缝焊方法及工艺介绍

    缝焊是用一对滚盘电极代替点焊的圆柱形电极，与工件作相对运动，从而产生一个个熔核相互搭叠的密封焊缝的焊接方法。

    缝焊广泛应用于油桶、罐头罐、暖气片、飞机和汽车油箱，以及喷气发动机、火箭、导弹中密封容器的薄板焊接。

缝焊电极

    缝焊用的电极是圆形的滚盘，滚盘的直径一般为50-600mm，常用的直径为180-250mm。滚盘厚度为10-20mm。接触表面形状有圆柱面和球面两种，个别情况下采用圆锥面（如图12-1）。圆柱面滚盘除双侧倒角的形式外，还可以做成单测倒角的形式，以适应折边接头的缝焊。接触表面宽度ω视工件厚度不同为3-10mm，球面半径R为25-200mm。圆柱面滚盘广泛用于焊接各种钢和高温合金，球面滚盘因易于散热、压痕过渡均匀，常用于轻合金的焊接。

    滚盘通常采用外部冷却方式。焊接有色金属和不锈钢时，用清洁的自来水即可，焊接一般钢时，为防止生锈，常用含5%硼砂的水溶液冷却。滚盘有时也采用内部循环水冷却，特别是焊接铝合金的焊机，但其构造要复杂得多。

缝焊方法

    按滚盘转动与馈电方式分，缝焊可分为连续缝焊、断续缝焊和步进缝焊。

    连续缝焊时，滚盘连续转动，电流不断通过工件。这种方法易使工件表面过热，电极磨损严重，因而很少使用。但在高速缝焊时（4-15m/min）50Hz交流电的每半周将形成一个焊点，交流电过零时相当于休止时间，这又近似于下述的断续缝焊，因而在制缸、制桶工业中获得应用。

    断续缝焊时，滚盘连续转动，电流断续通过工件，形成的焊缝由彼此搭迭的熔核组成。由于电流断续通过，在休止时间内，滚盘和工件得以冷却，因而可以提高滚盘寿命、减小热影响区宽度和工件变形，获得较优的焊接质量。这种方法已被广泛应用于1.5mm以下的各种钢、高温合金和钛合金的缝焊。断续缝焊时，由于滚盘不断离开焊接区，熔核在压力减小的情况下结晶，因此很容易产生表面过热、缩孔和裂纹（如在焊接高温合金时）。尽管在焊点搭叠量超过熔核长度50%时，后一点的熔化金属可以填充前一点的缩孔，但最后一点的缩孔是难以避免的。不过目前国内研制的微机控制箱，能够在焊缝收尾部分逐点减少焊接电流，从而解决了这一难题。

    步进缝焊时，滚盘断续转动，电流在工件不动时通过工件，由于金属的熔化和结晶均在滚盘不动时进行，改善了散热和压固条件，因而可以更有效地提高焊接质量，延长滚盘寿命。这种方法多于铝、镁合金的缝焊。用于缝焊高温合金，也能有效地提高焊接质量，但因国内这种类型的交流焊机很少，因而未获应用。当焊接硬铝。以及厚度为4+4mm以上的各种金属时，必须采用步进缝焊，以便形成每一个焊点时都能像点焊一样施加锻压力，或同时采用暖冷脉冲。但后一种情况很少使用。

    按接头型式分，缝焊可分为搭接缝焊、压平缝焊、垫箔对接缝焊、铜线电极缝焊等。

    搭接缝焊同点焊一样，搭接接头可用一对滚盘或用一个滚盘和一根芯轴电极进行缝焊。接头的最小搭接量与点焊相同。

    搭接缝焊除常用的双面缝焊外，还有单面单缝缝焊、单面双缝缝焊和小直径圆周缝焊等。小直径圆周缝焊可采用1、偏离加压轴线的滚盘电极；2、横向缝焊机上附加一定位装置；3、采用环形电极，电极的工件表面呈锥形，锥尖必须落在小直径圆周焊缝中心，以消除电极在工件上的滑移。

