簡(jiǎn)單分析汽車用鋼板電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化選擇

摘要:焊裝車間多采用多層板搭接進(jìn)行電阻電焊，而電阻電焊過(guò)程的不確定因素較多。為了用較少的試驗(yàn)次數(shù)得到滿足生產(chǎn)要求的試驗(yàn)結(jié)果，以板厚0.8mm+1.4mm+1.8mm的三層低碳鋼板搭接為研究對(duì)象，分析各因素對(duì)多層板材搭接焊點(diǎn)熔核質(zhì)量的影響，獲得了最優(yōu)焊接工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明:板厚為0.8mm+1.4mm+1.8mm的三層低碳鋼板搭接最佳焊接工藝參數(shù)為多脈沖軟規(guī)范焊接參數(shù)，即三周波，焊接電流8.8/11.1/9.6kA、焊接時(shí)間5/19/5cyc、電極壓力3kN，得到各層搭接板之間熔核直徑大于等于Φ6mm.

前言

電阻點(diǎn)焊是汽車制造行業(yè)中最普遍的連接方式。微型汽車車身共有5000多個(gè)焊點(diǎn)，分布在車身地板、頂蓋、前車體等部位，在發(fā)生碰撞時(shí)不同區(qū)域承擔(dān)了吸能、連接、承托等功能。

實(shí)際應(yīng)用中需要將不同厚度、材料的鋼板進(jìn)行點(diǎn)焊連接，同一工位會(huì)出現(xiàn)不同強(qiáng)度、厚度的兩層板或三層板搭接，目前的電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)很難適用于不同厚度的兩層/三層鋼板的連接.

在此以五菱宏光S生產(chǎn)線前車體區(qū)域 1 # 工位(該工位焊接左前大梁焊合件與前圍板焊合總成搭接)為研究對(duì)象，為五菱宏光S車型的不同搭接方式電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化選擇提供新的思路和方法。

1試驗(yàn)材料和方法

采用小原品牌一體式電阻點(diǎn)焊機(jī)(型號(hào)ST21)額定功率180kV A，配套X型手工焊槍 (型號(hào)UXH-C9625) 進(jìn)行焊接，如圖1所示。



左前大梁和前圍板零件材料均為寶鋼牌號(hào)BLD低碳鋼板，試驗(yàn)用鋼板的化學(xué)成分如表1所示。



前大梁與前圍板搭接共11個(gè)焊點(diǎn)，其中:兩層板搭接焊點(diǎn)10個(gè)，板厚0.8mm+1.2mm；三層板搭接焊點(diǎn)1個(gè)，板厚0.8mm+1.4mm+1.8mm。

首先選擇同樣汽車用鋼、厚度的試片模擬三層板搭接，使用不同的焊接工藝參數(shù)在三層板試片上進(jìn)行測(cè)試，獲取不同板厚下的工藝參數(shù)，以確定符合技術(shù)要求的焊接工藝參數(shù)。

然后在左前大梁和前圍板連接區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，獲得最終的工藝參數(shù)。根據(jù)搭接零件的主導(dǎo)板厚，參照《上汽通用五菱電阻點(diǎn)焊焊接參數(shù)推薦值》選擇試驗(yàn)用電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)。電阻點(diǎn)焊初始工藝參數(shù)如表2所示。



2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1初始焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接的影響

使用板材、厚度、工藝一致的3塊試片(0.8mm+1.4mm+1.8mm)，根據(jù)表2的焊接工藝參數(shù)，選擇電流8.5kA、電極壓力3kN、焊接時(shí)間9cyc進(jìn)行電阻點(diǎn)焊測(cè)試。焊點(diǎn)熔核尺寸如圖2所示。



用游標(biāo)卡尺測(cè)量焊點(diǎn)熱影響區(qū)大小為8.59mm(見(jiàn)圖2a)；將焊接試片撕裂后，0.8mm+1.4mm板材搭接處存在焊接熔核，熔核尺寸為4.86mm(見(jiàn)圖2b)；但1.4mm+1.8mm板材搭接處未形成熔核，撕裂后焊點(diǎn)脆斷表面呈顆粒狀態(tài)(見(jiàn)圖2c).

試驗(yàn)結(jié)果表明，初始焊接工藝參數(shù)不適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際搭接狀態(tài)，需要逐一調(diào)整焊接工藝參數(shù)，使三層板材焊接均有符合要求的焊點(diǎn)熔核。

2.2左前大梁和前圍板連接區(qū)域點(diǎn)焊試驗(yàn)

影響試片焊點(diǎn)熔核尺寸的主要因素有焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力和脈沖，其他參數(shù)保持不變。本試驗(yàn)電極采用球形電極帽，端面尺寸Φ7mm，采取逐一對(duì)比方式進(jìn)行試驗(yàn)，焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表3.



