摘要： 介绍了采用点焊的方法制备点焊电极表面复合涂层过程中常出现的问题， 并提出了解决措施。 试验结果表明， 采用优化设计的涂层制备装置， 配上合理的制备工艺， 可在柱状电极头部生成成形较好的复合涂层。
关键词： 点焊； 解决措施； 优化设计
0 前言
汽车车身自动化生产中常采用电阻点焊的加工方法， 但电极烧损过快是铝合金电阻点焊中存在的主要问题， 这会引起电极的频繁更换， 影响焊接生产效率。 从电极角度考虑， 可采用复合材料作为铝合金点焊电极的表面涂层， 以提高电极表面的高温强度， 从而减轻电极烧损， 延长电极的使用寿命。本文分析了采用点焊的方法制备复合涂层过程中经常出现的问题， 并提出了解决措施， 从而可进一步完善涂层制备的工艺过程［1］。
1 点焊方法制备复合涂层试验原理
利用电阻加热、 加压条件下制备复合涂层的过程示意图如图 1 所示， 试验装置中把上电极头部制成锥台形， 下电极头部制成圆柱形。 为了得到较厚的涂层， 防止点焊过程中粉末过多溅出， 试验时采用 2 块上下放置、 紧密连接的铜块。 其中上铜块中间不钻通而被制成平底的圆柱形凹坑， 把下铜块中间钻成通孔。 混合粉末就在 2 块铜块中间的空穴中发生原位合成反应。 试验时把混合粉末填入到空穴中， 经机械压实后放在下电极上， 然后让下电极的头部伸入到铜块孔中一部分， 最后在点焊条件下制备电极表面涂层。 在加压和加热共同作用下， 混合粉末中的 B4C 和 Ti 将发生原位合成反应， 反应生成物 TiB2就是制备的复合涂层中的主要成分。 TiB2可减少工件与电极之间的不均匀接触以及减轻电极与铝合金工件之间的铜铝合金化， 从而延长铝合金点焊电极的使用寿命［2］。
2 复合涂层制备过程中出现的问题及其解决方法
2.1 电流的分流
在试验时圆柱头部常会和下铜孔内壁接触， 那么电流就会沿着 2 块铜块和电极圆柱头部流过， 这样就没有电流通过铜块孔中的混合粉末， 从而产生“分流” 现象。 “分流” 会导致混合粉末根本没有产生原位合成反应。 因此， 可在 2 块铜块之间以及铜孔的内壁上涂敷一层绝缘物质来解决分流问题。 绝缘物质可使用水玻璃， 也可用砂纸。 用水玻璃时可直接使其作为粘结剂粘结 2 块铜块， 但用砂纸时还要用水玻璃作为粘结剂， 如图 2 所示。 采用以上方法改良试验装置后， 测得用砂纸作绝缘层要比用水玻璃作绝缘层效果更好， 制备时可优先选择用砂纸［3］。
虽然采用以上方法， 可解决分流， 但当混合粉末厚度超过 3 mm 时， 由于混合粉末的电阻过大， 点焊控制器还会显示没有电流通过。 为此， 笔者通过适当减小混合粉末的厚度和增大 Cu 粉比例从而增加粉末的导电性来解决这一问题。
试验证明， Cu 粉的比例不能过高， 当 Cu 粉占60%左右， 混合粉末的厚度小于 2 mm， 所制的涂层性能较好。 所以试验时只用 1 块带平底圆柱形凹坑的铜块就可以， 同时用橡胶带把下电极的圆柱头部围上 1 圈。 这样既可以防止引起分流， 又可以防止混合粉末被挤到铜孔与电极圆柱之间的空隙中［4］。
2.2 粉末的飞溅损失
在试验过程中， 为了得到足够的电阻热来熔化混合粉末， 使之发生原位合成反应， 试验时一直采用大电流、 长时间的点焊工艺参数来进行点焊。 这样由于热量太集中会使产生的热冲击很大， 使熔融态混合粉末以火花形式从电极圆柱与铜块孔侧壁之间的空隙中飞溅出去， 从而在电极表面就不能很好地形成复合涂层。 为此， 可通过合理调节点焊工艺参数， 采用多次进行加压和电阻加热的方法来解决这一问题。 减小起初的焊接电流、 采用短时间小电流的点焊工艺参数来减小混合粉末的飞溅， 然后再逐渐增大点焊电流和通电时间制备复合涂层。 从试验现象及结果可以看出， 此项措施能明显减小粉末的飞溅损失， 并且不影响复合涂层的制备。
2.3 涂层的成形
试验过程中， 电极柱状头部的橡胶带虽然能够很好地绝缘， 但因它的强度小、 熔点低， 产生的电阻热会使橡胶带迅速熔化而被烧损。 这样在电极压力和自身重力作用下， 熔融的混合粉末就会被挤到电极圆柱与铜块孔侧壁之间的空隙中， 从而导致试验后电极头部有很少的生成物， 而大量的生成物都粘附在了电极头部侧面， 出现了 “侧漏” 现象， 如图 3 所示。可用绝缘物质代替带孔的铜块来作粉末的 “反应室” 解决 “侧漏” 问题。 因电木有良好的绝缘性并且具有一定的硬度可优先选用之， 这样不仅可以防止分流而且可以防止 “侧漏”。 试验时， 把电木的上面钻成孔径正好和电极圆柱直径相配合的通孔，先用机械方法把混合粉末压实在电木孔中， 然后在下电极圆柱头上放上带有压实混合粉末的电木块，最后进行点焊。
虽然分流和粉末飞溅问题都解决了， 试验也可能不成功。 这是由于试验时即使采用小电流， 但在通电瞬间， 混合粉末产生的反应热和大部分电阻热都集中在混合粉末上， 粉末受到严重地热冲击， 并且粉末所处的空间几乎完全密封， 电阻热和反应热都散发不出去， 这样也会产生很大飞溅并且烧坏电极。 试验时， 混合粉末几乎全部飞出去， 有时甚至会爆炸。
为此， 可在放置好的电木块上再放 1 个铜块来解决这一问题。 因为铜块的散热效果好， 这样可大大增加散热面积， 使反应温度场的中心转移到混合粉末与圆柱头的接触面上而不是集中在混合粉末上，就不会有太强烈的热冲击作用在混合粉末了， 从而有利于复合涂层的成形， 图 4 为采用电木点焊的过程示意图［5］， 也是笔者经过多次试验装置改进后试验优化设计的复合涂层成形装置图。
3 结论
试验证明， 采用优化设计后的试验装置， 在制备过程中采用合适的粉末比例和粉末厚度， 合理调节点焊参数， 并采用多次点焊的方法， 使点焊电流和通电时间从小逐渐增大来制备涂层， 可在电极头部得到成形较好的复合涂层。
参考文献略
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