呂金柱

【摘 要】電阻點(diǎn)焊具有成本低、效率高等特點(diǎn)，特別適合對(duì)汽車車身的連接。文章通過(guò)確定焊接時(shí)間、電極壓力2個(gè)變量，尋求采用焊接電流與熔核大小的關(guān)系來(lái)確定第3個(gè)變量的方法來(lái)確定焊接參數(shù)的合理范圍，再?gòu)暮附訁?shù)的衰減方面分析得出焊接參數(shù)的監(jiān)控范圍。

【關(guān)鍵詞】電阻點(diǎn)焊；參數(shù)；監(jiān)控

【中圖分類號(hào)】U466 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）11-0078-04

近年來(lái)，隨著新技術(shù)的應(yīng)用，雖然各種連接工藝在車身中應(yīng)用逐漸增多，但電阻點(diǎn)焊因其低成本、高效率的特點(diǎn)，仍然是車身裝配的主要連接工藝。電阻點(diǎn)焊完成90%以上的車身裝配工作量，是車身裝配的主要連接方式。電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響汽車的性能。本文從手工電阻點(diǎn)焊獲得合格熔核的參數(shù)范圍及手工電阻點(diǎn)焊參數(shù)的衰減2個(gè)方面分析得出焊接參數(shù)的監(jiān)控范圍。

1 電阻點(diǎn)焊基本原理

電阻點(diǎn)焊過(guò)程就是在熱與機(jī)械（力）作用下形成焊點(diǎn)的過(guò)程，熱作用使焊合件貼合面母材金屬熔化，機(jī)械（力）作用使焊接區(qū)產(chǎn)生必要的塑性變形[1]。電阻點(diǎn)焊焊接循環(huán)如圖1所示。

電阻焊是利用內(nèi)部電阻通過(guò)電流產(chǎn)生的熱源來(lái)進(jìn)行焊接的，焊接期間產(chǎn)生的熱量可用以下公式表示。

Q=I 2RT

上式中，I為焊接電流，R為電阻，T為通電時(shí)間。

電流I對(duì)熱量的影響比其余2個(gè)參數(shù)的影響都大，因此在焊接過(guò)程中，它是一個(gè)必須嚴(yán)格控制的參數(shù)。電流過(guò)小時(shí)，產(chǎn)生的有效熱量不足以形成所需要尺寸的熔核及熔透率，甚至出現(xiàn)完全沒(méi)熔合的虛焊。在用小功率焊機(jī)時(shí)，如果功率不足，因無(wú)法提供能熔化金屬的溫度場(chǎng)，即使延長(zhǎng)焊接時(shí)間，也無(wú)法形成有效的焊點(diǎn)。電流過(guò)大時(shí)，會(huì)造成加熱過(guò)急，如果焊點(diǎn)周圍的塑性環(huán)未形成而板件的接觸點(diǎn)快速熔化就會(huì)引起前期飛濺，如果在形成熔核后熔化核心的擴(kuò)展速度大于塑性區(qū)的變形速度就會(huì)引起后期飛濺。

電極之間的電阻R包括工件本身的電阻R1、2個(gè)工件之間的電阻R2、電極與工件之間的電阻R3，R=2R1+R2+2R3[2]。電極和工件的接觸電阻、工件與工件間接觸電阻組成主要受電極壓力的影響，而工件本身的電阻變化很小。因此，影響電阻R的主要因素為電極壓力。電阻R的主要組成如圖2所示。

通電時(shí)間T對(duì)熱量也有顯著影響。當(dāng)通電時(shí)間過(guò)短時(shí)，因產(chǎn)生的熱量有限而無(wú)法形成有效的熔核尺寸。當(dāng)加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，又會(huì)因熔化金屬的范圍超出塑性環(huán)的約束區(qū)域而形成飛濺，同時(shí)引起表面過(guò)熱、壓痕過(guò)深、搭接邊壓潰等缺陷。

