打开文本图片集

摘要：为开发极限规格产品，分析不同焊接因素对焊接质量的影响，通过对比不同参数下的焊缝质量，确定2.0mm厚度带钢的最佳焊接参数，提高焊缝质量的可靠性。

关键词：窄搭接电阻焊、焊接参数、杯凸实验

0. 引言

焊缝质量决定着连续镀锌线能否稳定运行，焊缝断带对于连续生产线会导致重大的停车事故，严重影响产线节奏。清洗段内的断带需要将清洗槽内的碱液放完才能进行处理，而连退炉内断带，更需要经历打开炉盖、炉内降温、带头尾焊接以及炉盖关闭、炉子升温的过程，整个程序需要约20小时的处理时间，严重影响产能，并产生大量废品等，长时间的停车造成能源、人工等成本损失。因此焊缝质量是影响产线的稳定运行及产能的关键因素。

邯钢冷基镀锌线使用的焊机为窄搭接电阻焊，目前厚规格带钢的焊缝质量难以满足厚规格批量生产的需求。焊缝质量主要受焊接带头尾的对中效果、焊机夹持板的稳定性、焊轮表面质量、焊接电流、焊轮压力及前后卷厚度差、板形及表面洁净度等因素影响[1]。需要研究影响焊接质量的关键因素，通过不断优化焊接参数，找到适合本焊机2.0mm厚度带钢的最佳焊接参数，提高焊接的稳定性，保证焊缝质量，满足产线连续稳定生产。

1. 焊接参数对焊缝质量的影响

本产线采用窄搭接电阻焊机，将前后两卷带钢头尾焊接在一起，实现全连续生产。生产对焊缝质量的要求是焊缝强度高（尤其是抗剪强度）、平滑、焊缝与带钢本体的厚度差小及焊接过程稳定等。

窄搭接焊机的焊接原理是将两块带钢通以适当电流，在材料自身的电阻、带钢之间及带钢与电极（铜合金焊轮）的接触部分的电阻上产生热量，最终实现带钢部分熔化而焊接到一起。

根据焦耳定律，焊接时作用在带钢上的热量为：

Q= I2·R·T

式中Q为焊接时产生的热量，I为焊接电流，R为焊接区域的电阻，T为通电时间。

又因为电阻R=ρ·L/S

其中ρ为被焊接带钢的电阻率，L为焊接时上下焊轮间的电阻的长度即两带钢搭接处的厚度，S为焊接时前后带钢的搭接量[2]。

焊接电流与产生的热量是二次方关系，产线采用恒电流模式，根据带钢的厚度调整焊接电流。

当焊接的带钢厚度确定后，电阻就主要受焊轮压力的影响，焊轮压力会使氧化膜压破，使粗糙表面的接触面积增加，数量增多，从而使接触电阻减小;在温度较高时，焊轮压力的增加会使带钢结合表面产生塑性变形，接触面积增加的效果更大，对电阻减小的影响也变大[3]。接触电阻主要受带钢表面清洁度的影响，一般不做考虑。

焊接时间与产生的热量成正比，焊接时间越长，产热量就越大。一般情况下带钢较厚时，会放慢焊接速度，从而延长焊接时间增长，增加产热量。

另外，焊轮直径的大小也会在一定程度上影响焊接质量，焊轮直径越小，它与带钢的接触面积减小，电流密度增加，焊缝质量不能保证。

2.实验方案及分析

试验材料为2.0mm厚度的DC01钢种镀锌原料卷，使用冷基镀锌线的窄搭接电阻焊进行焊接，运用控制变量法对焊接电流、焊轮压力、搭接量等参数进行调整制定焊接工艺方案，见表2.1。试验编号1#、2#、3#的焊缝外观形貌基本相同，都是相对平滑且焊缝位置厚度与带钢前后厚度基本一致，前后无明显高度差。对比这三个试验，在搭接量、焊轮压力、焊接速度及碾压轮压力都相同的情况下，焊接电流为28时焊接过程中焊缝颜色偏暗，焊接完成后焊轮表面正常;焊接电流为30时焊缝颜色为正常的红色，焊接完成后焊轮表面无明显变化;而焊接电流为32时焊缝颜色相对发亮且耀眼，同时焊接完成后焊轮表面出现明显的结渣。用橡皮锤敲击三个焊缝的两端及中间三个位置，未出现开裂情况。

随后对三个焊缝分别进行杯凸试验，1#焊缝断裂位置与焊缝平齐，无垂直焊缝方向的开裂，且断裂位置呈现出，即焊接产热量偏低导致接触处的熔融效果差，实质为未熔化焊接，焊缝质量较差，不能满足生产需要;2#焊缝外观平直，杯凸断裂位置基本与焊缝垂直，基本无与焊缝水平的开裂，是正常熔化的表现，对比1#焊缝，焊接电流的增加，使两块带钢接触处的熔核宽度增加，焊透性增强，抗剪强度大幅提升，焊缝质量能够满足生产需要;3#焊缝杯凸开裂位置与焊缝垂直且无明显水平开裂，断口颜色基本与基板断裂形貌一致，两块带钢呈现良好的熔融状态，但是在焊接过程中出现了“炸火”现象，对焊轮的寿命有不利影响，这表明3#焊缝的焊接电流偏大，焊接熔核尺寸过大导致塑性环尺寸减小，抗剪强度相对降低，同时相对于2#焊缝呈现出了更粗糙的表面形貌，在后续的运行过程中存在硌伤辊系的风险。

对比2#、4#、5#试验，在焊接过程中，4#焊缝呈现出亮红且发黄色光芒并伴随轻微“炸火”现象，即4#试验焊接速度偏慢，焊接时间T偏大，焊接产生的热量Q偏高，对焊缝质量及焊轮寿命都有不利影响;5#试验中焊缝呈现出暗红色光芒，即焊接产热Q偏低，不能保证焊缝强度，存在开裂风险。对比2#、6#、7#试验，焊接过程中基本无区别，即在2.0mm钢板焊接过程中，焊轮压力因素在一定范围内对焊接质量的影响较小，一般认为随着焊轮压力的增加，焊轮与带钢之间、带钢与带钢之间的接触电阻会变小，总电阻R变小，产热量Q相对降低，导致焊缝抗剪强度有所下降。

产线在后续生产中采用了2#试验参数，焊缝质量稳定，未出现焊缝开裂的情况，满足正常稳定生产的需要。

3.结论

（1）焊接电流、焊接速度、焊轮压力等因素都会对焊缝质量都有一定影响，其中焊接电流影响最大;在一定范围内，焊轮压力的变化基本不会影响焊接质量。

（2）通过观察焊接过程中的颜色、焊缝形貌、进行杯凸试验检测等手段，采用30kA焊接电流、8m/s的焊接速度可以得到质量稳定良好的焊缝，满足产线正常生产。

参考文献

[1] 詹三林，赵海强，桂国.一种先进高强钢搭接焊焊缝加热对接头性能的影响[J].《热加工工艺》， 2020，49（15）：25-31.

[2] 张彩云.电阻焊接技术及其应用设备[J].电子工艺技术，2003，14（5）：245-246.

[3] 许秀飞.钢带热镀锌技术问答[M].北京：化学工业出版社，2007：58-62.

作者简介：关少康（1992-  ），男，工程师，硕士研究生，2017年毕业于河北工业大学材料学专业，现在河钢集团邯钢冷轧厂涂镀车间从事热镀锌技术管理工作