenweldingcurrentforweldingcurrent6KA,electrodepressurefor4000N,weldingtimefor7cycsolderjointperformanceisthebest.

Keyword:

304stainlesssteel;Resistancespotwelding;Microstructure;

Mechanicalproperties

1绪论

1.1选题背景及意义

轻量化、节能、环保和安全是当今世界汽车技术的重要发展方向。

材料及其相关应用技术是汽车工业技术创新的重要内容和物质基础。

轻量化材料和相关的应用技术在汽车上的应用是降低汽车排放和提高燃油经济性的有效措施之一。

汽车质量每减重0.1，燃油消耗可降低0.6-1.0%，全世界每年可以减少石油使用量3.4亿桶，CO:

气体排放2.02亿吨[1-2]

针对电阻点焊质量保证体系现状，研究高效、质量可靠、成本低、易操作、易实现焊接自动化，适用于大批量生产，获得表征焊接过程和质量的特征信息，保证焊接质量，同时校验对所学相关课程理论、技能的理解程度，再次是培养理论联系实际的良好作风。

在汽车制造业中，电阻点焊仍是主要的生产工艺。

它具有高效、价格低及易于实现自动化焊接的特点。

电阻点焊广泛应用于低碳钢、高强钢[3]和镀层钢等焊接。

在法国、英国等国家为了减轻汽车的质量、改善油耗，则采用轻金属材料，如铝合金[4]。

然而，不同的材料及不同的板厚，需要不同的点焊规范参数与之相配合，以达到最佳的力学性能和工艺性能。

因此，采用好的优化设计方法，选择最佳焊接工艺参数对于深入理解电阻点焊接头强度的意义、正确选择连接工艺、指导汽车制造具有重要意义

1.2电阻点焊技术及当前发展状况

点焊作为一门机械、力学、电子、控制等多学科密集交叉的专门制造技术，其发展与其他科技的进步息息相关。

随着我国制造技术自动化程度的日益提高，对点焊接头的质量的可靠性也提出了更高的要求，因此如何采用精确控制方法来监控电阻电焊过程，以满足现代化生产的需要已经成为电阻电焊质量控制研究的重点。

点焊是一个高密度非线性、多变量耦合作用和存在大量随机不确定因素的过程，而且形核处于封闭状态且无法观测，质量信息的提取难度也非常大。

影响电阻电焊质量的因素很多，包括接头设计、材料性能、工艺方法选择电阻焊设备的可靠性与稳定性，甚至还包括焊工操作水品和生产环境，这些因素都使得焊接过程复杂程度增加，是质量控制变得非常困难。

而且随着电阻点焊应用领域的不断扩展和深入，对焊接质量也提出了越来越高的要求[5]

近年来随着汽车车辆、航空航天、建筑、运输以及轻工家电等工业的飞速发展，相应的工业产品在其材料、结构及应用领域上不断更新和发展，对产品的加工质量要求不断提高，

作为这些工业产品制造中的一种广泛使用的材料加工工艺——电阻焊也受到了很大的挑战。

由于电阻焊过程相当复杂，包含了多种影响因素，例如：

被焊材料、电流、电极压力、通电时间、电极端面形状及尺寸、分流、焊点离边缘的距离、板厚、工件表面状态等，而且这些因素之间互相联系，有一定的交互作用。

同时，加之焊接过程中熔核的不可救性及焊接过程进行的瞬时性，给焊接质量控制带来较大的困难。

为了适应新材料、新工艺。

新产品在工业上开发应用的需要，以使电阻焊工艺及设备能满足现代化生产的要求，近十年来，各国焊接界在电阻焊工艺和设备控制方面做了大量的工作，主要集中在以下几方面:

[6]

（1）电阻焊过程的计算机模拟研究

（2）新型材料的可焊性研究

（3）电阻焊质量监控方法研究

电阻点焊是一个高度非线性、多变量耦合作用和存在大量随机不确定因素的过程，而且形核处于封闭状态无法观测，质量信息提取难度非常大。

影响电阻点焊的质量因素很多，包括接头设计、材料性能、工艺方法选择、电阻焊设备的可靠性和稳定性，甚至还包括焊工技能水平和和生产环境，这些都使得焊接过程复杂程度增加，使质量控制变的非常困难。

而且随着电阻点焊应用领域的不断扩展和深入，对焊接质量也提出越来越高的要求。

在早期的点焊控制研究中，工作重点主要是寻找能够反映烙核形成的参量作为质量控制的被控制纨这些方法虽然有优点，但也在不同程度上存在局限性，难以获得满意的控制效果。

原来的经典控制手段难以获得满意的焊接质量。

点焊过程控制已由宏观向微观、由简单控制向智能控制发展[7]