由此可見(jiàn)，影響電阻點(diǎn)焊焊接質(zhì)量的主要參數(shù)有3個(gè)，即焊接電流、電極壓力、焊接時(shí)間。

2 手工電阻點(diǎn)焊基本參數(shù)范圍的確定

電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響汽車的性能。一般來(lái)說(shuō)，整車焊點(diǎn)的合格率要求≥98%。要達(dá)到如此高的焊接合格率，必須先確定電阻點(diǎn)焊的基本參數(shù)范圍，然后再對(duì)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。電阻點(diǎn)焊基本參數(shù)有焊接電流、電極壓力及焊接時(shí)間。確定電阻點(diǎn)焊參數(shù)范圍，首先要確定電極的端面形狀和尺寸，其次初步選定電極壓力、預(yù)壓時(shí)間、加壓時(shí)間、緩沖時(shí)間、維持時(shí)間，然后電流值從參考值為中心，向下逐漸減小到熔核尺寸太小不符合要求，向上逐漸增大，直到出現(xiàn)嚴(yán)重飛濺。

合格焊點(diǎn)應(yīng)滿足焊點(diǎn)直徑=（D+d）/2≥d min，如果實(shí)際測(cè)量焊點(diǎn)直徑（D+d）/2實(shí)驗(yàn)先確定電極頭端面尺寸，實(shí)驗(yàn)采用尺寸為16 mm的新電極頭，修磨端面直徑為5.6 mm，焊接10～15點(diǎn)后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。根據(jù)美國(guó)電阻焊制造協(xié)會(huì)（RWMA）及小原（OBARA）提供的焊接參數(shù)參考（見(jiàn)表2）及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，初取壓力為2.4 kN，焊接時(shí)間為10周波；其他參數(shù)預(yù)壓時(shí)間為5周波、加壓時(shí)間為25周波、緩沖時(shí)間為2周波、維持時(shí)間為10周波（見(jiàn)表3）。

最常用的檢驗(yàn)試樣的方法是撕破法。優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的標(biāo)識(shí)如下：在撕破試樣的一片上有圓孔，另一片上有圓凸臺(tái)[3]。用試片撕破法進(jìn)行電流-熔核大小的實(shí)驗(yàn)，選取電流8.5 kA作為初始中值，以上下每0.1 kA作為一個(gè)變化單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如下。當(dāng)電流小于7.7 kA時(shí)，熔核直徑小于4.0 mm，小于7.2 kA以下時(shí)，基本撕不出有效熔核；當(dāng)電流大于9.4 kA時(shí)，焊接飛濺比較嚴(yán)重。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在壓力為2.4 kN、焊接時(shí)間為10周波的狀態(tài)下，1.0+1.0 mm板厚試片獲得了比較良好的焊接狀態(tài)的電流范圍為7.7～9.3 kA（見(jiàn)表4）。焊點(diǎn)熔核如圖4所示。

3 手工電阻點(diǎn)焊參數(shù)的正常衰減

電阻點(diǎn)焊的3個(gè)主要參數(shù)為焊接電流、電極壓力及焊接時(shí)間。電極壓力主要受工廠氣源壓力波動(dòng)的影響，一般波動(dòng)5%左右，該波動(dòng)屬于正常的波動(dòng)，比較容易受控；焊接時(shí)間一般設(shè)定后都不會(huì)變動(dòng)；焊接電流受電纜的影響波動(dòng)比較大。

手工懸掛電阻點(diǎn)焊設(shè)備一般使用無(wú)感電纜。因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的大電流焊接特別容易造成電纜電阻值增加，影響焊接電流；同時(shí)，電纜因長(zhǎng)時(shí)間使用及焊接過(guò)程頻繁拉動(dòng)而導(dǎo)致內(nèi)部銅絲出現(xiàn)斷股，焊接電流輸出到電極頭位置就會(huì)隨時(shí)間推移不斷減小。焊接電纜如圖5所示。

為了獲得電流隨時(shí)間變化的狀態(tài)，在生產(chǎn)節(jié)拍為40 JPH、3個(gè)班次生產(chǎn)的條件下，采取每周測(cè)量一次參數(shù)的方式監(jiān)控整條生產(chǎn)線的焊接電流。下面是部分通過(guò)測(cè)試得出的焊接電流隨時(shí)間推移的變化情況（見(jiàn)表5和圖6所示）。

從圖6和表5中可以得出結(jié)論，焊接電流隨時(shí)間的變化不斷衰減。從第1周到第4周，即一個(gè)月內(nèi)衰減0～0.4 kA，從第1周到第8周，即2個(gè)月內(nèi)衰減0.4～0.8 kA。

