镀锌板的缝焊工艺研究

文/刘锡清

一、镀锌板缝焊可焊性的探讨

1、镀锌板缝焊特点

由于镀锌板表面有锌层，因而提高了表面光洁度，增加了表面导电性能。但是在缝焊过程中，工件表面锌被氧化，生成白色氧化锌覆盖在焊轮表面，并在冷却水的作用下，反应生成碱式碳酸锌Ze₂(OH)₂CO₃,经过压力与温度的作用变成耐磨的中间层，这就使得缝焊镀锌板比缝焊普通低碳钢板困难得多。

镀锌板缝焊时，由于板间有锌层，使接触电阻减小，而焊轮表面的氧化物覆盖层又使过渡电阻增加，因此就使焊轮与工作接触处的焊接热量相对提高，而两工件接触处的焊接热量相对减少，这也给其缝焊带来一定的困难。

2、可焊性分析

（1）虚焊

镀锌板缝焊时，由于过渡电阻的增加，沿焊件截面上的热量分布也相应变化。两工件接触处热量的相对减少，就存在先天性加热不足，难以形成熔核的问题。用缝焊普通低碳钢板的焊接规范焊镀锌板，在焊件之间往往会只是轻微粘合而没有熔合，表面看不出，而用凿子轻轻一剔即开，试漏时会出现严重的渗漏，出现了虚焊。为了避免虚焊，在镀锌板缝焊时必须适当增加焊接电流。

（2）表面过烧、裂纹

镀锌板缝焊时，焊轮与工件接触处的热量相对提高，此外为克服虚焊，缝焊时又提高了焊接电流，加上焊轮表面的氧化物妨碍了热量散失，从而使工作表面加热剧烈，往往造成过烧，晶界裂纹，工件的过热又在冷却水强烈冷却作用下产生很大热应力，可使焊缝产生纵向裂纹，随着焊接电流密度的增大，过烧越严重，甚至可使材料变酥。

（3）沾铜

同样是由于焊轮与工件接触处的热量相对提高的缘故，沾铜主要发生在低的焊速，和较长的焊接时间的情况，此外镀锌板表面的锌在高温与焊轮表面铜合金化，降低了焊轮的熔点，提高了电阻率，又由于氧化物覆盖层降低了焊轮的散热作用，上述综合因素使焊轮表面铜沾熔在工件焊缝上的现象称之为“沾铜”，发生“沾铜”现象的主要是下焊轮，“沾铜”现象加速了电极的损耗，严重时能使电极边缘呈颗粒状脱落，使焊接无法继续。

二、试验论证

在镀锌板缝焊可焊性的若干方面，我们与国外刊物和学者有不同的看法，例如：“关于镀锌缝焊需增加焊接电流的原因方面”，国外学者认为是锌的分流所造成；“关于缝焊裂纹问题”，国外刊物认为是锌的固溶引起材料脆化所致，为了澄清这些问题，我们作试验如下：

1、静态电阻测试

静态电阻测试是为了直接比较出普通低碳钢板的镀锌板的R_触、R_过的大小，测试记录见附表一，根据测试记录，我们把四组测试点归类并求得平均值，列表于表一。

附表一 静态电阻测试记录

注：①测试点是在焊轮圆周上的不同点，所用的镀锌板和普低板固定不变且厚度均为1.5+1.5毫米；②测完污染焊轮的数值后去除覆盖层再测干净焊轮的数值，故焊轮未变。

表一

表中电阻R=2R_过+2R_工件+R_触。所谓污染焊轮即表面覆盖氧化锌层的焊轮，不带氧化锌层的称干净焊轮。

对表一数据分析如下：

（1）比较表一1组与2组，3组与4组，其中R_过、R_件未变，R完全取决于R_触，而由表中数值可知镀锌板静态接触电阻比普通低碳钢板静态接触电阻少。

（2）比较表一1组与3组，2组与4组，其中R_件、R_触未变，R完全取决于R_过，由表中数值可知，污染焊轮引起过渡电阻的增加。

从静态电阻测试可得出结论：镀锌板缝焊与普通低碳钢板缝焊比较，R_触减少了，R_过增加了；R_过的增加是由于焊轮被污染的结果。

2、金相分析

我们不仅观察焊缝熔合区的金相，而且观察工件与焊轮接触表面的金相情况，金相观察记录于附表二，分析附表二如下：

（1）比较1组与3组两种情况的焊缝和上下表面金相可知：普低板（即普通低碳钢板的简称）缝焊热量主要用来形成焊核（除散失外），而镀锌板缝焊用来形成焊核的热量相对减少，却有相当热量耗于焊轮与工件接触表面。

（2）比较1组与2组两种情况，其共同点是焊轮被污染因而缝焊金相结果近似，从而说明影响焊接热量分布的主要因素是过渡电阻。
上述两项试验是完全一致的，它反映了焊接起始和终了状态的特征，基本上也反映了焊接过程的特征，试验结果是对我们前述论点的有力论证，也是对不同观点的驳斥。

从附表二中可知，在普低板缝焊规范下用污染焊轮焊普低板时，也产生未熔合的情况，与缝焊镀锌板一样也必须增加焊接电流，显然这是锌分流的现论所无法解释的。

从附表二中可知，在较大缝焊规范下用污染焊轮缝焊普低板时，此时根本不存在锌固溶引起脆化的问题，可是同样出现象镀锌板缝焊的那种裂纹，对此锌固溶脆化理论也是无法解释的。

