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接触电阻是点焊的重要参数之一,其中对于微电阻点焊中而言,由于焊件尺寸微小,焊接初期在结合面上难于形成集中的加热效果,因此接触电阻对焊接过程的影响作用更为突出。然而影响接触电阻的一个主要因素就是被焊件的表面状态,它包括粗糙度、镀层、氧化膜、材料硬度等。但是目前关于表面状态对微电阻点焊的研究却较少。
本文从表面粗糙度和镀层厚度,研究表面状态对微电阻点焊的影响。对于表面粗糙度影响的研究,材料选用0.2mm 厚的铍青铜,通过使用砂纸打磨焊件表面获得不同的表面粗糙度,研究表面粗糙度在不同焊接电流、电极压力的参数下,对接头性能、接头组织形貌及接头断裂方式的影响,利用正交分析对焊接工艺参数进行优化。选用三种不同镀层厚度的镀金镍片进行焊接,研究镀层厚度对接头强度、焊核特征及接头连接机制的影响。
研究结果表明:对于铍青铜的微电阻点焊,在小电流的情况下,表面粗糙度对接头性能的影响较大,即随着表面粗糙度的增加,接头性能降低;当焊接电流较大时,表面粗糙度对接头性能的影响不明显。去除表面氧化膜后,表面粗糙度对接头性能的影响更明显。铍青铜微电阻点焊的焊核组织为柱状树枝晶和等轴树枝晶。热影响区晶粒为等轴晶,靠近熔合区部位的晶粒较细小,远离熔合区部位的晶粒大小不均匀。表面粗糙度对铍青铜微电阻点焊接头组织形貌的影响较小。
接头断裂方式不受表面粗糙度的影响。接头断裂方式为沿结合面断裂时,焊件间只发生了局部的连接,接头性能低;沿焊核中心断裂时,接头性能较高;沿热影响区断裂时,接头性能好。其中,在后面两种断裂方式下,断口为韧性断裂。正交分析表明:焊接电流、电极压力及表面粗糙度对接头拉剪力的影响主次顺序为焊接电流、表面粗糙度、电极压力。0.2mm 厚铍青铜微电阻点焊最佳工艺规范是:
焊接电流4.5KA,表面粗糙度0.15μm,电极压力为128N。
镀金层可提高接头强度,并且随着镀层厚度的增加,接头强度增加。焊接电流对镀金接头强度的影响较大;而其对纯镍片接头强度的影响较小。镀金层改变了镍片微电阻点焊的连接机制。无镀层时,形成熔化连接;焊接镀金镍片时,接头连接机制包括固相连接、钎焊连接和熔化连接。镀层厚度不同,接头形成机制不同。小电流时,所有镀金镍片的接头形成机制均为固相连接+钎焊连接;大电流下,随着镀层厚度的增加,接头形成机制从钎焊连接和熔化连接,过渡到只有钎焊连接。上述现象是由于镀层厚度不同时,焊接产热不同。对于镀金镍片接头,钎焊连接机制也可获得优质接头。镀金镍片的熔化区与无镀层镍片的焊核的具有不同的特征。镀金镍片的熔化区内,晶粒为方向性强的粗大柱状晶,结合面上存在明显的分界线;无镀层镍片的焊核区内,晶粒无明显方向性,结合面上不存在分界线。