多层镀铝钢板点焊工艺参数确定方法与流程

文档序号:11073341
多层镀铝钢板点焊工艺参数确定方法与制造工艺

本发明涉及多层镀铝钢板的电阻点焊技术领域,具体涉及多层镀铝钢板点焊工艺参数确定方法,可用于汽车发动机隔热罩三层镀铝钢板电阻点焊等技术领域。



背景技术:

电阻电焊技术应用广泛,例如,在汽车制造产业中,汽车车身、表面薄板等零部件上,点焊焊接占据总焊接数95%以上。其中,镀层钢板(如:镀锌钢板、镀铝钢板),因其具有良好的抗腐蚀性,在汽车产业中被不断推广使用,如汽车发动机隔热罩,因要求其质量轻、抗腐蚀、隔热效果好,三层镀铝钢板既能满足车身轻量化又能达到较好的隔热效果而得到有效应用。

镀层钢板其加工工艺多采用电阻点焊工艺。但目前电阻点焊尤其是多层板焊接却存在以下两方面的困难:首先是:熔核形成比无镀层钢板困难,主要是因为镀铝层其熔点低、导电好、易破坏、散热快等特点,使焊接时镀铝层先融化,导电的面积增大;同时融化后的镀铝层与铜电极端面粘结,形成导热性差的新合金,使得点焊接触电阻变大、通过的电流密度小、熔核直径不够以及熔核高度较浅,最终导致产品强度不够。其次是:三层钢板点焊相比二层钢板点焊更容易产生飞溅,主要是因为三层钢板比二层钢板,钢板之间多了一层间隙,该间隙更容易使点焊过程产生飞溅现象,进而导致焊接品质不稳定。

例如,选择点焊工艺焊接电流这一参数时,上述两个困难还是一对矛盾体,即增大电流更有助熔核的形成,但同时更容易产生飞溅。为此,本发明研发在保证产品质量、兼顾两方面问题平衡基础上,解决工艺参数的确定。



技术实现要素:

本发明主要针对上述采用电阻电焊进行多层板焊接时,熔核形成与飞溅产生相互制约问题,提出多层镀铝钢板点焊工艺参数确定方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

多层镀铝钢板点焊工艺参数确定方法,其包括如下步骤:

(1)选定电极,包括选定电极材料;

(2)以现场电焊经验初步确定参数进行试做;根据产品材质和板厚,参照现场生产镀铝钢板点焊的工艺参数,初步选定工艺参数,包括焊接电流、焊接时间和电极压力;

(3)判断试做结果是否合格,对试做结果通过目视进行外部品质判定,外部

品质不良的现象为焊接过程产生的飞溅程度,同时进行内部品质判定;若不

合格,则重新进行步骤(2),若合格则进一步进行参数品质稳定性试做;

(4)确定出良品工艺参数;

(5)确认良品工艺参数后使用同一电极进行试做直到出现品质不合格,通过试做找到突变产生时对应的电极点数;同时抽检确认突变前品质稳定性,确认电极交换频度。因为点焊时电极的状态变化,会引起焊接过程中动态电阻的突变,当该电阻突变后,点焊焊点均不合格。

进一步地,步骤(3)中,内部品质判定是通过测定焊点熔核直径和熔核单侧高度进行换算,判定点焊质量;具体是用显微镜测定焊点熔核直径和熔核单侧高度,通过熔核直径(d)和焊透率(A)来判定点焊质量;采用判定方法如下:

(1)焊点熔核直径规格标准应满足如下公式

式中d为熔核直径,单位为mm;δ为多层板中最薄板厚,单位为mm,薄钢板δ<4mm;

(2)焊透率规格应满足:20%≤A≤80%,其具体计算公式如下:

式中A为焊透率(%);H为熔核单侧高度,单位为mm;δ为实测板厚,单位为mm。

进一步地,步骤(2)所述外部品质判定标准:通过目视,点焊过程中无明显焊渣飞溅现象,焊接部无开裂和凹坑。

进一步地,步骤(4)中良品工艺参数的确认方法为:依据焊接品质开始出现不良时,焊接动态电阻有突变现象,寻找突变产生的临界点,从而确定良品工艺参数。

进一步地,本发明还得出了适用于多层镀铝钢板点焊工艺参数,即采用CuCr型电极材料,具体良品工艺参数为:焊接电流7.5kA,焊接时间16周波,电极压力1.7kN)电极交换点数104点。

与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果:本发明提供了一种切实可行的多层镀铝钢板点焊工艺参数确定方法,特别是确定了汽车发动机隔热罩三层镀铝钢板电阻点焊良品工艺参数,采用电阻点焊产品外部品质(目视)和内部品质的判定标准,以厚度组合为0.5mm×0.5mm×1.0mm型镀铝钢板为研究对象,针对关键因素焊接电流,焊接时间对点焊品质的影响规律进行了实验研究,并确定了一组三层镀铝钢板的电阻点焊良品工艺参数。在采用CuCr型电极材料的条件下,具体良品工艺参数为:焊接电流(7.5kA),焊接时间16周波(0.32s),电极压力(1.7kN),电极交换点数(104点)。目前针对三层镀铝钢板点焊工艺方面的研究较少,尤其是实验方面的数据相对缺乏。因此,本发明基于现场实际点焊工艺基础参数,为确定可用于汽车发动机隔热罩三层镀铝钢板产品量产的点焊工艺良品参数,针对相应关键因素如:焊接电流,焊接时间对点焊品质的影响规律进行研究。为相关理论分析和数值模拟提供了可靠的基础实验数据。