附表二 试样金相记录

注：①上表所焊板材均为1.5+1.5mm；②其它焊接规范均为p=1.5，t_焊=3周，t_休=2周，V_焊=1.5米/分，b=6mm。

3、光谱分析

我们在WPG-100型光栅光谱仪上对缝焊镀锌板的熔核区进行光谱分析，结果表明仅有微量锌痕迹，而且不管焊接电流是大或小，锌量都是极微量的（约10^-7量级），由此可知对缝焊规范的变化溶于熔核中的锌无多大变化，均是微量，而焊接质量却显著变化，即微量锌与焊接质量无关，这就进一步排除了冶金因素对缝焊镀锌板质量影响的说法，仍然归结为：焊接热过程即过渡电阻影响了镀锌板的缝焊。

三、缝焊镀锌板的工艺特点

1、工艺参数范围窄

缝焊镀锌板的工艺参数主要是：焊接速度、焊轮宽度、焊接电流、焊接时间和电极压力，尤其是焊接电流和焊轮宽度的变化（即电流密度的变化）更为严格，为保证形成熔核避免虚焊，就该增加电流密度或焊接热量，可是为避免过烧、裂纹，又该减少电流密度或焊接热量，这两种相互矛盾的因素决定了只有很窄的工艺参数范围才是合适的，最好要求焊接电流（一次）波动小于7%，焊轮宽度变化小于1.0mm，其它参数要有固定的值。

2、要求滚花传动

国产FN₁-150-1缝焊机，其焊轮传动方式是单臂齿轮传动，缝焊普低板的性能良好，虽然在缝焊过程中焊轮尺寸会加大，但只要备上几套焊轮及时换修，问题就可解决。但在焊接镀锌板时，不断增宽的电极尺寸和不断增厚的氧化锌覆盖层成为稳定焊接的很大障碍，为此要改齿轮传动为滚花传动，借滚花轮驱动焊轮的过程实现对焊轮表面（三个面）的修正、刮削，一则保证焊轮的宽度，二则刮削覆盖于焊轮表面的氧化锌以恒定过渡电阻，经过我们对FN₁-150-1缝焊机改造的实践，我们认为滚花传动能达到预期的目的，即：对焊轮的驱动可靠，对焊轮的修正、利削连续，动作协调，能为缝焊镀锌板创造良好条件。

3、水冷却是缝焊质量的重要保证

镀锌板缝焊的热量分布引起工件表面过烧，甚至产生穿透裂纹，从而影响缝焊密封性能，为了降低工件表面和焊轮的过热必须对工件表面进行充分的水冷却，特别是下焊轮和工件接触处，实践表明水冷即不充分或不适当时缝焊泄漏可达80%以上，为使冷却更充分，喷水方向应该迎着缝焊工件前进的方向。

4、根据我们缝焊钢桶的实践推荐采用小的焊轮宽度，小的电流，小的焊接时间为好，这既可减少锌的烧损蒸发，减轻空气污染又可节省电能，小规范缝焊的要点在于保持小的焊轮宽度。

四、钢桶的缝焊工艺和质量检查

1、缝焊工艺

我们生产的钢桶采用08钢板，厚1.5mm，镀锌层厚0.007～0.13mm，经钝化处理。

缝焊规范：焊轮宽度b=6mm，I_一次=200A，V_焊=1.5～1.55米/分，焊接压力P=1.5表压，t_焊=3周，t_休=2周。

（1）其它参数不变，当I_一次>230A时，焊缝出现纵向宏观裂纹；I_一次<180A时，则焊缝不稳定，有断续虚焊现象。上述两种情况都使钢桶渗漏。

（2）为避免增加压力对焊核的形成不利，及引起深的压痕增加热影响区应力，仍采用普低板缝焊压力。

（3）在参数调整时，如果变压器挡数和热量调节钮不变，虽只改变焊接和休息时间，但实际上焊接电流有效值已发生变化，需要重新调整，恢复原来电流数值，因此调节焊接时间必然会引起焊接电流相应的调整。焊接时间和电流的综合调节是热量调节。了解这点可以更精细地调节焊接规范。

（4）工件表面的过烧并产生垂直表面和微裂纹，并不影响钢桶的密封性能，因此该规范可以视为合格的工艺规范。

（5）镀锌板缝焊采用小的焊轮宽度、小的电流、短的焊接时间为好。大电流缝焊使锌蒸发量大，污染空气，影响缝康，小规范缝焊热影响区小，有利于保持工件耐腐蚀性能，还可节约电涌，质量稳定，用此规范缝焊钢桶，熔深为2.3mm。

采用小规范缝焊的根本要点在于保持小的焊轮宽度。

2、质量检验

（1）凿子剥离试验

在试板上缝焊，然后平在虎钳上用凿子沿结面剥凿，其结果母材被撕裂，而结合面未剥开。

（2）试漏

在钢桶中通入30千帕压缩空气，在水槽中检查有无冒泡现象，合格率可达98.5%。

（3）拉力试验

对焊缝进行拉力试验，结果断在母材，证明接头质量可靠。

（4）金相检验

镀锌缝焊金相组织与普低板缝焊金相组织一样，为贝氏体+少量低碳马氏体。