電焊滾焊工藝基礎知識
辛巧娟
1. 概述
滾焊屬于一種電阻焊，是將工件組對后形成搭接或對接接頭，再置于兩滾輪電極間，滾輪電極壓緊焊件并轉動，連續或斷續通電，形成一條連續焊縫的焊接方法。滾焊廣泛應用在要求密封性的接頭制造上，有時也用來連接非密封性的鈑金件，被焊金屬材料的厚度通常在0.1～2.5mm。
波紋管應用在閥門中，主要起密封隔離作用。在各種波紋管閥門中，無論是截止閥、節流閥、調節閥還是減壓閥，波紋管都是作為閥桿的無填料密封隔離元件。在閥門工作過程中，波紋管與閥桿一起進行軸向位移和復位。同時，它還承受流體的壓力并保證密封。與填料密封閥門相比，波紋管閥門具有更高的可靠性和使用壽命，因此，波紋管閥門在核工業、石油、化工、醫藥及航空航天等領域得到了廣泛應用。在實際應用中，波紋管經常與其他元器件如法蘭、接管和閥桿等焊為一體。采用滾焊的方法焊接波紋管，效率高，應用較多。
我公司所生產的核用真空閥，應用于介質為易燃、易爆且有放射性物質的鈾氟化物環境下，其中的波紋管材料為1Cr18Ni9Ti，厚度為0.12mm，與閥瓣、壓蓋通過滾焊的方式進行連接，要求焊縫在一定壓力下必須有可靠的密封性能。為了調試并改造現有的滾焊設備，使之滿足生產要求，進行了工裝設計和工藝試驗，取得了理想的效果。
2. 滾焊設備
采用FR—170型電容儲能滾焊機，儲能電容容量340μF，充電電壓調節范圍600～1 000V，電極壓力調節范圍200～800N，標稱最大儲量170J。該機在電路中采用零封閉式的整形電路，消除了網壓波動的弊端，能確保脈沖頻率和充電電壓保持穩定。
3. 原工藝存在的問題
（1）焊接過程不穩定 滾焊過程中，表面飛濺大，焊渣容易粘附在滾輪電極上，給滾輪的連續使用造成很大困難。
（2）可操作性差 因波紋管具有彈性，在沒有適當的焊接工裝定位的情況下，焊縫容易發生偏移，電極容易碰到波紋管其他部位，引發打火飛濺，一周焊接完成后焊縫首尾搭接不一致，焊縫密封性達不到要求。
（3）焊縫質量差 焊點壓痕過深，表面過熱，甚至出現局部燒穿，由此形成的焊縫質量差，無法達到氣壓試驗的要求。
（4）制約產品成本 核閥波紋管造價昂貴，若出現燒穿則波紋管報廢，增加產品成本。
4. 主要工藝參數分析
（1）電極壓力 對于滾焊，電極施加在工件上的壓力是影響焊縫質量的一個重要參數。電極壓力過小，會造成表面局部燒穿、溢出、表面飛濺及焊透率過大；電極壓力過大，會使壓痕過深，同時會加速電極滾輪的變形和損耗。
（2）焊接速度及脈沖頻率 一個密封滾焊的焊縫，絕不是焊點愈密愈好，焊點間的重疊系數以30%為宜，焊接速度及脈沖頻率的變化直接影響到重疊率的變化。
（3）充電電容及電壓 改變充電電容或充電電壓，使焊接時向工件傳遞的能量發生變化；二者不同參數的匹配方式，又有強規范和弱規范的區別，而針對于不同的材料，需要采取不同的能量規范。
（4）滾輪電極端面形式及尺寸 常用的滾輪電極形式有F型、SB型、PB型和R型四種，當滾輪電極端面尺寸不合適時，會影響焊核形成尺寸和焊透率，也會對焊接過程造成一定的影響。
由于對滾焊接頭質量要求主要體現在接頭應具有良好的密封性和耐蝕性上，確定以上幾種參數時應考慮到對焊透率和重疊率的影響。實際焊接過程中，各種參數是相互影響的，必須進行適當配合、調整才能獲得優質的滾焊接頭。