附图说明

图1为实例中的汽车发动机隔热罩三层镀铝钢板电阻点焊良品工艺参数确定流程示意图。

图2为实例中的点焊示意图。

图3为内部品质判定时的试样示意图。

图4为实例中电极使用点数与熔核直径关系图。

图5为实例中电极使用点数与焊透率关系图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明,但本发明的实施和保护不限于此。

如图1所示,为车发动机隔热罩三层镀铝钢板电阻点焊良品工艺参数确定流程,用于确定材料焊接参数。

其中,步骤③根据产品材质和板厚,参照现场实际生产镀铝钢板点焊的工艺参数,初步选定工艺参数:焊接电流,焊接时间,电极压力。图2为三层镀铝钢板点焊示意图。

步骤④进行品质判断:通过目视进行外部品质判定,通过检验进行内部品质判定。步骤⑥确认良品工艺参数后使用同一电极进行大量试做直到出现品质不合格。因为点焊时电极的状态变化,会引起焊接过程中动态电阻的突变,当该电阻突变后,点焊焊点均不合格。

本实例中,点焊品质判定标准的包括外部品质和内部品质两个方面,方法如下:

外部品质判定标准:点焊过程中无明显焊渣飞溅现象,焊接部无开裂和凹坑。

如图3,内部品质判定标准:用显微镜测定焊点熔核直径和熔核单侧高度,通过熔核直径(d)和焊透率(A)来判定点焊质量。

(1)焊点熔核直径规格标准应满足如下公式

式中d为熔核直径(mm),δ为多层板中最薄板厚(mm);对于一般结构的薄钢板(δ<4mm);

(2)焊透率规格应满足:20%≤A≤80%,其具体计算可见公式如下:

式中A为焊透率(%),H为熔核单侧高度(mm),δ为实测板厚(mm)。在采用的点焊工艺参数条件下,进行内部品质检验,如图3示意图。

本实例中,良品工艺参数的确认方法:依据焊接品质开始出现不良时,焊接动态电阻有突变现象,寻找突变产生的临界点,确定良品工艺参数。例如,确定电极点数工艺参数时,通过试做找到突变产生时对应的电极点数;这样做,一方面可以抽检确认突变前品质稳定性,另一方面可以确认电极交换频度,保证焊接质量,得出良品参数。

如图2,本实例所用的钢板代号为A,B,C,材质相同均为热镀铝钢板,其中A型板厚为1.0mm,B和C型板厚为0.5mm,各型号原钢板成分质量含量的具体参数如表1所示。热镀铝钢板的镀层附着量及力学性能如表2所示。

表1原钢板的板厚及成分质量含量

表2热镀铝钢板镀层附着量及力学性能

需要指出的是,B型钢板和C型钢板,通过冲压工艺,贴合形成一个冲压品整体,点焊工艺流程中,A型钢板和冲压品整体通过电阻点焊方法形成一个组装品。

由于镀铝层的导电导热性好,需要较大的焊接电流,适合用导电性适中且硬度较高的电极进行点焊。硬铜合金的球面电极满足此类条件,广泛应用与镀铝钢板点焊。本实例最终采用电极材料为CuCr,球面半径为8mm,点焊上下电极型号一样。

图1中的,步骤①中,首先是产品生产设备。所使用的主要设备有:点焊机和工业机器人。其中点焊机由YR-500S型的单向交流电阻焊机(电源电压:380V,额定功率:50kVA,最大短路电流:19.5kA,最大电极压力:11.7kN)和YF-0201Z5型的电阻焊机控制器组成,对产品进行点焊工艺加工。此外,为保证焊点位置的稳定性,还使用了YR-UP50N-A00型的搬运机器人,进行产品点焊前后的搬运。其次是产品检测设备及流程,主要用于产品内部品质测定。基本流程和主要设备有:(1)进行产品初步切割加工,使用LGK8-63TSMI型的空气等离子弧切割机;(2)使用锯片切割机对产品焊道中部切割,进行产品细切加工;(3)部品焊点采用XQ-1型试样镶嵌机进行镶嵌;(4)将镶嵌完的试样用YM-2A型的试样预磨机对焊点的切断面进行研磨;(5)亮化处理及清洗,使用5%的硝酸液对焊道切断面进行亮化处理擦拭1~2s,确保焊点熔核单侧高度清晰可见后将试样立刻放入清水内,清洗干净后将试样上的残留水擦净烘干;(6)观测测量,使用VHX-2000型的数码显微镜,对熔核直径、熔核单侧高度和点焊后的板厚进行观察和测量。