    压平缝焊时的搭接量比一般缝焊时要小得多，约为板厚的1-1.5倍，焊接时同时压平接头，焊后的接头厚度为板厚的1.2-1.5倍。通常采用圆柱形面的滚盘，其宽度应全部覆盖接头的搭接部分。焊接时要使用较大的焊接压力和连续的电流。为了获得稳定的焊接质量，必须精确地控制搭接量。通常要将工件牢固夹紧或用定位焊预先固定。这种方法可以获得具有良好外观的焊缝，常用于低碳钢和不锈钢制成的食品容器和冷冻机衬套等产品的焊接。

    垫箔对接缝焊是解决厚板缝焊的一种方法。因为当板厚达3mm时，若采用常规搭接缝焊，就必须用很慢的焊接速度，较大的焊接电流和电极压力，这会引起工件表面过热和电极粘附，使焊接困难。若用垫箔缝焊，就可以克服这些困难。垫箔对接缝焊简单介绍：先将面板件边缘对接，并在接头通过滚盘时，不断地将两条箔带铺垫于滚盘和板件之间。箔带的厚度为0.2-0.3mm，宽度为4-6mm.由于箔带增加了焊接区的电阻，并使散热困难，因而有利于熔核的形成。这种方法的优点是：接头有较平缓的加强高；良好的外观；不管板厚如何箔带的厚度均相同；不易产生飞溅，因而对应于一定电流的电极压力均应相同；不易产生飞溅，因而对应于一定电流的电极压力均可减小一半；焊接区变形小。其缺点是：对接精度要求高；焊接时必须准备地将箔带铺垫于滚盘与工件间，增加了自动化的困难。

    铜线电极缝焊是解决镀层钢板缝焊时，镀层粘着滚盘的有效方法。焊接时，将圆铜线不断地送到滚盘与板件之间。铜线呈卷状连续输送，经过滚盘后又连续绕在另一绕线盘上。镀层仅粘附铜线上，而不会污染滚盘。虽然铜线用过后要报废。但镀层钢板、特别是镀锡钢板，还没有别的缝焊方法可以代替它。由于报废铜线的售价与铜线相差不多，所以焊接成本并不高。这种方法主要用于制造食品罐。

    我国最近生产的FHGX-1型罐身电阻焊自动线，是这一方法的最新发展。铜线在送至滚盘前先扎成扁平线。搭接接头和压平缝焊一样（如图12-7b）。铜线用完后又自动切成短段回收。这种方法的焊接速度非常高，板厚0.2mm时，焊速可达15m/min。自动线包括板件的送进、成形、焊接、焊缝的涂漆和烘干。

缝焊工艺

    一、工艺参数对缝焊质量的影响

    缝焊接头的形成本质上与点焊相同，因而影响焊接质量的诸因数也是类似的。主要有焊接电流、电极压力、焊接时间、休止时间、焊接速度和滚盘直径等。

    1、焊接电流

    缝焊形成熔核所需的热量来源与点焊相同，都是利用电流通过焊接区电阻产生的热量。在其他条件给定的情况下，焊接电流的大小决定了熔核的焊透率和重叠量。在焊接低碳钢时，熔核平均焊透率为钢板厚度的30-70%，以45-50%为最佳。为了获得气密缝焊熔核重叠量应不小于15-20%。

    当焊接电流超过某一定值时，继续增大电流只能增大熔核的焊透率和重迭量而不会提高接头强度，这是不经济的。如果电流过大，还会产生压痕过深和焊接烧穿等缺陷。

    焊缝时由于熔核互相重叠而引起较大分流，因此，焊接电流通常比点焊时增大15-40%。

    2、电极压力

    缝焊时电极压力对熔核尺寸的影响与点焊一致。电极压力过高会使压痕过深，同时会加速滚盘的变形和损耗。压力不足则易产生缩孔，并会因接触电阻过大易使滚盘烧损而缩短其使用寿命。

