1.哈尔滨工业大学（哈尔滨） 黑龙江哈尔滨 150001；2.上海阿波罗机械有限公司 上海 201416；
摘要：文章通过研究电阻电焊主要参数对焊接接头剪切强度的影响，确定了适用于新燃料贮存容器产品集数管焊接的参数，并按照标准进行了焊机评定、焊接工艺评定，保证了产品的焊接。
关键词：新燃料贮存容器；电阻点焊；剪切强度；熔核
电阻点焊是Elihu Thomson在1877发明的，从那时起一直应用于金属薄板的连接制造。随着汽车行业的不断发展，电阻点焊技术也得到了广泛的应用，现在电阻点焊技术已经是汽车制造业中最普遍的连接方式。但由于核电行业制造主要有部件不规则、无大批量薄板连接的特点，导致电阻点焊在核电行业中却应用甚少。
在制造某核电新燃料贮存容器时，发现其吊篮含有集束管组件，是由150根铝管组成的十二边形结构，连接这150根铝管组成的结构需要采用焊接的方法来实现。由于铝的特殊焊接性及此产品的批量化，采用了自动电阻点焊。
一、母材
集数管的铝管材料选用的是AL6061 T6，此材料具有高屈服强度和良好的延展性。产品是φ60x1.5mm的管，其材料的化学成分如表1，力学性能如表2。
表1.化学成分（%）
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表2.力学性能（室温纵向）
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二、焊接工艺选择
铝合金具有强的氧化能力、较大的热导率和比热容，热裂纹倾向较大，容易形成气孔、夹渣和变形。且采用熔焊时铝合金的固态和液态颜色不一区分，焊工焊接时难以控制。
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图1.标准试样尺寸（mm）
此容器的铝管管壁较薄，且只需要在铝管两端进行固定，因此考虑选用电阻点焊的焊接方法。电阻点焊是将焊件装配成搭接接头，压紧在两柱状电极之间利用电阻热熔化母材金属，最终形成焊点的电阻焊。
电阻点焊的工艺过程是先预压以保证工件接触良好，其次通电使焊接处形成熔核及塑性环，然后断电锻压保证熔核在压力继续作用下冷却结晶，以形成组织致密、无缩孔、无裂纹的焊点。［1］
三、焊接试验
根据产品要求，按照ASME Ⅸ进行相关的焊接评定及实验。依据标准照制备剪切试样，如图1，试样W≥25mm，L≥100mm，重叠中心有一个点焊；每组实验包括2片，试验材料厚度为1.5mm，薄板重叠25mm，根据实际产品试样长100mm，宽35mm。研究了不同的试验参数变化对焊点剪切强度的影响，如表1。
1）焊接电流
在预热电流为12KA，焊接电流为16KA情况下，采用不同的焊接电流、及持续时间，每组做三个试样，取得的剪切强度如下表3。
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图2.试验试样尺寸（mm）
表3.不同焊接电流试验数据
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通过上述表格，在其他参数不变的情况下，改变焊接电流的大小就要适当的增加焊机电流持续的时间。在焊接电流13KA时，持续时间为350ms可得到一组较高的剪切强度。在焊接电流16KA时，持续时间为150ms，也可得到一组较高的剪切强度。
2）预热电流
表4.不同预热电流试验数据
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通过上述参数，可以看出增加预热电流及预热时间，可以提高剪切强度值。同时也对母材焊前处理及电极压力也进行相关的参数研究。得出在母材焊前进行机械清理情况下，预热电流为12KA，预热时间为200ms，电极压力0.5×36%MPa，焊接电流为12.5KA，焊接时间为320ms，可得到数值稳定且较大的剪切强度，熔核直径尺寸大于φ6mm，熔深尺寸大于1.8mm。且随着参数的增加，此过程中产生的喷溅会增多。
通过上述试验结果，考虑到焊接时产品的效率，及设备承受能力等方面，及产品对无喷溅的要求，产品中拟采用预热电流为12KA，预热时间为180ms，电极压力0.5×36%MPa，焊接电流为12.5KA，焊接时间为200ms。
四、产品应用
采用上述参数，按照ASME Ⅸ-2013的要求进行了设备评定试验、焊接工艺评定试验。剪切强度根据标准QW-196.2.1的规定，要求每个试验N值大于等于2290N。根据QW-196.1的规定，焊件端面应无裂纹、未焊透、喷溅和夹杂。且宏观金相焊点熔核的最小宽度为3t，即4.5mm。焊点深度（熔化深度）最小为较薄板层（在每个接头中）厚度的20%、最大为全部板层总厚度的80%，即0.6mm~2.4mm。
设备评定需做剪切强度试验和宏观金相试样。试验要求连续焊接一串100个焊缝。焊缝五个一组，每组第五个焊缝要通过剪切试验。在上一串焊缝中，包括从最先和最后焊接的五个焊缝中各取一个，应共取五个焊缝做金相检测。得到剪切强度数值2900~3600N，最小熔深5mm，熔点深度1.5~2mm，无任何超标缺陷，理化图3。
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图3.金相试样照片
焊接工艺评定试验连续焊接一串十个焊点，其中五个焊点应经机械剪切试验，另五个焊点应经金相检验，试样尺寸及试样方法和结果按照设备评定要求。得到剪切强度数据3100~3700N，金相试验最小熔深5.5mm，熔点深度0.5~0.8mm，且无任何超标缺陷，宏观金相图如下：
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图4.金相试样照片
产品进行焊接时，为了保证设备的稳定性，要求焊工在每班前进行试验，以保证设备每天的稳定。电极采用弥散强化铜（CuAl2O3），为保证电极端面直径，其产品时每焊接10个点则进行一次修磨，每焊接50个点则更换一个电极。如下是产品进行自动点焊时的照片。
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图5.产品焊接照片
五、结语
采用预热电流为12KA，预热时间为180ms，电极压力0.5×36%MPa，焊接电流为12.5KA，焊接时间为200ms的焊接参数，完成了110台高温气冷堆贮存容器吊篮集数管的焊接，保证了产品的质量和进度，并为核电行业自动电阻焊的应用做出贡献。
参考文献：
［1］王春东 电焊焊接技术浅析［J］黑龙江科学，2014.08（05）236.
作者简介：
彭寿燕（1984年），女，籍贯（山东青岛），中级工程师，硕士，专业：材料学，主要从事工作（核核电相关产品的焊接工作）。