4 手工電阻點(diǎn)焊參數(shù)監(jiān)控范圍的確定

前面實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在壓力為2.4 kN、焊接時(shí)間為10周波的狀態(tài)下，1.0+1.0 mm板厚試片獲得比較良好的焊接狀態(tài)的電流范圍為7.7～9.3 kA，中值電流為8.5 kA。工廠生產(chǎn)節(jié)拍為40 JPH，3個(gè)班次滿負(fù)荷生產(chǎn)，因此確定正常的監(jiān)控周期為一個(gè)月比較適宜。從前面監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)得知，一個(gè)月內(nèi)焊接電流衰減大的有0.4 kA，從而得出電流的監(jiān)控范圍下限為8.1 kA。對(duì)于監(jiān)控范圍上限，實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)大量飛濺電流在9.4 kA以上，同時(shí)電流越大能耗越大，對(duì)電纜的損耗也越大，根據(jù)對(duì)稱原則，取電流8.9 kA作為監(jiān)控范圍上限。最終得出在壓力為2.4 kN，焊接時(shí)間為10周波狀態(tài)下，1.0+1.0 mm板厚電流參數(shù)監(jiān)控范圍為8.1～8.9 kA。同理，壓力參數(shù)一般波動(dòng)5%，在做監(jiān)控時(shí)應(yīng)適當(dāng)放寬范圍，取2.2～2.6 kN。最終得出1.0+1.0 mm板厚的焊接參數(shù)監(jiān)控范圍（見(jiàn)表6）。

同樣，用撕破法驗(yàn)證該參數(shù)監(jiān)控范圍是否合理，表7為驗(yàn)證結(jié)果，熔核直徑符合要求，同時(shí)焊點(diǎn)表面狀況良好。

對(duì)0.8 mm、1.2 mm、1.4 mm等常用板厚焊接參數(shù)監(jiān)控范圍用同樣方法實(shí)驗(yàn)得出（見(jiàn)表8）。

實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)零件搭接比較復(fù)雜，參數(shù)的范圍還需要遵循以下原則，且其最終焊點(diǎn)熔核要符合要求?？偘搴?2.5倍主導(dǎo)板厚，焊接電流和電極壓力保持不變，焊接時(shí)間加長(zhǎng)；有銅板的焊接，焊接電流和電極壓力保持不變，焊接時(shí)間加長(zhǎng)；當(dāng)上電極或下電極為平面時(shí)，焊接電流和電極壓力保持不變，焊接時(shí)間加長(zhǎng)。

5 手工電阻點(diǎn)焊焊接參數(shù)監(jiān)控

電阻點(diǎn)焊焊接參數(shù)監(jiān)控范圍確定后，需要定期對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。

（1）正常監(jiān)控測(cè)量頻次為1次/月，測(cè)量出現(xiàn)參數(shù)偏差超出或臨近監(jiān)控界限的情況需要進(jìn)行調(diào)整維護(hù)，測(cè)量、維護(hù)結(jié)果記錄在《焊接規(guī)范參數(shù)檢測(cè)表》。當(dāng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)焊接參數(shù)變化異常時(shí)，需要確認(rèn)電纜等焊接設(shè)備是否有異常情況。

（2）當(dāng)更換電纜、焊鉗等焊接設(shè)備時(shí)需要對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行測(cè)量確認(rèn)，偏差較大時(shí)，需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并確認(rèn)焊接質(zhì)量，記錄在《設(shè)備變更、參數(shù)調(diào)整記錄和驗(yàn)證表》（見(jiàn)表9和表10）。

6 結(jié)語(yǔ)

焊接參數(shù)的監(jiān)控對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量控制有著十分重要的作用。焊接參數(shù)的設(shè)置就是要找到焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力的平衡點(diǎn)，使焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量達(dá)到最佳狀態(tài)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]孟大慶.車身制造過(guò)程中電阻點(diǎn)焊的應(yīng)用探討[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2015（18）：21.

[2]郎瑞卿.淺談轎車白車身DC03鋼板點(diǎn)焊工藝參數(shù)的選擇[J].現(xiàn)代焊接，2014（8）：55-56.

[3]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)[M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：376.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]