(1) 試驗(yàn)2。保持焊接時(shí)間和電極壓力不變，增加焊接電流至10.0kA(見(jiàn)表3)。試驗(yàn)2的熔核尺寸如圖3所示，將焊接試片撕裂后，0.8mm+1.4mm板材搭接處存在焊接熔核，尺寸Φ5.69mm，如圖3a所示；但1.4mm+1.8mm板材搭接處未形成熔核，撕裂后焊點(diǎn)脆斷表面呈顆粒狀態(tài)如圖3b所示。



(2) 試驗(yàn)3。保持焊接電流為10.0kA，增加焊接時(shí)間到14cyc，電極壓力保持3.0kN(見(jiàn)表3)。試驗(yàn)3的熔核尺寸如圖4所示，將焊接試片撕裂后，0.8mm+1.4mm板材搭接處存在熔核，但1.4mm+1.8mm板材搭接處仍未形成熔核，且焊點(diǎn)脆斷表明呈顆粒狀態(tài)，如圖4c所示。由于該板材三層板材厚度差異較大，焊接參數(shù)單項(xiàng)逐步增加已無(wú)法得到符合標(biāo)準(zhǔn)的焊點(diǎn)熔核，考慮選用2個(gè)焊接脈沖來(lái)增加焊接前的預(yù)熱焊接。



(3) 試驗(yàn)4。在前3個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果的基礎(chǔ)上，選用雙脈沖進(jìn)行試驗(yàn)。第一脈沖:焊接電流7.8kA焊接時(shí)間7cyc；第二脈沖:焊接電流10.0kA，焊接時(shí)間14cyc，電極壓力3.0kN保持不變(見(jiàn)表3)。焊接完成后，焊點(diǎn)熱影響區(qū)明顯變大，直徑為Φ9.6mm,如圖Sa所示；將焊接試片撕裂后，0.8mm+1.4mm板材搭接處存在焊接熔核，熔核尺寸為6.05mm，如圖5b所示；1.4mm+1.8mm板材搭接處未形成熔核，焊點(diǎn)脆斷表明呈顆粒狀態(tài)，但承受剪切應(yīng)力明顯大



(4) 試驗(yàn)5。在試驗(yàn)4的基礎(chǔ)上，焊接電流、焊接時(shí)間保持不變，增加電極壓力至3.8kN進(jìn)行焊接試片驗(yàn)證(見(jiàn)表3)。焊點(diǎn)熱影響區(qū)尺寸Φ10.75mm已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)上限值，如圖6a所示；撕裂焊點(diǎn)后，0.8mm+1.4mm板材搭接處存在熔核且增大至Φ6.13mm,如圖5b所示；但1.4mm+1.8mm板材搭接處仍未形成明顯熔核，如圖5b所示；如果再單獨(dú)增加焊接電流、焊接時(shí)間或電極壓力，很難再產(chǎn)生明顯效果，且焊點(diǎn)熱影響區(qū)存在過(guò)燒風(fēng)險(xiǎn)。



(5)試驗(yàn)6。在試驗(yàn)5的基礎(chǔ)上，考慮到本工位焊點(diǎn)數(shù)量及生產(chǎn)節(jié)拍要求，選擇焊接參數(shù)中常用的軟規(guī)范，增大為三脈沖焊接參數(shù)，增加了主焊接前的預(yù)熱過(guò)程和主焊接后的熔核保持過(guò)程(見(jiàn)表3)第1脈沖:焊接電流8.8kA，焊接時(shí)間5cyc；第2脈沖:焊接電流11.1kA，焊接時(shí)間19cyc；第3脈沖:焊接電流9.6kA，焊接時(shí)間5cyc；電極壓力保持為3.0kN。撕裂焊點(diǎn)后，0.8mm+1.4mm板材搭接存在焊接熔核，測(cè)量熔核尺寸為Φ6.19mm，如圖7a所示；



1.4mm+1.8mm板材搭接處存在明顯焊接熔核，熔核尺寸為Φ6.82mm，如圖7b，所示；在中間Φ側(cè)板材(1.4mm厚度)兩側(cè)均有明顯熔核，兩側(cè)板材（0.8mm和1.8mm厚度)存在明顯焊點(diǎn)撕裂的孔洞，如圖7c所示。板材焊點(diǎn)熔核質(zhì)量合格。

所有零件搭接實(shí)際工況均比焊接試片情況復(fù)雜，采取試驗(yàn)6數(shù)據(jù)在實(shí)車上進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，用鐵錘和鑿子在三層板焊點(diǎn)處(0.8mm+1.4mm+1.8mm)進(jìn)行非破壞實(shí)驗(yàn)，上下扳動(dòng)鑿子30°，焊點(diǎn)位置未發(fā)現(xiàn)虛焊，飯金表面無(wú)毛刺和裂紋，實(shí)車非破壞焊點(diǎn)質(zhì)量合格，如圖8所示。



根據(jù)上汽通用五菱公司電阻點(diǎn)焊質(zhì)量要求，定期對(duì)該車型前車體區(qū)域焊點(diǎn)進(jìn)行全破壞實(shí)驗(yàn)，大梁焊點(diǎn)兩側(cè)均有焊點(diǎn)熔核，兩側(cè)板材出現(xiàn)拉裂孔洞，焊點(diǎn)質(zhì)量合格，如圖9所示。



總 結(jié)

（1）獲得脈沖為1,2,3的電阻點(diǎn)焊熔核尺寸情況，綜合考慮三脈沖焊接參數(shù)為:焊接電流8.8/11.1/9.6kA、焊接時(shí)間5/19/5cyc、電極壓力3kN，獲得的各層搭接板之間熔核直徑大于等于6mm，適用于0.8mm+1.4mm+1.8mm厚度差異大的板材搭接點(diǎn)焊。

（二）以左前大梁和前圍板搭接為例，闡述了在兩層板與三層板搭接時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇適用于三層板搭接的焊接工藝參數(shù)，解決了板材搭接的焊點(diǎn)熔核問(wèn)題，為其他汽車生產(chǎn)企業(yè)提供一種新的思路及方法。