5. 調試改進措施
（1）焊接順序的確定 針對波紋管組件連接結構，確定合適的焊接順序，先進行波紋管大徑端與壓蓋的焊接，焊接時采用工裝將壓蓋-波紋管組件固定在下電極上，通過工裝與壓蓋接觸來限制波紋管組件在下電極軸向位置發生偏移。有了工裝的限位作用，便可進行批量波紋管大端的焊接。大徑端焊接完成后再將整體擰入下電極進行小徑端與閥瓣的焊接，如圖1所示。
圖1
（2）電極壓力的確定 滾焊過程中的電極壓力，是由加壓機構在下壓時由預壓縮彈簧施加給工件的伸張力。彈簧每壓縮1mm，則電極壓力增加40N，焊接前通過調節加壓前電極滾輪與工件的間距，進而確定下壓后的電極壓力。在初期試驗過程中，根據以往經驗，針對厚度為0.12mm的不銹鋼波紋管，我們采用了80~100N的電極壓力，發現電極滾輪的磨損較為嚴重。通過反復試驗，發現電極壓力在50N以下時，滾焊過程中開始出現飛濺，打火，而在60~80N時，未出現飛濺、焊縫成形可以達到要求，因此選擇60N作為較為理想的電極壓力參數，有利于延長滾輪的壽命，減少修磨次數。
（3）電極材料的確定 該電容儲能滾焊機的電極滾輪材質為純銅，在實際使用過程中，待焊接部位成凹槽狀，且寬度只有5mm，考慮到實際焊接過程中對刀出現的偏差，要求與工件接觸的電極滾輪厚度至少小于2mm，但減小電極滾輪的厚度會造成電極滾輪強度的下降，在電極壓力和電阻熱量的雙重作用下，電極滾輪會出現端面變粗、翻邊，進而影響焊縫的成形及質量。通過查閱資料，綜合考慮材料的強度、電導率及軟化溫度這三個重要因素，我們選擇了鉻鋯銅作為新制滾輪電極的材料。如表1所示，鉻鋯銅電導率雖比純銅低，但鉻鋯銅的硬度和軟化溫度都高于純銅，這就大大提高了電極滾輪端面抗變形的能力。實驗證明，采用鉻鋯銅制作的滾輪電極，端面厚度為1.4mm時，不易發生變形。
（4） 焊接參數的確定 對于不同金屬材料、不等厚度構件的滾焊，要選擇與之相適應的焊接參數。在同等能量下，有強弱參數之分，如圖2所示，加熱幅值大而時間短為強參數，加熱幅值小而時間長為弱參數。我們所焊接的波紋管材質為1Cr18Ni9Ti，導熱系數較低，電阻較大，需要采用弱參數。確定的焊接參數如表2所示，按此參數，對500套波紋管組件進行了焊接。
圖2
6. 檢驗及結果
焊接完成后，對組焊件進行氣壓強度試驗，試驗壓力為0.6MPa，合格后進行總裝，然后進行靈敏度更高的氦氣檢漏。
統計后發現，波紋管組件滾焊焊縫一次試壓合格率為95%，焊縫表面無明顯缺陷，無燒穿、溢出、壓痕過深及表面飛濺等缺陷，發生泄漏的多是因為某個點或某一小段未焊透所致，分析認為這與波紋管的清潔度及裝配間隙有關。調整后，通過補焊，全部達到設計要求，未出現一件廢品。
7. 結語
（1）核用真空閥波紋管組件焊縫質量要求較高。通過制作適當的工裝，確定適當的電極材料和端面尺寸，選擇合理的焊接順序和焊接參數，可以保證0.12mm厚的1Cr18Ni9Ti波紋管組件滾焊焊縫質量。
（2）工件的焊前清理以及裝配間隙是影響滾焊質量的重要因素，對于裝配間隙較大的工件，適當加大電極壓力，可取得良好的效果。
（3）因未焊透發生泄漏的焊縫，再次補焊可達到設計要求，不會影響正常使用。
