淺談手工電阻點焊焊接參數(shù)監(jiān)控范圍的設定

呂金柱

【摘 要】電阻點焊具有成本低、效率高等特點，特別適合對汽車車身的連接。文章通過確定焊接時間、電極壓力2個變量，尋求采用焊接電流與熔核大小的關系來確定第3個變量的方法來確定焊接參數(shù)的合理范圍，再從焊接參數(shù)的衰減方面分析得出焊接參數(shù)的監(jiān)控范圍。

【關鍵詞】電阻點焊；參數(shù)；監(jiān)控

【中圖分類號】U466 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）11-0078-04

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

1 電阻點焊基本原理

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

電阻焊是利用內(nèi)部電阻通過電流產(chǎn)生的熱源來進行焊接的，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為通電時間。

電流I對熱量的影響比其余2個參數(shù)的影響都大，因此在焊接過程中，它是一個必須嚴格控制的參數(shù)。電流過小時，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)完全沒熔合的虛焊。在用小功率焊機時，如果功率不足，因無法提供能熔化金屬的溫度場，即使延長焊接時間，也無法形成有效的焊點。電流過大時，會造成加熱過急，如果焊點周圍的塑性環(huán)未形成而板件的接觸點快速熔化就會引起前期飛濺，如果在形成熔核后熔化核心的擴展速度大于塑性區(qū)的變形速度就會引起后期飛濺。

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。

通電時間T對熱量也有顯著影響。當通電時間過短時，因產(chǎn)生的熱量有限而無法形成有效的熔核尺寸。當加熱時間過長時，又會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，同時引起表面過熱、壓痕過深、搭接邊壓潰等缺陷。

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

2 手工電阻點焊基本參數(shù)范圍的確定

電阻點焊焊點質(zhì)量的好壞嚴重影響汽車的性能。一般來說，整車焊點的合格率要求≥98%。要達到如此高的焊接合格率，必須先確定電阻點焊的基本參數(shù)范圍，然后再對參數(shù)進行監(jiān)控。電阻點焊基本參數(shù)有焊接電流、電極壓力及焊接時間。確定電阻點焊參數(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、預壓時間、加壓時間、緩沖時間、維持時間，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)嚴重飛濺。

合格焊點應滿足焊點直徑=（D+d）/2≥d min，如果實際測量焊點直徑（D+d）/2實驗先確定電極頭端面尺寸，實驗采用尺寸為16 mm的新電極頭，修磨端面直徑為5.6 mm，焊接10～15點后開始實驗。根據(jù)美國電阻焊制造協(xié)會（RWMA）及小原（OBARA）提供的焊接參數(shù)參考（見表2）及現(xiàn)場實際情況，初取壓力為2.4 kN，焊接時間為10周波；其他參數(shù)預壓時間為5周波、加壓時間為25周波、緩沖時間為2周波、維持時間為10周波（見表3）。

最常用的檢驗試樣的方法是撕破法。優(yōu)質(zhì)焊點的標識如下：在撕破試樣的一片上有圓孔，另一片上有圓凸臺[3]。用試片撕破法進行電流-熔核大小的實驗，選取電流8.5 kA作為初始中值，以上下每0.1 kA作為一個變化單位進行實驗，其結果如下。當電流小于7.7 kA時，熔核直徑小于4.0 mm，小于7.2 kA以下時，基本撕不出有效熔核；當電流大于9.4 kA時，焊接飛濺比較嚴重。實驗結果表明，在壓力為2.4 kN、焊接時間為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（見表4）。焊點熔核如圖4所示。

3 手工電阻點焊參數(shù)的正常衰減

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

手工懸掛電阻點焊設備一般使用無感電纜。因為長時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，電纜因長時間使用及焊接過程頻繁拉動而導致內(nèi)部銅絲出現(xiàn)斷股，焊接電流輸出到電極頭位置就會隨時間推移不斷減小。焊接電纜如圖5所示。

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

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

4 手工電阻點焊參數(shù)監(jiān)控范圍的確定

前面實驗結果表明，在壓力為2.4 kN、焊接時間為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個班次滿負荷生產(chǎn)，因此確定正常的監(jiān)控周期為一個月比較適宜。從前面監(jiān)控數(shù)據(jù)得知，一個月內(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。對于監(jiān)控范圍上限，實驗出現(xiàn)大量飛濺電流在9.4 kA以上，同時電流越大能耗越大，對電纜的損耗也越大，根據(jù)對稱原則，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5%，在做監(jiān)控時應適當放寬范圍，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（見表6）。

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

對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驗得出（見表8）。

實際上，現(xiàn)場零件搭接比較復雜，參數(shù)的范圍還需要遵循以下原則，且其最終焊點熔核要符合要求。總板厚>2.5倍主導板厚，焊接電流和電極壓力保持不變，焊接時間加長；有銅板的焊接，焊接電流和電極壓力保持不變，焊接時間加長；當上電極或下電極為平面時，焊接電流和電極壓力保持不變，焊接時間加長。

5 手工電阻點焊焊接參數(shù)監(jiān)控

電阻點焊焊接參數(shù)監(jiān)控范圍確定后，需要定期對焊接參數(shù)進行監(jiān)控。

（1）正常監(jiān)控測量頻次為1次/月，測量出現(xiàn)參數(shù)偏差超出或臨近監(jiān)控界限的情況需要進行調(diào)整維護，測量、維護結果記錄在《焊接規(guī)范參數(shù)檢測表》。當測量發(fā)現(xiàn)焊接參數(shù)變化異常時，需要確認電纜等焊接設備是否有異常情況。

（2）當更換電纜、焊鉗等焊接設備時需要對焊接參數(shù)進行測量確認，偏差較大時，需要對參數(shù)進行調(diào)整并確認焊接質(zhì)量，記錄在《設備變更、參數(shù)調(diào)整記錄和驗證表》（見表9和表10）。

6 結語

焊接參數(shù)的監(jiān)控對焊點質(zhì)量控制有著十分重要的作用。焊接參數(shù)的設置就是要找到焊接電流、焊接時間、電極壓力的平衡點，使焊點的焊接質(zhì)量達到最佳狀態(tài)。

參 考 文 獻

[1]孟大慶.車身制造過程中電阻點焊的應用探討[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鋼板點焊工藝參數(shù)的選擇[J].現(xiàn)代焊接，2014（8）：55-56.

[3]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊[M].第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2007：376.

[責任編輯：陳澤琦]