車身鋁板電阻點(diǎn)焊技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與分析

鐘麗慧 韓立軍 郭院波

摘要：介紹了鋁點(diǎn)焊焊接技術(shù)的特殊性，設(shè)備的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，汽車車身對(duì)鋁點(diǎn)焊技術(shù)在介質(zhì)、材料、生產(chǎn)夾具及相關(guān)附屬設(shè)備等方面的要求。通過(guò)對(duì)焊接設(shè)備電極極性、電源頻率，電極帽端面形狀和材料、焊接控制模式和焊接參數(shù)等進(jìn)行分析測(cè)試，得出鋁點(diǎn)焊質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素。確定了改善鋁合金點(diǎn)焊質(zhì)量、延長(zhǎng)電極帽使用壽命的改進(jìn)方向和思路，為汽車行業(yè)技術(shù)的發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)與借鑒。

關(guān)鍵詞：鋁合金點(diǎn)焊;AMF壓力控制模式;焊接參數(shù);熔核;裂紋

0 前言

隨著汽車輕量化、新能源汽車的涌入，越來(lái)越多的輕質(zhì)材料被應(yīng)用到汽車生產(chǎn)中，如鋁合金、鎂合金、碳纖維等。鎂合金、碳纖維的材料成本過(guò)高，工藝不夠成熟，性能優(yōu)良、工藝成熟和資源豐富的鋁合金成為了關(guān)注焦點(diǎn)。針對(duì)鋁合金材料的連接，在生產(chǎn)中相繼涌現(xiàn)了SPR、Clinch、FDS等鋼鋁、鋁鋁連接的工藝方法。而相對(duì)于鉚接，鋁合金點(diǎn)焊由于成本低、強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、設(shè)備通用性高和生產(chǎn)集成性好等優(yōu)點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)外汽車行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。但是受到鋁合金材料性能影響，鋁點(diǎn)焊容易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，這限制了該工藝在承受動(dòng)載荷場(chǎng)景的應(yīng)用。隨著技術(shù)發(fā)展的不斷成熟，鋁點(diǎn)焊技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到車身的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中。

1 鋁合金點(diǎn)焊技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前的汽車生產(chǎn)企業(yè)，如AUDI、寶馬、特斯拉等都相繼應(yīng)用了鋁點(diǎn)焊技術(shù)，尤其是在新能源汽車的電池殼體生產(chǎn)上。由于鋁板在材料焊接性上不同于鋼板，該技術(shù)對(duì)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境等提出了較高的要求，各企業(yè)采用的設(shè)備形式和工藝手段也有所不同。

特斯拉采用Fronius公司帶有電極帶的焊鉗。通過(guò)移動(dòng)的電極帶增大焊接電阻，有效保證了焊接熱量，有利于焊點(diǎn)的形成。Fronius鋁點(diǎn)焊設(shè)備的應(yīng)用如圖1所示，該方式很好地保證了焊接電極的表面狀態(tài)和接頭質(zhì)量，焊點(diǎn)質(zhì)量好，電極壽命長(zhǎng)。但涉及到焊接電極帶的耗材成本，同時(shí)由于焊鉗鉗體上增加了電極帶的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于一些點(diǎn)定夾緊裝置復(fù)雜的工位，焊槍的通過(guò)性會(huì)有一定限制。

凱迪拉克CT6生產(chǎn)線上采用通用專利技術(shù)對(duì)焊接電極表面進(jìn)行環(huán)狀紋路處理，以保證鋁合金表面氧化膜的破碎，順利進(jìn)入焊接階段，提升焊點(diǎn)的焊接次數(shù)和質(zhì)量。電極紋路處理可以提升單次修磨后的焊接點(diǎn)數(shù)。但焊接后會(huì)存在焊點(diǎn)印記，并不適合車身覆蓋件的表面焊點(diǎn)，且需要特殊的修磨裝置。該技術(shù)應(yīng)用如圖2所示。

此外，還有一種中頻交流控制方式。該方式采用特制的工頻變壓器，通過(guò)IGBT在變壓器一次側(cè)對(duì)焊接電流的波形頻率過(guò)零點(diǎn)焊接時(shí)間進(jìn)行調(diào)整控制，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中正負(fù)極性交替變換，減輕正負(fù)電極侵蝕狀態(tài)不同的問(wèn)題，提升連續(xù)焊接點(diǎn)數(shù)和焊接質(zhì)量。但由于變壓器鐵心截面大，質(zhì)量大，整個(gè)焊槍也較重，對(duì)機(jī)器人負(fù)載和配置提出了更高要求。

