鐘昌熾

（贛州虹飛鎢鉬材料有限公司，江西 贛州 341008）

電阻點(diǎn)焊主要應(yīng)用于金屬薄板結(jié)構(gòu)件中，因其具有低能耗、低成本、高質(zhì)量、高效率、且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、家電制造、儀器儀表等眾多領(lǐng)域。電阻點(diǎn)焊電極作為向焊件傳輸焊接電流、施加焊接壓力并消散焊接區(qū)熱量的載體，在長(zhǎng)時(shí)間工作中由于反復(fù)承受高溫高壓的聯(lián)合作用，極易發(fā)生損壞，從而致使電極材料出現(xiàn)塑性變形、裂紋、剝蝕、合金化、自愈合、再結(jié)晶、熱疲勞等失效形式[1-3]。

隨著各種有色金屬材料的出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用，焊接工件朝著小型化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，并兼具高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱的特性方向發(fā)展，傳統(tǒng)的銅合金電極難以適用于日益苛刻的焊接條件，純鎢電阻點(diǎn)焊電極應(yīng)運(yùn)而生，并得到了越來越廣泛的應(yīng)用[4]。電極是電阻點(diǎn)焊工作過程中最關(guān)鍵的部件，電極材料性能的優(yōu)劣直接影響點(diǎn)焊的焊接質(zhì)量和焊接效率。電阻點(diǎn)焊電極經(jīng)過多次反復(fù)使用后，在交變熱應(yīng)力的作用下會(huì)引起熱疲勞，從而導(dǎo)致電極材料產(chǎn)生開裂而失效，而電極開裂不僅大幅度降低電極材料的使用壽命，更直接影響焊接生產(chǎn)效率[5]。純鎢電阻焊電極塑性加工后的退火過程是控制電極材料微觀組織及性能、保障其使用壽命的關(guān)鍵[6]。本文通過對(duì)比不同高頻退火工藝下的純鎢電阻點(diǎn)焊電極的組織性能差異及點(diǎn)焊使用情況，分析材料顯微組織特性對(duì)純鎢電阻點(diǎn)焊電極使用壽命的影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)采用贛州虹飛鎢鉬材料有限公司生產(chǎn)的HWP3N5純鎢圓棒，棒材直徑為Φ18.0 mm，鎢棒密度為18.0 g/cm3，晶粒度為3 000~5 000個(gè)/mm2。其化學(xué)成分如表1所示。

表1 HWP3N5純鎢圓棒化學(xué)成分

1.2 試驗(yàn)方法

選擇同一批次、同一爐號(hào)的中頻燒結(jié)純鎢圓棒，通過公司KOCKS三輥Y型軋機(jī)連續(xù)軋制及歸圓制備Φ9.4 mm的純鎢桿，然后將軋制后的純鎢桿進(jìn)行不同退火溫度的高頻退火處理，以制備不同顯微組織特性的純鎢桿，退火工藝參數(shù)如表2所示。高頻退火后的純鎢桿經(jīng)旋鍛、定長(zhǎng)切割、磨光、機(jī)械加工、去應(yīng)力退火后制備成Φ4.0 mm的純鎢圓柱，再通過紫銅鑲嵌處理制備成銅鑲鎢電極。最后將銅鑲鎢電極進(jìn)行電阻點(diǎn)焊試驗(yàn)及材料組織性能分析。

表2 純鎢圓棒高頻退火處理工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 純鎢電阻點(diǎn)焊電極原始顯微組織形貌分析

分別取三種高頻退火處理工藝參數(shù)下的純鎢電阻點(diǎn)焊電極進(jìn)行原始顯微組織特性的分析，材料的硬度和晶粒數(shù)如下頁(yè)表3所示，×1 000倍的橫向顯微組織形貌如下頁(yè)圖1所示。

圖1 不同退火工藝的顯微組織形貌

表3 不同高頻退火工藝的純鎢電阻點(diǎn)焊電極硬度和晶粒數(shù)

通過對(duì)比3種高頻退火工藝參數(shù)下的電極材料橫向截面組織特性，可以發(fā)現(xiàn)：1號(hào)工藝的鎢晶粒發(fā)生了明顯的再結(jié)晶長(zhǎng)大，晶粒長(zhǎng)寬比較小，晶界趨于平直，呈明顯的等軸晶特征，材料硬度出現(xiàn)明顯的下降；2號(hào)工藝鎢晶體出現(xiàn)了部分再結(jié)晶，晶界發(fā)生遷移，鎢結(jié)晶大小形態(tài)差異較大，材料硬度出現(xiàn)一定程度的下降；3號(hào)樣鎢晶粒出現(xiàn)少量的晶粒長(zhǎng)大，整體晶粒度未發(fā)生明顯的形態(tài)變化，材料的硬度變化較小。

2.2 點(diǎn)焊測(cè)試后電極材料組織特性分析

在相同的工況下對(duì)三種不同高頻退火工藝的純鎢電阻點(diǎn)焊電極進(jìn)行點(diǎn)焊測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。取樣對(duì)比分析失效后的1~3號(hào)樣品的微觀組織形態(tài)，各樣品在200倍金相顯微組織及裂紋擴(kuò)展情況如圖2所示。

圖2 點(diǎn)焊測(cè)試后微觀形貌

表4 不同高頻退火工藝的純鎢電阻點(diǎn)焊電極點(diǎn)焊測(cè)試結(jié)果

點(diǎn)焊測(cè)試結(jié)果表明：2號(hào)退火工藝下的純鎢電阻點(diǎn)焊電極點(diǎn)焊使用壽命長(zhǎng)，打磨次數(shù)少，綜合使用性能最佳。觀察1~3號(hào)樣品失效后的橫向截面微觀組織及裂紋擴(kuò)展情況，可以發(fā)現(xiàn)純鎢電阻點(diǎn)焊電極在使用過程中均發(fā)生不同程度的在晶粒粗化情況，微裂紋均從電極材料焊接面的邊緣向心部擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展深度及組織劣化程度為3號(hào)樣品＞1號(hào)樣品＞2號(hào)樣品。1號(hào)樣品裂紋擴(kuò)展間距較大，2號(hào)樣品裂紋間距相對(duì)較小，3號(hào)樣品裂紋尺寸間距居中，但同時(shí)出現(xiàn)橫向分叉裂紋。

3 試驗(yàn)結(jié)果討論

1）純鎢電阻點(diǎn)焊電極材料的顯微組織特性對(duì)其使用壽命有明顯的影響，通過高頻退火工藝將電極材料的晶粒度控制在10 000~12 000個(gè)/mm2，硬度（HV）控制在405左右，能夠顯著減少材料的打磨次數(shù)，增加有效點(diǎn)焊使用次數(shù)，從而提升電極材料的使用壽命及綜合性能。

2）純鎢電阻點(diǎn)焊電極材料在焊接過程中，焊接面區(qū)域晶粒會(huì)出現(xiàn)明顯的粗化，熱疲勞產(chǎn)生的微裂紋均從材料焊接面的邊緣向心部擴(kuò)展。