何琪，劉曉鋒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

工藝·設(shè)備·材料

短周期拉弧式螺柱焊的應(yīng)用

何琪，劉曉鋒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

對(duì)影響短周期拉弧式螺柱焊焊接質(zhì)量的幾項(xiàng)因素進(jìn)行分析，結(jié)合車身焊裝車間兩種常用螺柱焊接產(chǎn)品，歸納總結(jié)幾項(xiàng)主要參數(shù)調(diào)整規(guī)范及兩種焊接產(chǎn)品的優(yōu)劣。

短周期拉弧式；螺柱焊；焊接質(zhì)量

CLC NO.:U463.6Docum ent Code:AArticle ID:1671-7988(2014)06-91-03

引言

隨著制造業(yè)的發(fā)展，螺柱焊接技術(shù)日益成熟，因其對(duì)母材適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、焊接速度快、焊接質(zhì)量穩(wěn)定，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。根據(jù)螺柱焊機(jī)的工作原理，通?？蓪⒙葜笝C(jī)分為儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)和拉弧式螺柱焊機(jī)兩類。而拉弧式螺柱焊機(jī)又可根據(jù)焊接時(shí)間的長(zhǎng)短劃分為長(zhǎng)周期螺柱焊和短周期螺柱焊。目前汽車行業(yè)普遍采用短周期拉弧式螺柱焊機(jī)，用以替代汽車制造中的鉚接、鉆孔、攻螺紋等連接工藝。

1、設(shè)備構(gòu)成

本文以目前國(guó)內(nèi)汽車廠常用的英國(guó)泰勒公司和德國(guó)圖克公司生產(chǎn)的兩種短周期拉弧式半自動(dòng)螺柱焊接產(chǎn)品為例進(jìn)行分析，此兩種半自動(dòng)螺柱焊機(jī)均由焊接電源、控制器、焊槍、地線鉗、焊接電纜、自動(dòng)送料器等部分組成。其中泰勒螺柱焊由DA751控制器、DA自動(dòng)送釘拉弧式焊槍及電磁振動(dòng)送料器等組成，最大輸出電流為750A；圖克螺柱焊由DCE1500控制器、PLM 200螺柱焊槍及ETF50送料器等組成，最大輸出電流1500A。下文中泰勒螺柱焊與圖克螺柱焊均基于此配置進(jìn)行討論。

2、焊接過(guò)程及焊接參數(shù)

螺柱焊接時(shí)，焊槍將被焊接螺柱從工件表面提升，同時(shí)在螺柱和工件之間產(chǎn)生電弧，電弧熱使螺柱尖端和工件表面融化，經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)時(shí)間后，焊槍推壓螺柱使螺柱和工件的融化區(qū)連接在一起，完成焊接，焊接過(guò)程見(jiàn)圖1。

影響短周期拉弧式螺柱焊機(jī)焊接質(zhì)量的因素主要為：焊接電流、焊接時(shí)間、螺柱伸出長(zhǎng)度和螺柱提升高度。

2.1 焊接電流

在眾多螺柱焊機(jī)使用說(shuō)明中，焊接電流一般主要是根據(jù)螺柱頂部直徑進(jìn)行選取，短周期拉弧式螺柱焊在低碳鋼焊接中，焊接電流和螺柱直徑的參考關(guān)系為：

焊接電流I=螺柱焊接面直徑(mm) × 110 A

在實(shí)際使用時(shí)，焊接電流一般在參考電流附近浮動(dòng)，通常以滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求為準(zhǔn)。泰勒螺柱焊焊接電流可通過(guò)控制器上的2個(gè)電流檔位進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定范圍相當(dāng)有限；而圖克螺柱焊可在控制面板上準(zhǔn)確輸入許可范圍內(nèi)的任意電流值，且在實(shí)際焊接過(guò)程中圖克螺柱焊可通過(guò)焊接參數(shù)監(jiān)視功能（Weld Monitor），實(shí)時(shí)檢測(cè)其焊接電流，確保焊接電流在設(shè)定值相符。

2.2 焊接時(shí)間

焊接時(shí)間t=I × 0.04 ms，對(duì)于短周期螺柱焊來(lái)言，焊接時(shí)間通常在20～100ms之間。泰勒螺柱焊雖可無(wú)級(jí)調(diào)整焊接時(shí)間，但無(wú)法精準(zhǔn)輸入焊接時(shí)間值，一般只能取到參考值的近似值，在實(shí)際使用中以滿足焊接要求為原則，通過(guò)“焊接時(shí)間選擇檔位”及“焊接時(shí)間調(diào)節(jié)旋鈕”來(lái)組合設(shè)定；圖克螺柱焊則可在面板上精準(zhǔn)輸入焊接時(shí)間數(shù)值，同樣，圖克螺柱焊的焊接時(shí)間可通過(guò)Weld Monitor實(shí)時(shí)檢測(cè)，確保與設(shè)定值一致，泰勒則無(wú)法對(duì)其實(shí)際輸出進(jìn)行閉環(huán)檢測(cè)。

焊接時(shí)間與焊接電流共同組成拉弧式螺柱焊的焊接輸入能量，因此可根據(jù)實(shí)際焊接效果配合使用，靈活調(diào)節(jié)。嚴(yán)格意義上講，在短周期模式下選擇焊接參數(shù)時(shí)，不僅僅要考慮螺柱直徑，還需考慮工件的厚度和焊槍本身特點(diǎn)，原則上，開(kāi)始時(shí)應(yīng)選擇設(shè)備的最大電流和最短時(shí)間，然后在試驗(yàn)中調(diào)整到最佳參數(shù)。焊接能量過(guò)小會(huì)導(dǎo)致焊接熔合面小于螺柱焊接面，而焊接能量過(guò)大又會(huì)導(dǎo)致螺柱熔化過(guò)多，焊接熔合面變小，工件熔化過(guò)薄，甚至焊穿（見(jiàn)圖2）。2.3 螺柱伸出長(zhǎng)度