    3、焊接时间和休止时间

    缝焊时，主要通过焊接时间控制熔核尺寸，通过冷却时间控制重叠量。在较低的焊接速度时，焊接与休止时间之比为1.25:1-2:1，可获得满意结果。当焊接速度增加时，焊点间距增加，此时要获得重叠量相同的焊缝，就必须增大比例。为此，在较高焊接速度时，焊接与休止时间之比为3:1或更高。

    4、焊接速度

    焊接速度与被焊金属、板件厚度、以及对焊缝强度和质量的要求等有关。通常在焊接不锈钢、高温合金和有色金属时，为了避免飞溅和获得致密性高的焊缝，必须采用较低的焊接速度。有时还采用步进缝焊，使熔核形成的全过程均在滚盘停止的情况下进行。这种缝焊的焊接速度要比常用的断续缝焊低得多。

    焊接速度决定了滚盘与板件的接触面积、以及滚盘与加热部位的接触时间，因而影响了接头的加热和散热。当焊接速度增大时，为了获得足够的热量，必须增大焊接电流。过大的焊接速度会引起板件表面烧损和电极粘附，因而即使采用外部水冷却，焊接速度也要受到限制。

    二、缝焊工艺参数的选择

    与点焊相似，主要是根据被焊金属的性能、厚度、质量要求和设备条件来选择的。通常可参考已有的推荐数据初步确定，在通过工艺试验加以修正。

    滚盘尺寸的选择与点焊电极尺寸的选择原则一致。为减小搭边尺寸，减轻结构重量，提高热量效率，减小焊机功率，近年来多采用接触面宽度为3-5mm的窄边滚盘。

    滚盘的直径和板件的曲率半径均影响滚盘与板件的接触面积，从而影响电流场的的分布与散热，并导致熔核位置的偏移。当焊盘直径不同而板件厚度相同时。熔核将偏向小直径滚盘一边。滚盘直径和板件厚度均相同，而板件呈弯曲形状时，则熔核偏向板件凸向电极的一边。

    不同厚度或不同材料缝焊时，熔核偏移的方向和纠正熔核偏移的方法也类似于点焊，可采用不同的滚盘直径和宽度，不同的滚盘材料，以及在滚盘与板件间加垫片等。

    在不同厚度板件缝焊时，由于经过已焊好的焊缝区有显著的分流，可以减小熔核向厚件的偏移。但在厚度差较大时，薄件的焊透率仍然是不足的，必须采用上述纠正熔核偏移的措施。例如在薄件一边采用导电性较低的铜合金做滚盘，并将其宽度和直径也做得小一些。

    缝焊接头的设计

    缝焊的接头型式、搭边宽度与点焊类似（压平缝焊与垫箔对接缝焊的接头例外）。

    滚盘不象点焊电极那样可以做成特殊形状，因此设计缝焊结构时，必须注意滚盘的可达性。

    当焊接小曲率半径工件时，由于内侧滚盘半径的减小受到一定限制，必然会造成熔核向外测偏移，甚至使外侧板件未焊透。为此应避免设计曲率半径过小的工件。如果在一个工件上既有平直部分，又有曲率半径很小的部分，如摩托车油箱那样。为了防止小曲率半径处的焊接未焊透，可以在焊到此部位时，增大焊接电流。这在微机控制的焊机上尤其容易实现。

    常用金属的缝焊

    一、低碳钢的缝焊

    低碳钢是焊接性最好的缝焊材料。低碳钢搭接缝焊根据使用目的和用途可采用高速、中速和低速三种方案。下表为低碳钢搭接缝焊的焊接条件。手动移动工件时，对便于对准预定的焊缝位置，多采用中速。自动焊接时，如焊机的容量足够，可以采用高速或更高的速度。如焊机容量不够，不降低速度就不能保证足够大的熔宽和熔深时，就只能采用低速。