文中針對(duì)中頻直流焊接模式的鋁合金點(diǎn)焊技術(shù)的設(shè)備結(jié)構(gòu)、焊接極性、電極帽形狀和材質(zhì)、焊接控制方式及參數(shù)等關(guān)鍵因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，以得出影響鋁點(diǎn)焊質(zhì)量的關(guān)鍵因素，為鋁合金板材點(diǎn)焊技術(shù)的焊接性和焊點(diǎn)質(zhì)量提升提供指導(dǎo)方向，為鋁點(diǎn)焊技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用提供借鑒與指導(dǎo)。

2 鋁合金點(diǎn)焊技術(shù)特點(diǎn)

2.1 鋁合金材料特點(diǎn)

鋁合金和鋼、銅的材料性能對(duì)比如表1所示?？梢钥闯?，相對(duì)于鋼板，鋁合金密度更低。同時(shí)鋁合金熔點(diǎn)低、氧化性強(qiáng)，在表面很容易被氧化，在空氣中易被氧化成Al2O3（熔點(diǎn)2 050 ℃），不勻稱的氧化膜分布會(huì)使鋁吸收更多的水分，在焊接接頭中易形成氣孔，在熔核內(nèi)形成雜質(zhì)從而影響接頭性能[1-3]。

由于鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)高和熱膨脹系數(shù)大，所以鋁板在焊接過(guò)程中變形較大。而低電阻率和高導(dǎo)熱性的特點(diǎn)，使得鋁點(diǎn)焊需要更高的能量密度。

2.2 鋁合金的焊接特點(diǎn)

鋁合金的熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)差異較明顯，導(dǎo)致焊接過(guò)程中熱量分布不均和焊后冷卻收縮能力不同，造成較大的焊接變形，容易產(chǎn)生焊接裂紋[4]。

對(duì)鋼板而言，點(diǎn)焊焊接能量很容易聚集并形成焊核，而鋁板的板材導(dǎo)熱性好，輸入的熱量很容易分散流失，所以焊接時(shí)需要快速聚集熱量，即大電流、短時(shí)間的焊接方式，通常電流為幾萬(wàn)安培。

兩種材料、相同板厚條件下的焊接參數(shù)對(duì)比如圖3所示。圖3a為鋼板的點(diǎn)焊參數(shù)，焊接電流約為10 kA，焊接時(shí)間500 ms。圖3b為鋁板點(diǎn)焊參數(shù)，主焊接電流為30～40 kA，是鋼板的3～4倍，而焊接時(shí)間僅為100 ms左右。這些都是鋁材料的特性造成的。

鋼及鋁點(diǎn)焊過(guò)程中的熱量分布示意如圖4所示。鋁合金表面的氧化層使得在焊接過(guò)程中，銅電極與工件發(fā)生合金化反應(yīng)引起燒損[5]，電極帽表面局部侵蝕，阻礙電流形成回路。隨著焊接點(diǎn)數(shù)的增加，電極帽侵蝕嚴(yán)重，電極帽與工件間的電阻越來(lái)越大，焊接熱量也會(huì)分散到電極帽與工件間，不僅影響電極帽的壽命，而且焊接質(zhì)量也越來(lái)越差。

鋁點(diǎn)焊電極帽侵蝕圖片如圖5所示。為保證焊接質(zhì)量，需要不斷地對(duì)電極帽進(jìn)行修磨，這制約了汽車生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率提升，增加了電極消耗成本。所以如何提升鋁點(diǎn)焊單次修磨內(nèi)可焊接點(diǎn)數(shù)是汽車行業(yè)研究的焦點(diǎn)。

2.3 鋁點(diǎn)焊產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求

鋁點(diǎn)焊的焊接電流很大，為減少分流、提高焊點(diǎn)過(guò)程穩(wěn)定性，通過(guò)焊接試驗(yàn)及大眾集團(tuán)多年的鋁點(diǎn)焊實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析得出，焊點(diǎn)之間的最小間距應(yīng)大于6 dp（焊核），以減少焊接分流的影響，更好地保證焊點(diǎn)質(zhì)量。通過(guò)參數(shù)試驗(yàn)，并結(jié)合焊接后的焊核直徑（dL）測(cè)試分析得出，焊點(diǎn)熔核直徑與板材最小厚度（t1）的對(duì)應(yīng)關(guān)系為dLmin≥5。