1.2.1电阻点焊定义

电阻点焊（ResistanceSpotWelding，简称RSW）是较受汽车工业青睐且应用较为一泛的传统材料连接技术之一。

把工件装配成搭接接头，将其压紧于上下电极之间，刊用瞬时电流通过工件时产生的电阻热熔化母材金属，经冷却后形成焊点的焊接方法即为电阻点焊【8】。

1.2.2点焊相变原理

熔核、塑性环及其周围母材金属的1部分构成了点焊接头。

在良好的点焊焊接循环条件下，接头的形成过程是预压、通电加热和冷却结晶3个连续阶段所组成。

图1-1点焊原理图

（1）预压阶段：

在电极压力的作用下清除1部分接触表面的不平和氧化膜，形成物理触点，为焊接电流的顺利通过及表面原子的键合作准备。

（2）通电加热阶段：

在热与机械力作用下形成塑性环、熔核，并随着通电加热的进行而长大，直到获得需要的熔核尺寸。

通电刚开始，由于边缘效应，使焊件接触面边缘处温度首先升高，接着由于金属加热膨胀，接触面和电流场均扩展并伴有绕流现象，而靠近电极的焊接区金属散热较有利，从而在焊接区内形成了回转双曲面的加热区，其周围产生了较大的塑性变形。

随着通电加热的持续，电极与工件接触表面增加，表面金属的冷却增强，而焊接区中心部位由于散热困难温度继续升高，形成被塑性环包围的回转4方形液态熔核。

继续延长通电时间，塑性环和熔核不断长大。

当焊接温度场进入准稳态时，最终获得椭圆形液态熔核，周围是将熔核紧紧包围的塑性环。

（3）冷却结晶阶段：

使液态熔核在压力作用下冷却结晶。

由于材质和焊接规范特征不同，熔核的凝固组织可有3种：

柱状组织、等轴组织、“柱状+等轴”组织。

由于点焊加热集中、温度分布陡、加热与冷却速度极快，若焊接参数选用不当，在结晶过程中会出现裂纹、胡须、缩孔、结合线伸入等缺陷，可通过减慢冷却速度和段压力等措施来防止缺陷产生。

1.2.3电阻点焊的应用

电阻点焊是一种高速、经济的重要连接方法，适用于制造可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件[9]。

电阻点焊作为焊接科学技术的一个重要分支，广泛应用于航空、航天、能源、电子、车辆及轻工等部门。

每年约占世界总焊接量的1／3都是用压力焊来完成的，并有上升的趋势目前，电阻点焊被广泛应用于汽车驾驶室、轿车车身、飞机机翼、航空发动机扰流器、建筑用钢网、家用电器如电冰箱、洗衣机，电风扇以及电炉、家具等薄板冲压焊接结构的生产。

现代计算机技术的突飞猛进大大提高了电阻焊机的控制水平。

特别是在点焊方面，国内外许多公司已采用计算机控制技术，来实现焊接质量监控与群控，使点焊质量更加可靠。

如OBM_0120型微处理机在汽车车门玻璃导轨多点焊机中的应用，效果良好。

美国、日本早在20世纪7O年代韧就将点焊机器人用于汽车生产线。

而具有视觉触觉等传感器的第二代点焊机器人已完全成熟，它们完全采用计算机控制技术和电伺服驱动，如IR761／125型点焊机器人在汽车驾驶室生产线上的广泛应用。

随着科学技术的发展，电阻点焊作为压力焊中一种重要的焊接技术，越来越受到世界焊接界的青睐，焊接自动化和计算机技术的发展将为点焊技术的发展提供广阔的发展空间。

1.2.4电阻点焊的焊接参数及其间的相互关系

点焊参数主要有焊接电流、焊接通电时间、电极压力和电极尺寸。

（1）焊接电流析出热量与电流的平方成正比，所以焊接电流对焊点性能影响敏感。

再其他参数不变时，当电流小于某值熔核不能形成，超过此值后，随电流增加熔核快速增大，焊点强度上升，而后因散热量的增大而熔核增长速度减慢。

如进一步提高电流则导致产生飞溅，焊点强度反而下降，在实际生产中，焊接电流的波动有时甚大，其原因有：

电网电压本身波动或多台焊机同时通电，铁磁体焊件深入焊接回路得变化，前点对后点的分流等。

除选择对焊接电流变化较不敏感的参数外，解决上述问题的方法是反馈控制。

（2）焊接时间通电时间的长短直接影响输入热量的大小，在目前广为采用的同期控制点焊机上，通电时间是周（我国一周为20ms）的整数倍。

再其他参数固定的情况下，只有通电时间超过某最小值时才开始出现熔核，而后随通电时间的增长，熔核先快速增大，拉剪力也提高。

当选用的电流适中时，进一步增加通电时间熔核增长变慢，渐趋稳定。

但由于加热时间过长，组织变差，正压力下降，会对塑性指标下降，当选用的电流较大时，则熔核长大到一定极限后产生飞溅。

（3）电极压力电极压力的大小一方面影响电阻的数，从而影响析热量的多少，另一方面影响焊件向电极的散热情况，过小的电极压力将导致电阻增大，析热量过多切散热较差，引起前期飞溅；过大的电极压力将导致电阻减小，析热量少，散热良好，熔核尺寸缩小，