螺柱焊在車身焊接工藝中的應(yīng)用

【摘要】隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，螺柱焊具有全截面焊接、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)以及焊接效率高和質(zhì)量可靠等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于汽車車身的焊接工藝中。因此，本文將著重探討螺柱焊在車身焊接工藝中的應(yīng)用，以期能夠?yàn)槁葜腹に嚰夹g(shù)在車身焊接工藝中的發(fā)展有所參考。

1 前言

隨著客戶對(duì)整車密封性和 NVH 性能的要求越來(lái)越高，在車身的設(shè)計(jì)上需要重點(diǎn)參考密封性能和防噪等性能，為了避免造成泄漏現(xiàn)象，這就要求需要在車身構(gòu)件上盡可能少的開(kāi)口。而汽車車身是由許多焊接性能很好的低碳鋼組成，通過(guò)將數(shù)百種薄板件焊接連結(jié)共同組成了車身，是典型的焊接構(gòu)件。而螺柱焊接具有速度快、可靠、操作簡(jiǎn)便以及無(wú)孔連接等優(yōu)點(diǎn)，逐漸替代了汽車制造中的鉚接、攻螺紋、鉆孔等連接技術(shù)，廣泛的應(yīng)用在汽車車身的焊接工藝中。

2 螺柱焊的概述

螺柱焊是將螺柱的一端通過(guò)與板件表面的接觸，利用電引弧，等接觸面熔化后，給螺柱一定的壓力，從而完成焊接。它是一種壓力熔焊方法，兼有熔焊和壓焊的雙重特征，因此它也具有弧焊和壓力焊的雙重屬性。螺柱焊機(jī)是進(jìn)行螺柱焊的設(shè)備，通常根據(jù)焊機(jī)的原理不同，可分為儲(chǔ)能式和拉弧式螺柱焊機(jī)兩類。由螺柱焊電源和焊槍組成的拉弧式螺柱焊機(jī)主要用于異型釘和螺柱圓柱頭焊釘?shù)暮附?，焊接直徑?Φ3mm~30mm。通常，可以通過(guò)如拉弧式螺柱焊、電阻焊、儲(chǔ)能式螺柱焊、凸焊等多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)螺柱焊接，其中，根據(jù)根據(jù)拉弧式螺柱焊周期的長(zhǎng)短，又可以分為長(zhǎng)周期和短周期螺柱焊，現(xiàn)階段，采用逆變
式焊接電源的短周期拉弧式螺柱焊是目前汽車行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的焊接工藝。

3 螺柱焊的工作原理和特點(diǎn)

不同的螺柱焊機(jī)的工作原理不同，一般來(lái)講，拉弧式螺柱焊機(jī)主要采用晶閘管來(lái)對(duì)弧焊整流器進(jìn)行控制，而相對(duì)先進(jìn)的拉弧式螺柱焊電源主要采用了逆變式變壓器電源來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接。拉弧式螺柱焊的工作原理主要是通過(guò)夾在焊槍夾持器內(nèi)的焊柱，并將焊槍內(nèi)的焊柱移動(dòng)到焊接的位置使螺柱接觸工件。在焊接的過(guò)程中，通過(guò)提升焊槍中的磁力提升，將螺柱上升，并與焊接工件脫離接觸，在控制焊槍提升磁力機(jī)構(gòu)的同時(shí)，施加引弧電壓于螺柱與焊接工件之間，并在螺柱端面與焊接工件之間引出電弧，進(jìn)而使螺柱端面與工件融化。隨著螺柱提升到預(yù)定的高度后，并將工件之間的電壓施加到焊接電壓，在焊接時(shí)間達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，切斷焊接電壓，并提升結(jié)構(gòu)電磁鐵，使之?dāng)嚯?。螺柱在焊槍彈簧機(jī)構(gòu)的彈力作用下，侵入工件熔化后形成的熔池，擠出部分液態(tài)金屬后，進(jìn)而待熔池金屬冷卻結(jié)晶后形成螺柱與工件共同連接的接頭。螺柱焊相對(duì)于其他的焊接工藝具有眾多優(yōu)點(diǎn)，主要有：

（1）效率高，成本低。由于螺柱焊的功率相對(duì)較高，一般在批量生產(chǎn)的工件上，能在很短的時(shí)間內(nèi)約 3ms~980ms 內(nèi)便可達(dá)到 8~40 個(gè) /min（這主要是由螺柱的直徑和焊接功率決定的）。而自動(dòng)送料螺柱焊機(jī)則可達(dá)到每分鐘 60 個(gè)的高效率。也正是由于螺柱焊的結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單，不用鉆孔、精整等工序，加上螺柱焊所用的時(shí)間短，焊接后工件很少變形，在汽車車聲焊接完成后也不許精整，從而使得造價(jià)成本也相應(yīng)的降低。

（2）拓展了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的空間。由于螺柱焊是一種時(shí)間短、電流大和較小的熔深，使得工件可以焊接到很薄的板材上，例如拉弧式的板厚可達(dá)到 0.6mm，而儲(chǔ)能式螺柱焊接工藝的板厚更薄，可達(dá)到 0.5mm。同時(shí)，螺柱焊的接頭強(qiáng)度很高，這樣在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候就有足夠的擴(kuò)展空間。