不同板材厚度對(duì)應(yīng)的焊點(diǎn)熔核直徑和抗剪力要求如表2所示，這也是鋁點(diǎn)焊設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制的檢驗(yàn)基準(zhǔn)。

2.4 鋁合金酸洗鈍化工藝

為保障鋁點(diǎn)焊有更好的焊接性，焊接前需對(duì)板材進(jìn)行酸洗鈍化處理以去除鋁板材表面的油脂和氧化層，在表面形成一層薄薄的、致密、穩(wěn)定而均勻的鈍化膜，保證表面電阻的穩(wěn)定，更有利于保證鋁合金點(diǎn)焊的焊接和質(zhì)量穩(wěn)定性。

整個(gè)酸洗鈍化過(guò)程分為：脫脂除油、水洗、酸洗去氧化層、水洗、鈍化、清洗和烘干幾個(gè)階段，酸洗鈍化前后對(duì)比如圖6所示。

3 鋁點(diǎn)焊技術(shù)對(duì)裝備和介質(zhì)的要求

工藝設(shè)計(jì)及制造需考慮設(shè)備、生產(chǎn)工藝、焊接參數(shù)等多方面因素，如設(shè)備選型、焊接電源及焊接過(guò)程控制方式、電極帽的形狀和材料、合適的焊接參數(shù)等。

3.1 鋁點(diǎn)焊焊接電源特點(diǎn)

中頻直流焊接模式的焊接電源形成過(guò)程如圖7所示。整個(gè)電源控制過(guò)程可分為5個(gè)階段：a. 輸入三相50 Hz或者60 Hz的交流電;b. 交流電經(jīng)過(guò)二極管組成的三相整流器，將交流處理成帶有脈動(dòng)的直流;c. 脈動(dòng)直流經(jīng)電容完成直流濾波，形成平滑直流電;d. 經(jīng)帶有4個(gè)IGBT組成的H橋進(jìn)行逆變，將直流電逆變成1 000 Hz的交流方波;e. 最后經(jīng)過(guò)變壓器及變壓器二次側(cè)連接二極管整流電路，將交流方波重新轉(zhuǎn)變輸出為直流電。

3.2 焊槍執(zhí)行單元

鋁點(diǎn)焊設(shè)備的焊槍執(zhí)行單元包含變壓器、鉗體和電缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。變壓器的選擇：由于鋁點(diǎn)焊的焊接電流可達(dá)50～60 kA，所以需要配置大容量的變壓器。目前很多設(shè)備廠家采用雙變壓器結(jié)構(gòu)來(lái)保證焊接容量的需求，以減少設(shè)備工作負(fù)載，保證設(shè)備使用壽命。電缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇：為了保證焊接過(guò)程中氣體的及時(shí)溢出，減少或避免氣孔、裂紋缺陷，需采用較高的壓力。鋁點(diǎn)焊的焊接壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼板，通常鋼點(diǎn)焊焊鉗的壓力為3～5 kN，而鋁點(diǎn)焊電極壓力要達(dá)到6～7 kN，乃至8 kN。因此鋁點(diǎn)焊需要選用大驅(qū)動(dòng)力的電缸。

在鉗體結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)上也對(duì)設(shè)備提出了很高的要求。鋁點(diǎn)焊壓力大，焊接過(guò)程中為了避免焊鉗臂和電極桿的變形，保證焊接電極的對(duì)中性，鉗體應(yīng)采用強(qiáng)度和剛性高的材料，通常為7系航空鋁，電極桿采用較粗的端面結(jié)構(gòu)。

3.3 鋁點(diǎn)焊對(duì)于介質(zhì)及其他設(shè)備接口要求

鋼板點(diǎn)焊通常需要冷卻水流量為8 L/min，而鋁點(diǎn)焊的冷卻水流量需達(dá)到20 L/min，因?yàn)殇X點(diǎn)焊焊接電流大，需要更大流量的冷卻水來(lái)保證焊接變壓器、電缸、焊鉗上下電極和控制柜逆變器的冷卻，以保證焊接的穩(wěn)定性和設(shè)備的使用壽命。

在電氣設(shè)計(jì)上，鋁點(diǎn)焊需要更粗的焊接電纜，更大容量的熔斷器（鋼為100 A，鋁點(diǎn)焊為160 A）。如果是雙變壓器結(jié)構(gòu)的鋁焊槍，還需配備兩套電纜線，對(duì)應(yīng)的管線包、水氣單元都要預(yù)留雙管路。