螺柱伸出長(zhǎng)度指焊接前，壓縮空氣推動(dòng)焊槍頂針將螺柱頂出后，自由狀態(tài)下，螺柱法蘭端面超出防濺套部分的垂直距離（見(jiàn)圖3）。一般情況下，螺柱伸出長(zhǎng)度約為2-3mm。實(shí)際使用時(shí)，加工人扣動(dòng)焊接扳機(jī)前，已靠外力將伸出部分螺柱壓下至與防濺套端面齊平。螺柱伸出長(zhǎng)度是為了保證焊接時(shí)的浸入量（伸出長(zhǎng)度必須大于螺柱熔化的長(zhǎng)度與工件熔池深度之和），否則螺柱在熔池中運(yùn)動(dòng)會(huì)中途停止，造成縮孔缺陷。此外，圖克螺柱焊槍之所以能實(shí)現(xiàn)垂直檢測(cè)，也是通過(guò)將加工人實(shí)際壓下的長(zhǎng)度與調(diào)試時(shí)依靠磁柵尺記錄并保存的長(zhǎng)度進(jìn)行比較，判斷螺柱伸出長(zhǎng)度值，進(jìn)而作出焊槍是否垂直的反饋。2.4 螺柱提升高度

在很多有關(guān)螺柱焊的文獻(xiàn)中，對(duì)螺柱提升高度規(guī)定較為模糊。一般來(lái)說(shuō)，螺柱提升高度特指焊接時(shí)的引弧高度，即在壓縮空氣推動(dòng)焊槍頂針將螺柱頂出的條件下，螺柱被提升機(jī)構(gòu)提升到位后，螺柱法蘭端面與防濺套端面的垂直距離（以圖克螺柱焊槍為例進(jìn)行說(shuō)明，見(jiàn)圖4），泰勒螺柱焊機(jī)通過(guò)電磁線圈提升螺柱，提升高度一般設(shè)定為1.2mm左右，而圖克螺柱焊機(jī)則通過(guò)直線電機(jī)提升螺柱，提升高度約為1.5mm。

為了更好地說(shuō)明提升高度和螺柱伸出長(zhǎng)度的相互關(guān)系及含義，本文引入“總提升高度”，并規(guī)定總提升高度為：焊槍提升機(jī)構(gòu)可縮進(jìn)的總體高度，從機(jī)械原理上分析，總提升高度=螺柱提升高度+螺柱伸出長(zhǎng)度。

泰勒半自動(dòng)螺柱焊槍可通過(guò)旋轉(zhuǎn)焊槍尾部的端蓋調(diào)節(jié)總提升高度，其調(diào)節(jié)原理為：端蓋通過(guò)螺栓與提升調(diào)節(jié)器相連接，提升調(diào)節(jié)器與電磁圈外蓋通過(guò)左旋螺紋連接，旋轉(zhuǎn)端蓋時(shí)，端蓋及提升調(diào)節(jié)器的軸向位置不變，在左旋螺紋的作用下，電磁圈外蓋帶著電磁線圈軸向移動(dòng)，此時(shí)，總提升高度便會(huì)發(fā)生變化（見(jiàn)圖5）。而圖克螺柱焊焊槍的總提升高度為其直線電機(jī)的固有屬性，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法調(diào)節(jié)（見(jiàn)圖6）。

在總提升高度一定的情況下，通過(guò)調(diào)整槍嘴三角架位置可靈活改變螺柱伸出長(zhǎng)度及提升高度。對(duì)于泰勒螺柱焊槍，還可以通過(guò)在焊槍頂針活塞前增減襯墊改變螺柱伸伸出長(zhǎng)度及提升高度。

3、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際使用中影響螺柱焊焊接質(zhì)量的因素很多，除了設(shè)備本身原因外，料厚、偏弧、加工人操作素養(yǎng)等也很重要。整體而言，圖克螺柱焊在設(shè)計(jì)方面優(yōu)于泰勒螺柱焊，且增加了焊接時(shí)的垂直檢測(cè)功能。應(yīng)用事實(shí)也證明圖克螺柱焊焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于泰勒螺柱焊，當(dāng)然，其整套價(jià)格也高于泰勒螺柱焊，盡管如此，為了確保產(chǎn)品質(zhì)量，很多汽車廠在新生產(chǎn)線建設(shè)時(shí)更傾向于選用圖克螺柱焊或同級(jí)別產(chǎn)品。

[1]《螺柱焊焊接技術(shù)及其應(yīng)用》，張義等編著，機(jī)械工業(yè)出版社，2009.9；

[2]《淺談螺柱焊接技術(shù)》，魏國(guó)旗、陳有福著，金屬加工報(bào)2011年，第18期；

[3]《泰勒螺柱焊操作說(shuō)明書(shū)》，泰勒螺柱焊接系統(tǒng)有限公司;

[4]《圖克螺柱焊焊槍說(shuō)明書(shū)》，Emhart Teknologies;

[5]《德國(guó)KOCO拉弧式螺柱焊機(jī)說(shuō)明書(shū)》，Koster&Co.GmbH Germany.

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He Qi, Liu Xiaofeng
(Shaanxi Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi, Xi'an 710200)

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1671-7988(2014)06-91-03

何琪，就職于陜西重型汽車有限公司。