根据产品材质和板厚,参照现场实际生产镀铝钢板点焊的工艺参数,初步选定工艺参数为:焊接电流8.5kA,焊接时间13周波,电极压力1.7kN。用此条件进行试做,品质结果见表3,此处4个焊点都有进行内部品质宏观检验,因4个焊点均在同等条件下试做,随机选取其中一个点的数据列出。外部品质不良的现象为焊接过程有中等飞溅。根据内部品质判断标准公式(1)和公式(2),得出0.5mm的板厚对应的熔核直径规格:≥2.82mm,焊透率规格:≥20%。

表3参数1试做结果

备注:1:○表示合格,×表示不合格。

实验得出,熔核直径较大,最小熔核直径为4.72mm,超出要求的规格63%以上。熔透率最小46.5%,超出要求规格的26.5%。从数据上看焊接参数可调整的范围较大。

一般来说,随着焊接电流的减少,熔核直径和飞溅随之减小。为了低减飞溅,进行四组数据试做。参数2:以工艺参数1为基础,在电极压力不变的情况下,进行焊接电流低减1kA,焊接时间增加3Hz进行试做,参数3、4、5:以参数2为基础,在电极压力不变的情况下,分别单因素降低焊接时间3Hz和降低电流0.5kA、1kA进行试做。品质结果见表4,外部品质焊接过程中均无飞溅。

表4参数2、3、4、5试做结果

备注:1:○表示合格,×表示不合格。

结果表明,参数2在降低电流和增加时间后,电流密度降低,飞溅减少。整体的焊接热量趋近原来参数1,熔核直径和焊透率的值都较大,符合良品工艺参数。

单因素对比参数1和参数3的试做结果,焊接电流减少,薄板BC间的熔核直径和焊透率均为0,厚板A与薄板B间的熔核直径减小,焊透率增加,飞溅减少。由焦耳定律知热量公式Q=I2Rt(式中Q为热量,I为焊接电流,R为电极间的电阻,t为焊接时间),经分析,这是因为焊接电流降低,焊接热量减少,产品通过焊接电流处局部发热,发生塑性变形而形成的塑性金属环减小,所以熔核直径减小。同时避免了塑性金属环在电极压力下发生崩溃,防止了融化金属从焊件之间或焊件表面溢出的情况,所以飞溅减少。而当不等厚钢板点焊时,薄板的散热效果更好,热量损失大,厚板的电阻大,吸收热量多,所以焊接时熔核中心会向热量更多的厚板偏移,导致厚板的焊透率增加。由于熔核向厚板偏移现象以及焊接热量减小的综合作用,就会出现薄板C没有熔核高度,熔核直径和焊透率均为0的情况。

单因素对比参数2和参数3的试做结果,焊接时间减少,薄板BC间的熔核直径和焊透率均为0,厚板A与薄板B间的熔核直径也出现减小,焊透率增加,均无飞溅。分析知焊接时间的减少会导致焊接热量的减少,使熔核直径减小,加上多层板点焊时熔核偏移现象,导致薄板C的熔核直径和焊透率为0。

综合对比参数2、3、4、5的试做结果,当减少焊接电流或焊接时间任何一个因素时,焊接热量会减少,从而导致熔核直径减小。整体热量小于某个临界点时,外侧薄板C无法形成熔核直径。为了改善多层钢板点焊熔核偏移的现象,适宜用较大热量的焊接条件,同时为了减小飞溅,不宜使用太大的焊接电流。

从试做结果选定参数2(焊接电流7.5kA,焊接时间16Hz,电极压力1.7kN)。为良品工艺参数。

作为实例,改变其中单一因素,例如焊接电流参数选择,可不断改变电流参数,进行试做;当减少焊接电流,焊接热量会减少,从而导致熔核直径减小;当整体热量小于某个临界点时,外侧薄板C无法形成熔核直径;因此,可以根据熔核形成临界点,同时考虑为了改善多层钢板点焊熔核偏移的现象,适宜用较大热量的焊接条件,为了减小飞溅,不宜使用太大的焊接电流等,确定焊接电流参数。又如,点焊电极由于使用次数增加发生磨损会影响点焊品质,其电极交换频度参数的确认,可使用新电极进行试做直到出现品质不合格为止:随着电极使用点数的增加,每个部品进行外部品质确认,熔核大小检测,焊接飞溅观察;如图4,考察熔核大小变化,发现当电极使用点数为137点时,熔核直径出现不合格,图2所示钢板B与钢板C板开始出现熔核直径小于规格标准的情况,因此此点为点焊电极使用次数的临界点;由此,可以确定点焊良品的工艺参数。从图5可以看出,当电极使用点数<133点时,焊点的焊透率都是合格的,当电极使用点数为133点时,0.5mm的钢板C出现了焊透率A1低于规格标准20%的现象。

以上仅仅是本发明的部分实例,本发明的保护范围以权利要求限定的保护范围为准。本实例中确定汽车发动机隔热罩三层镀铝钢板电阻点焊良品工艺参数为目的,结合电阻点焊外部品质和内部品质的判定标准。在确定电阻点焊基础工艺参数的前提下,针对焊接电流,焊接时间对点焊品质的影响规律进行研究分析,并确定了具体良品工艺参数、良品工艺参数的稳定性以及电极交换频度。

再多了解一些
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