1. 概述
滾焊屬于一種電阻焊，是將工件組對后形成搭接或?qū)咏宇^，再置于兩滾輪電極間，滾輪電極壓緊焊件并轉(zhuǎn)動，連續(xù)或斷續(xù)通電，形成一條連續(xù)焊縫的焊接方法。
滾焊廣泛應(yīng)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(yīng)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(jié)流閥、調(diào)節(jié)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(jìn)行軸向位移和復(fù)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(yè)、石油、化工、醫(yī)藥及航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
在實際應(yīng)用中，波紋管經(jīng)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(yīng)用較多。
我公司所生產(chǎn)的核用真空閥，應(yīng)用于介質(zhì)為易燃、易爆且有放射性物質(zhì)的鈾氟化物環(huán)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(jìn)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(diào)試并改造現(xiàn)有的滾焊設(shè)備，使之滿足生產(chǎn)要求，進(jìn)行了工裝設(shè)計和工藝試驗，取得了理想的效果。
2. 滾焊設(shè)備
采用FR—170型電容儲能滾焊機(jī)，儲能電容容量340μF，充電電壓調(diào)節(jié)范圍600～1 000V，電極壓力調(diào)節(jié)范圍200～800N，標(biāo)稱******儲量170J。
該機(jī)在電路中采用零封閉式的整形電路，消除了網(wǎng)壓波動的弊端，能確保脈沖頻率和充電電壓保持穩(wěn)定。3. 原工藝存在的問題
1、焊接過程不穩(wěn)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(xù)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(dāng)?shù)暮附庸ぱb定位的情況下，焊縫容易發(fā)生偏移，電極容易碰到波紋管其他部位，引發(fā)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(dá)不到要求。3、焊縫質(zhì)量差 焊點壓痕過深，表面過熱，甚至出現(xiàn)局部燒穿，由此形成的焊縫質(zhì)量差，無法達(dá)到氣壓試驗的要求。4、制約產(chǎn)品成本 核閥波紋管造價昂貴，若出現(xiàn)燒穿則波紋管報廢，增加產(chǎn)品成本。4. 主要工藝參數(shù)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(zhì)量的一個重要參數(shù)。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(shù)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(fā)生變化；二者不同參數(shù)的匹配方式，又有強(qiáng)規(guī)范和弱規(guī)范的區(qū)別，而針對于不同的材料，需要采取不同的能量規(guī)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(dāng)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(zhì)量要求主要體現(xiàn)在接頭應(yīng)具有良好的密封性和耐蝕性上，確定以上幾種參數(shù)時應(yīng)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(shù)是相互影響的，必須進(jìn)行適當(dāng)配合、調(diào)整才能獲得優(yōu)質(zhì)的滾焊接頭。5. 調(diào)試改進(jìn)措施
1、焊接順序的確定 針對波紋管組件連接結(jié)構(gòu)，確定合適的焊接順序，先進(jìn)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(fā)生偏移。有了工裝的限位作用，便可進(jìn)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(jìn)行小徑端與閥瓣的焊接，如圖1所示。
2、電極壓力的確定 滾焊過程中的電極壓力，是由加壓機(jī)構(gòu)在下壓時由預(yù)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(diào)節(jié)加壓前電極滾輪與工件的間距，進(jìn)而確定下壓后的電極壓力。在初期試驗過程中，根據(jù)以往經(jīng)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(fā)現(xiàn)電極滾輪的磨損較為嚴(yán)重。通過反復(fù)試驗，發(fā)現(xiàn)電極壓力在50N以下時，滾焊過程中開始出現(xiàn)飛濺，打火，而在60~80N時，未出現(xiàn)飛濺、焊縫成形可以達(dá)到要求，因此選擇60N作為較為理想的電極壓力參數(shù)，有利于延長滾輪的壽命，減少修磨次數(shù)。3、電極材料的確定 該電容儲能滾焊機(jī)的電極滾輪材質(zhì)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(xiàn)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(qiáng)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(xiàn)端面變粗、翻邊，進(jìn)而影響焊縫的成形及質(zhì)量。通過查閱資料，綜合考慮材料的強(qiáng)度、電導(dǎo)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(dǎo)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(fā)生變形。
4、 焊接參數(shù)的確定 對于不同金屬材料、不等厚度構(gòu)件的滾焊，要選擇與之相適應(yīng)的焊接參數(shù)。
在同等能量下，有強(qiáng)弱參數(shù)之分，如圖2所示，加熱幅值大而時間短為強(qiáng)參數(shù)，加熱幅值小而時間長為弱參數(shù)。我們所焊接的波紋管材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，導(dǎo)熱系數(shù)較低，電阻較大，需要采用弱參數(shù)。確定的焊接參數(shù)如表2所示，按此參數(shù)，對500套波紋管組件進(jìn)行了焊接。
圖2
6. 檢驗及結(jié)果
焊接完成后，對組焊件進(jìn)行氣壓強(qiáng)度試驗，試驗壓力為0.6MPa，合格后進(jìn)行總裝，然后進(jìn)行靈敏度更高的氦氣檢漏。統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，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(fā)生泄漏的多是因為某個點或某一小段未焊透所致，分析認(rèn)為這與波紋管的清潔度及裝配間隙有關(guān)。調(diào)整后，通過補(bǔ)焊，全部達(dá)到設(shè)計要求，未出現(xiàn)一件廢品。
7. 結(jié)語
1、核用真空閥波紋管組件焊縫質(zhì)量要求較高。通過制作適當(dāng)?shù)墓ぱb，確定適當(dāng)?shù)碾姌O材料和端面尺寸，選擇合理的焊接順序和焊接參數(shù)，可以保證0.12mm厚的1Cr18Ni9Ti波紋管組件滾焊焊縫質(zhì)量。
2、工件的焊前清理以及裝配間隙是影響滾焊質(zhì)量的重要因素，對于裝配間隙較大的工件，適當(dāng)加大電極壓力，可取得良好的效果。3、因未焊透發(fā)生泄漏的焊縫，再次補(bǔ)焊可達(dá)到設(shè)計要求，不會影響正常使用。