（3）具有很好的經(jīng)濟(jì)性。通常螺柱焊的質(zhì)量較高，再現(xiàn)率和廢品率都較小，并且螺柱焊槍類型眾多，標(biāo)準(zhǔn)的螺柱成本也不高，材料和設(shè)備的費(fèi)用都相對(duì)較低。因此，采用螺柱焊具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

4 螺柱焊的相關(guān)參數(shù)

首先，焊接電流。螺柱的直徑是選擇焊接電流的決定因素，一般來(lái)講，普通低碳鋼螺柱的直徑與焊接電流的關(guān)系為：對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，常用的是短周期螺柱焊，則：

I=（95~110）d，d=3~15mm

若是鍍鋅螺柱焊，則電流需要在此基礎(chǔ)上增加 20% 左右。其次，焊接時(shí)間。對(duì)于汽車車身采用的短周期螺柱焊，焊接時(shí)間在控制在 20ms~100ms 范圍內(nèi)，短周期螺柱焊的時(shí)間為：

Tw=（4~5）d，d=3mm~15mm

需要注意的是，不論是短周期還是長(zhǎng)周期的螺柱焊，其焊接時(shí)間都要根據(jù)焊接的熱量來(lái)靈活調(diào)整，以保證焊接的質(zhì)量。再次，螺柱的提升高度也是影響焊接質(zhì)量的重要因素，它也與螺柱的直徑有關(guān)，呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。由于提升的高度可以有效的防止熔滴過(guò)渡造成的電弧不穩(wěn)定和焊接不良的影響，因此，提升的焊接高度要合理，過(guò)高過(guò)低都會(huì)影響汽車車身的焊接質(zhì)量。一方面，電弧增漲易發(fā)生磁偏吹現(xiàn)象，進(jìn)而嚴(yán)重影響焊接的質(zhì)量；另一方面，提升的高度過(guò)高，容易增加焊縫氣孔的數(shù)量。因此，對(duì)于汽車車身的短周期螺柱焊來(lái)講，利用電磁感應(yīng)提升螺柱的高度應(yīng)控制在 1.2mm 左右，而利用伺服電機(jī)提升的高度應(yīng)控制在 1.5mm 左右。

最后，螺柱伸出的長(zhǎng)度。該項(xiàng)工藝參數(shù)主要是針對(duì)汽車車身所使用的短周期拉弧式螺柱焊工藝而言的，通常，不同的焊接設(shè)備，螺柱伸出的長(zhǎng)度要求也不一樣，例如，電磁式焊槍的螺柱伸出長(zhǎng)度為螺柱融化長(zhǎng)度與工件的熔深，一般為 1.2mm 左右，而伺服電機(jī)式焊槍的螺柱伸出的長(zhǎng)度則控制在 2.2~3 毫米范圍內(nèi)，以便于螺柱與焊接工件之間形成穩(wěn)定的電流。

5 螺柱焊注意的事項(xiàng)及質(zhì)量的檢驗(yàn)

（1）在焊接前需要檢查焊接電纜連接是否有效可靠，并保證焊機(jī)的壓縮空氣氣路和焊機(jī)的電源接通，并認(rèn)真檢查所使用的螺柱材質(zhì)、類型是否正確。

（2）在焊接的過(guò)程中需要注意焊槍應(yīng)當(dāng)與焊接的工件表面保持垂直，否則要及時(shí)的調(diào)整相關(guān)的角度，避免出現(xiàn)焊接的質(zhì)量問(wèn)題。此外還要注意檢查螺柱焊接器的燒損情況，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)更換，并定期清理防護(hù)套內(nèi)壁和焊接后工件表面的焊接飛濺。

（3）焊工的選擇需要經(jīng)過(guò)專門的培訓(xùn)，并具備相關(guān)的及技能，熟練掌握螺柱焊的施工工藝、施工參數(shù)等，并了解焊接的原則，進(jìn)而保證焊接的質(zhì)量。在焊接完成后，還要對(duì)螺柱焊接的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，合格后
才能進(jìn)行下一步工序，質(zhì)量的評(píng)價(jià)包括螺柱的位置、數(shù)量、規(guī)格以及焊接的強(qiáng)度等。通?？梢圆捎猛庥^檢查法、錘擊檢查法、扭矩檢查法等方法來(lái)對(duì)焊接的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著螺柱焊工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，目前在國(guó)內(nèi)的汽車行業(yè)越來(lái)越多的被采用，有效的提升了汽車的質(zhì)量，并解決了客戶所關(guān)心的汽車密封性、防泄漏等問(wèn)題，并在降低造價(jià)成本方面也具有一定的作用用。在隨著汽車車身技術(shù)的發(fā)展，螺柱焊技術(shù)在廣泛應(yīng)用的同時(shí)，也將朝著自動(dòng)化、自能化方向發(fā)展。