缝焊技术原理简析

高锦春 许佳明

摘要： 玉门油田综合服务处制桶厂生产的包装钢桶，不仅成了玉门炼化总厂的产品形象，更是其产品质量保证的组成部分。一方面，钢桶外观一定要漂亮，另一方面，低分子油品的超强渗透力要求钢桶的密封效果好，否则在油品贮存甚至装运过程中就会出现油品渗漏和污染现象。所以，制桶厂在钢桶的制造历程上是一路颠颠簸簸，不断改进其制造工序和工艺，而缝悍作为其中的工序之一在其制造过程中起非常重要的作用，于是缝焊机技术的运用便成钢桶质量的最关键之一。

关键词： 缝焊机；焊接电流；电极压力；焊接速度

0 引言

缝焊是金属包装物在生产上的一个重要工艺，其缝焊质量的好坏是影响钢桶质量的关键因素，在质量管理中一般将该工序定为特殊工序加以控制，因此，钢桶生产过程中如何提高缝焊质量就显得十分重要。

随着缝焊机发展到今日，对焊机的使用要求越来越高。在几年的工作经验中，不同规格规模的缝焊机上遇到各种问题，现从焊接理论、机械原理、实际操作等几个方面进行探讨。

1 焊接电流、电极压力、焊接速度对桶身焊缝质量的影响

钢桶桶身的焊接原理是电阻焊。所谓的电阻焊是指将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。焊接热量的公式：

Q=I2Rt…………（1）

式中：Q-产生的热量（J）；I-焊接电流（A）；R-电极间电阻（Ω）；t-焊接时间（s）

电极间电阻R包括工件本身电阻R1，电极与工件间接触电租R2，两工件间接触电阻R3，即

R=2R1+2R2+R3…………（2）

从公式（1）中可以看出，影响桶身焊接质量的因素有焊接电流、电极间的电阻、通电焊接时间，而从公式（2）中可以看出电极间电阻由焊接件材料本身因素R1、电极与工件间接触电租R2、两工件间接触电阻R3决定，其中电极压力大小同时决定着R2和R3，另外，焊接速度决定通电时间。因此，当焊接材料规定时，影响焊接质量的主要工艺参数为：焊接电流、电极压力、焊接速度。

1.1 焊接电流。从公式（1）可见，桶身缝焊形成熔核所需的热量， 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。在焊接钢桶桶身时，熔核平均焊透率为钢板厚度的30%-70%，以45%-50%为最佳，熔核重叠量应不小于15%-20%。

电流的变化对产热的影响比电阻和时间两者都大，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叠量，而不会提高接头强度，这是不经济的。另外，如果电流过大，还会产生桶身压痕过深和桶身焊缝烧穿等缺陷。因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。

1.2 焊接速度。为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以互为补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间，也可以采用小电流和长时间。如何选用，则取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。但对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都仍有一个上、下限，超过此限，将无法形成合格的熔核，同时， 过大的焊接速度会引起桶身表面烧损和电极粘附。

1.3 电极压力。桶身缝焊时电极压力对两电极间总电阻R有显著影响，随着电极压力的增大，R显著减小。因此，焊点强度总是随着电极压力的增大而降低。在增大电极压力的同时，增大焊接电流或延长焊接时间，以弥补电阻减小的影响，可以保持焊点强度不变。采用这种焊接条件有利于提高焊点强度的稳定性，但电极压力过小，将引起飞溅，也会使焊点强度降低。

2 焊机机械部分对桶身焊接质量的影响基本上是对电极电阻的影响

首先，在我们现在使用的国产200L钢桶缝焊机（FN1-150型）中，桶身托料架的高低直接改变了桶身焊接时的电极压力大小。如果桶身托料架过高，电极压力增大，焊接出的桶身有明显的压痕，且焊缝端头长距离有凹进去的现象，又缘于电极压力增大，焊接强度降低，容易出现渗漏或翻边破裂现象；如果桶身托料架过低，电极压力减小，焊接出的桶身焊缝外过高，会产生明显的桃形现象，此时电极压力减小，焊接热量因电阻R的增大而增大，产生烧穿或飞溅现象，也容易出现渗漏或翻边破裂现象；如果桶身托料架两头高低不平，会由于焊接过程中电极间压力大小变化而引起桶身焊缝端头焊接强度的大小不同，故而渗漏或破裂。这种机械影响在国内现行生产的全自动缝焊机中也常见到，例如精校环（或粗校环）调节位置高低引起的焊接热量的改变。

其次，缝焊轮运转的稳定性和上下两个焊轮的对接程度对焊接热量影响。焊轮的稳定性会影响到电极压力的稳定性，并且会导致焊轮与焊接件表面之间的滑动；上下焊轮的对接程度影响电流流经焊接件的面积，进而影响焊接电阻R。对接越吻合，接触面积大，电阻越小，焊接热量就小；对接不好，接触面积小，电阻越大，焊接热量越大，如果突然发生这种机械变动，容易产生压痕，甚至引起烧穿或飞溅。在国内现行生产的全自动缝焊机中，这种由上下焊轮的对接程度影响的焊接质量现象非常容易发生，因为这些缝焊机焊接钢桶桶身时，一般采用压扁的铜丝作为电极，搭边宽度只有2-3mm，焊缝的宽度基本等于铜丝压扁平面的宽度。而FN1-150系列用做200L钢桶的缝焊机，使用缝焊轮做电极，缝焊轮的宽度一般在5-10mm，甚至更宽，而缝焊搭边宽度为4mm，所以这种焊机焊轮对接偏差不大时影响焊接质量较小，甚至不影响。

再次，缝焊搭边在焊接过程中起重要作用。搭边宽度的大小直接影响焊接电阻的大小，搭边越多，焊接电阻越小，焊接热量就小；搭边越小，焊接电阻越大，焊接热量越大。在我们现在使用的国产200L钢桶缝焊机（FN1-150型）中基本都用点焊确定搭边尺寸，搭边宽度为4mm，焊点至少4个（一般就定为4个）。最后，最显见的影响电极压力的因素就是气压，焊机工作时要保持一定的恒压。但有的设备通过改造，用机械的方法控制压力，例如通过调节弹簧的弹力来调节电极压力。

3 焊机使用中的注意事项

在缝焊机的操作中经常出现的问题总结如下：焊缝有砂眼，出现渗漏；焊轮磨损不匀，焊轮中间出现凹槽，直接影响焊接质量；桶身缝焊后翻边时，桶身两端开裂；桶身两端翻边无破损，但涨筋后环筋开裂；焊接后有飞刺，影响钢桶的外观质量和开口钢桶内部质量。作为设备的使用者，我们在工作中必须要做到几点：只要待焊接钢板的材料和厚度不发生变化，调整好的焊接电流、电极压力和焊接速度维持不变；保持焊轮表面干净，避免焊缝产生砂眼；经常调整修正轮。

参考文献：

[1]（美）霍尔顿（Holton，G.）等编，华中师范学院物理系翻译组译，中学物理教程，北京：文化教育出版社，1980，6．