林肯電氣 焊接工藝在超薄板焊接中的應(yīng)用

工藝應(yīng)用背景

隨著汽車焊接結(jié)構(gòu)輕量化、結(jié)構(gòu)減重的需求，材料的發(fā)展特別是高強度鋼超薄板（厚度≤0.8mm）材料的應(yīng)用、未來輕量化、薄板焊接是汽車焊接結(jié)構(gòu)及骨架發(fā)展趨勢。


目前高強度板厚已經(jīng)做到0.8mm板厚，未來更向0.6mm、0.4mm板厚發(fā)展，研究適合薄板的焊接方法，確定最佳的薄板焊接工藝，提高焊接一次合格率，提升焊接產(chǎn)品質(zhì)量，對焊接設(shè)備和焊接工藝提出了挑戰(zhàn)。


超薄高強鋼材料的廣泛應(yīng)用，其焊接特點：易燒穿，材料相變內(nèi)應(yīng)力大，焊接變形難控制，這對于電弧焊接工藝提出極大挑戰(zhàn)。


工藝介紹

STT ®表面張力過渡

STT®表面張力過渡焊接工藝是林肯電氣于1992年推出的有技術(shù)專利的薄板焊接工藝，是一種基于高速逆變技術(shù)的電流控制的全位置焊接工藝，區(qū)別于傳統(tǒng)短路過渡，其在熔滴與熔池接觸和熔滴脫離焊絲端部瞬間，通過對電流進行精確控制，利用表面張力進行熔滴過渡，從而消除飛濺。其波形如圖1所示，即使在100%CO2氣體保護情況下，也僅有極少量飛濺。具有低熱輸入、低飛濺、低煙塵和低成本的特點，在推出后在市場上得到廣泛應(yīng)用。

圖1 STT®輸出波形示意圖

AC-STT®焊接工藝

AC-STT®焊接工藝是林肯電氣在STT®波形的基礎(chǔ)上，最新開發(fā)的應(yīng)用于超薄板焊接的工藝，其主要是通過林肯先進工藝模塊實現(xiàn)極性變換，焊接在DC+和DC-之間轉(zhuǎn)換，通過Balance在0-100%之間設(shè)置，調(diào)節(jié)波形正負半周的比例來實現(xiàn)對熱輸入的精確控制，“0”代表焊接輸出完全在DC-，“50%”表示輸出波形在正負半周完全相等，“100%”表示焊機輸出完全在DC+，如圖2所示。從而使焊縫的熱輸入得到精確控制，確保在薄板焊接中不燒穿和控制變形。

圖2 AC-STT®輸入波形控制示意圖

AC-STT®焊接模式

AC-STT®針對不同焊絲直徑和不同保護氣體有四種模式，分別對應(yīng)于1.0/1.2mm實芯焊絲，100%CO2和氬氣二氧化碳混合氣，提供差異化的工藝解決方案。如表1所示。


AC-STT®焊接工藝的適用性

對于林肯電氣為汽車行業(yè)薄板焊接推薦的STT®和AC-STT®焊接工藝而言，對于搭接焊縫，針對不同的板材厚度和不同的搭接間隙，推薦不同的焊接工藝，如表2所示。




AC-STT®焊接工藝在汽車座椅焊接中的應(yīng)用


項目應(yīng)用信息

在江森座椅有限公司工廠，座椅靠背骨架項目，靠背骨架兩側(cè)側(cè)板采用0.8mm高強鋼（980MPa）薄板，骨架上下橫梁采用0.8mm高強鋼（480MPa）薄板，搭接焊縫，焊縫長度分別在18-42mm之間，焊縫間隙在0.5-1.0mm之間，靠背骨架產(chǎn)品焊縫如圖3所示。

圖3 汽車座椅靠背骨架焊縫示意圖


該汽車座椅骨架焊接工作站由林肯電氣自動化部門集成，選用林肯PowerWave系列焊接電源、先進工藝模塊、Autodrive S伺服送絲系統(tǒng)和焊接機器人，如圖4所示（向左滑動有更多圖片），其中先進工藝模塊是實現(xiàn)AC-STT®焊接工藝的必備硬件條件，林肯電氣根據(jù)客戶不同需求提供組合式的焊接解決方案。

圖4 AC-STT®焊接工藝主要焊接設(shè)備

項目主要問題及解決方案

通常汽車座椅骨架產(chǎn)品零件板材厚度在1.0-2.0mm之間，林肯電氣成熟的STT®焊接工藝焊接此類焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，取得良好的效果。因汽車行業(yè)的減重，及汽車輕量化的需求，骨架焊接產(chǎn)品也逐漸開始采用1.0mm甚至以下厚度的高強薄鋼，在生產(chǎn)過程中，由于搭接間隙引起的燒穿和咬邊等焊接缺陷比較嚴重，補焊率較高，成本上升。對此，林肯電氣向客戶推薦最新開發(fā)的AC-STT®焊接工藝，對現(xiàn)場進行焊接工藝優(yōu)化，焊接質(zhì)量明顯提高，如圖5所示，在解決大間隙超薄板焊接解決方案上，效果顯著。

圖5 超薄板大間隙焊縫圖



在對骨架項目4個弧焊焊接工作站進行AC-STT®焊接工藝升級后，工廠班組統(tǒng)計的焊接質(zhì)量結(jié)果，顯示AC-STT®焊接工藝升級后，骨架焊接產(chǎn)品一次合格率有大幅提升。如表3所示?？梢钥闯?，AC STT®在改善焊縫質(zhì)量及降低補焊率上成效明顯。



結(jié)論：AC-STT®熱輸入可以精確控制的波形特性及其焊接熱輸入量，在超薄板焊接過程中對焊接間隙和焊縫位置的不敏感度，如此既保證焊縫的熔深，又使焊縫不易燒穿；同時因其電弧較冷的特性，使其在較大間隙焊接時避免咬邊，在薄板焊接工藝及焊接質(zhì)量上相比其他焊接工藝具備領(lǐng)先優(yōu)勢。

作者簡介：

沈云飛，林肯電氣（管理）有限公司自動化實驗室經(jīng)理，專注于林肯電氣先進焊接工藝在汽車行業(yè)的應(yīng)用。

臧杰，江森座椅有限公司高級焊接專家，有超過25年的各類焊接工藝開發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗，尤其在薄板焊接領(lǐng)域。

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