Q420高强度钢板焊接工艺性能研究

裴广州

摘要：在对凤凰山矿井下所使用的电机护罩用高强度钢板Q420的电阻点焊工艺性能进行深入研究中，对不同工艺条件下点焊接头宏观金相、焊接接头力学性能进行了分析，研究结果表明：该实验条件下，最佳点焊工艺参数为：焊接电流7.5～8.0KA，焊接时间20cyc，电极压力450kgf。为了防止发生焊接缺陷，避免焊接电流过小或者焊接时间过长，导致锻压力不足等现象，在焊接过程中需要保持电极和工件表面的清洁。

关键词：Q420钢 电阻点焊 焊接工艺 缺陷防止

0 引言

Q420钢具有较高的碳当量，焊后硬化可能性更高。因此，许多先进煤机制造企业密切关注着其焊接性能。鉴于此，为了探讨不同点焊工艺参数下Q420的焊接性能，本文通过点焊工艺和力学性能试验等对凤凰山矿井下电机护罩所用的Q420钢进行研究分析，进而对Q420钢合理的点焊规范参数范围进行确定。

1 实验方法

1.1 设定焊接参数 本文通过采用单脉冲规范对Q420进行点焊工艺试验。电极压力为350kgf、400kgf、450kgf，焊接时间为7cyc、10cyc、15cyc、20cyc和24cyc。在进行每组试验的过程中，固定电极压力和焊接时间，通过改变型控DIN100制器的焊接热量（功率输m百分比）进而改变焊接电流的大小，对Q420进行焊接。最小焊接热量通过拉伸试验进行确定，在焊接过程中以5%数量级进行取样焊接，发生飞溅时停止对Q420焊接。同一焊接热量，通常情况下要进行2-3次的取样。由于焊件和电极表面状态存在差异，在一定程度上造成电流值大小的不同，由于这些微小的变化对试验不构成影响，所以在较小范围内可以忽略不计。

1.2 力学性能实验 通常情况下，借助接头强度来反映点焊接头质量的好坏，然而一般采用拉伸剪切强度对接头强度进行评定。因此，本文通过利用拉剪试验对点焊工艺试验后的试样进行试验。在试验过程中，根据GB2651-81《焊接接头拉伸试验法》中的相关规定，确定拉剪试样的形状与尺寸。

2 试验结果与分析

2.1 工艺参数对焊点性能的影响

2.1.1 焊接电流。按照焊接规范，电极压力选450kgf，焊接时间为7cyc、10cyc、15cyc、20cyc、24cyc。通过点焊工艺和接头拉剪试验对不同焊接电流下的点焊接头的拉剪断裂载荷进行测试。通过对实验结果进行分析可知：接头的拉剪断裂强度随着焊接电流的增加呈上升趋势。但是，断裂强度随着电流的不断增大而达到最大值，此时随着电流的增加，断裂强度出现下降，而这时的拉剪断裂强度基本保持不变。其原因是：受焊接电流较小的影响，导致热量不足，造成焊点金属没有完全熔融，那么形成的熔核尺寸也就相对较小。此时，熔核断裂成为主要的接头断裂形式，那么拉剪载荷强度也就较小。在断裂强度达到最大值后，熔核区因电流的增加进而导致金属过热，熔核的质量受到影响，接头强度从而降低。

2.1.2 焊接时间。为了明确焊接时间对Q420点焊接头性能的影响程度，调整电极电压为400kgf，同时焊接电流分别设为6.5kA、7.0kA、7.5kA、8.0kA和8.5KA，对焊接时间进行调整，同时进行点焊试验。通过分析实验结果可知：接头性能受焊接时间的影响总体趋势方面与焊接电流相类似。

2.1.3 电极压力。当焊接时间为20cyc时，设置焊接电流为7.0kA、7.5 kA、8.0kA，如图1 所示，点焊接头的拉剪强度与电极压力的关系。从图中可以看出，拉剪强度相对较高时对应的电流为7.5kA和8.0kA，剪断裂载荷在电极压力为450kgf时要偏大些。另外，曲线的变化在焊接电流为7 .5 k A时较为明显，在450～500 kgf时拉剪断裂强度明显下降，其原因是：电极压力过大导致电阻值减小，进而产生析热量减少，熔核尺寸缩小，熔核率下降等一系列反应，点焊接头的力学性能在一定程度上明显降低。在增加电极压力的前提下，通过调整焊接电流的强度或者延长焊接时间，进而确保焊接区的加热程度。

2.2 Q420点焊参数规范 对Q420钢板进行点焊的过程中，通过分析上述试验结果可知，焊接电流和焊接时间是影响点焊接头力学性能的主要因素，而电极压力的影响并不显著。在加工电机护罩的过程中，考虑到产品的表面质量，需要对焊点压痕的深度进行控制。所以，在电极压力为450kgf时进行Q420点焊效果最佳。

2.3 Q420点焊缺陷及防止

2.3.1 未熔合。如图2（a）所示。所谓未熔合是指金属母材出现局部未熔化的现象。其原因是：焊接电流过小或者焊接时间较短，焊接热量严重不足。一般情况下，通过增加焊接电流的强度或者延长焊接时间等进行改善。

2.3.2 缩孔。如图2（b）所示。焊接过程出现缩孔的主要原因是：大电流条件下冷速过快，锻压力不足。处理措施为：在进行焊接操作前，增加电极的强度，清理工件表面的杂物，保持表面的整洁，防止发生飞溅。在焊接过程中，通过增加电极的压力，在一定程度上能够避免出现缩孔。

2.3.3 流浆现象。如图2（c）所示。在对Q420钢板进行焊接的过程中，电极接头与钢板之间随着焊接电流的增大而出现沾粘。主要原因是，在Q420钢板内，合金度比较高、晶粒比较细、铁原子活动比较频繁。进而出现随着电流的不断增大，焊接时间的延长，输入热量的增多，导致电极接头与钢板表面出现沾粘。

3 结论

3.1 Q420高强钢板的接头性能受焊接电流和焊接时间的影响程度比较明显。所以，通过调整焊接电流的强度，或者对焊接时间进行延长，焊点的强度在一定程度上都能够增加；电极压力对焊点性能的直接影响较小，通常情况下焊接电流区间随电极压力的增大而增大，同时电流值明显增加。

3.2 通过对试验结果进行分析，对Q420钢板进行焊接的电流在5.5～8.5kA，其中电流在7.5～8.0kA焊接效果最好，另外，在电极压力为450kgf左右，以及焊接时间在20cyc的情况下进行焊接，效果也较为理想。

3.3 对Q420钢板进行焊接时，如果焊接电流过小，焊接时间过短，未熔合现象容易在接头处出现；如果焊接电流过大或者锻压力不够，容易发生缩孔。因此，对Q420钢板进行点焊时，需要确保电极和工件的清洁度，避免出现焊接电流和焊接时间过小或过长以及锻压力不足等。

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