低碳钢缝焊的焊接条件

下面两表为连续通电的低碳钢压平缝焊和垫箔缝焊的焊接条件。

                 低碳钢缝焊的焊接条件

                低碳钢垫箔缝焊的焊接条件

    二、淬火合金钢的缝焊

    可淬硬合金钢缝焊时，为消除淬火组织，也需要采用焊后回火的双脉冲加热方式。在焊接和回火时，工件应停止移动，即应在步进缝焊焊机上进行。如果缺少这种设备，只能在断续缝焊机上进行时，建议采用焊接时间较长，弱条件。下表是焊接地合金钢采用这种条件的推荐值。

低合金钢缝焊的焊接条件

   注：滚盘直径为150-200mm

 镀层钢板的缝焊

    1、镀锌钢板的缝焊

    镀锌钢板缝焊时，应注意防止产生裂纹，破坏焊缝的气密性。裂纹产生的原因是残留在熔核内和扩散到热影响区的锌使接头脆化，手盈受应力作用而引起的。防止裂纹的方法是正确选择工艺参数。试验证明，焊透率越小（10-26%），裂纹缺陷就越小。缝焊速度高时，散热条件差、表面过热、熔深大，则易产生裂纹。一般在保证熔核直径和接头强度的条件下，应尽量选用小电流、低焊速和强烈的外部水冷。

    滚盘易采用花钢轮传动，以便随时修整滚盘尺寸并清理其表面。下表为镀锌钢板缝焊的焊接条件。

各种镀锌钢板缝焊的焊接条件

2.镀铝钢板的缝焊

    第一类镀锌钢板缝焊的焊接条件见下表：

镀铝钢板缝焊的焊接条件

对于第二类镀铝钢板，也和点焊一样，必须将电流增大15-20%。由于粘附现象比镀锌钢板还严重，因此必须经常修整滚盘。

    3.镀铝钢板的缝焊

    镀铝钢板对汽油有耐蚀性，故常用作汽车油箱。镀铅钢板的缝焊与镀锌钢板一样，主要也是裂纹问题，其工艺参数可参考下表：

镀铅钢板缝焊的焊接条件

    四、不锈钢和高温合金的缝焊

    不锈钢缝焊困难较少，通常在交流焊接上进行。下表是不锈钢缝焊的焊接条件：

不锈钢（1cr18Ni9Ti）缝焊的焊接条件（HB/Z78-84）

    高温合金缝焊时，由于电阻率高和缝焊的重复加热，更容易产生结晶偏析和过热组织，甚至使工件表面挤出毛刺，为此应采用很慢的焊接速度、较长的休止时间以利于散热。下表为高温合金缝焊的焊接条件：

高温合金（GH33、GH35、GH39、GH44）缝焊的焊接条件

    五、有色金属的缝焊

    1、铝合金的缝焊

    铝合金缝焊时，由于电导率高、分流严重，焊接电流要比点焊时提高15-50%，电极压力提高10%。又因大功率单相交流缝焊机会产生严重影响电网三相负荷的均衡性，因此国内铝合金缝焊均采用三相供电的直流脉冲或次级整流步进焊机。下表是在FJ-400型直流脉冲缝焊机上焊接铝合金的焊接条件：

铝合金缝焊的焊接条件

为了加强散热，铝合金缝焊应尽量采用球形端面滚盘，并必须用外部水冷。

     2、铜和铜合金的缝焊

    铜和铜合金由于电导率和热导率高，几乎不能采用缝焊。对于电导率低的铜合金，如磷青铜、硅青铜和铝青铜等可以缝焊，但需要采用比低碳钢高的电流和较低的电极压力。

    3、钛及其合金的缝焊

    钛及其合金缝焊时没有太大的困难，其焊接条件与不锈钢大致相同，但电极压力要低一些。

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