機(jī)器人的選型上要考慮整體設(shè)備配重。一般而言，鋁點(diǎn)焊焊槍質(zhì)量約為200 kg，機(jī)器人通常選擇270或360系列。

3.4 鋁點(diǎn)焊夾具設(shè)計(jì)

由于鋁點(diǎn)焊焊接電流高達(dá)幾萬(wàn)安培，在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的磁場(chǎng)很強(qiáng)，為保證焊點(diǎn)質(zhì)量，需要對(duì)夾具進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。鋁點(diǎn)焊夾具圖片如圖8所示。夾具中多處部件都要進(jìn)行防磁或采用抗強(qiáng)磁材料，以避免焊接過(guò)程產(chǎn)生的強(qiáng)磁干擾傳感器，保證焊接質(zhì)量和穩(wěn)定性。

4 鋁合金點(diǎn)焊焊接影響因素分析

4.1 焊接電源

4.1.1 焊接電源頻率的差異

高頻率的焊接電源更有利于焊點(diǎn)質(zhì)量，相比于1 kHz，2 kHz具有焊機(jī)功率因數(shù)高、熱量集中度高[6]、焊接電流更穩(wěn)定、能耗更低的優(yōu)勢(shì)，且2 kHz變壓器尺寸更小、質(zhì)量更輕。

不同的焊接頻率如圖9所示，2 kHz焊機(jī)的電流波形更平緩，電流密度高，熱量集中，響應(yīng)速度明顯快于1 kHz[7]。在焊點(diǎn)強(qiáng)度和熔核形貌方面，二者也是有差異的，在相同的焊接條件下，對(duì)1.15 mm+1.7 mm的TL091鋁板進(jìn)行連續(xù)60點(diǎn)焊接，分別抽取6個(gè)試樣進(jìn)行抗剪力試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如圖10所示?？梢钥闯?，在相同焊接條件下，2 kHz高頻焊接的熔核直徑更大，焊點(diǎn)強(qiáng)度也相對(duì)更高。

4.1.2 焊接電源的變極性控制

點(diǎn)焊焊接過(guò)程中由于珀?duì)柼?yīng)，相同厚度板材在焊接過(guò)程中焊點(diǎn)熔核向正極偏移，而鋁點(diǎn)焊由于較高的電流輸入使得其熔核偏移傾向更加明顯。焊接過(guò)程中正負(fù)電極帽表面侵蝕程度不同，正極侵蝕更加嚴(yán)重，隨著點(diǎn)數(shù)的增加而更加明顯（見(jiàn)圖11）。

分別采用單極性和變極性的方式進(jìn)行連續(xù)焊接測(cè)試，觀測(cè)焊點(diǎn)的直徑變化，如圖12所示?？梢钥闯?，當(dāng)電極極性的交替變換時(shí)，焊點(diǎn)直徑基本穩(wěn)定在6 mm左右變化。由此可見(jiàn)，通過(guò)控制焊機(jī)焊接極性的交替變化，可以克服正負(fù)電極的不均勻侵蝕現(xiàn)象，提升焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量、延長(zhǎng)電極壽命。

極性的轉(zhuǎn)變可以通過(guò)在變壓器一次側(cè)或二次側(cè)進(jìn)行切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。在變壓器的初級(jí)轉(zhuǎn)換主要是通過(guò)IGBT逆變，控制調(diào)整交流方波的頻率和過(guò)原點(diǎn)時(shí)間，保持正負(fù)極性的反復(fù)切換。不同于圖7e，變壓器內(nèi)部沒(méi)有二極管整流過(guò)程。另外一種方式則是在變壓器二次側(cè)進(jìn)行極性切換，但由于二次電流很大，在控制和安全性方面將面臨一定困難。

4.2 電極

4.2.1 電極帽形狀影響分析

鋁點(diǎn)焊由于熱輸入量和壓力較高，焊接接頭軟化區(qū)域大，需要選用直徑較大的電極帽來(lái)覆蓋全部軟化區(qū)域，如圖13所示。

電極帽的形狀也會(huì)影響焊接質(zhì)量，前端形狀不同，焊點(diǎn)熔核在形成過(guò)程中受到軸向和徑向的拉伸力則不同，如圖13a所示。采用前端帶有合適R角的電極更有利于在相同焊接條件下獲取更高的電流密度和焊核質(zhì)量。

不同形狀電極焊接焊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的熔核成型狀態(tài)如圖14所示?？梢钥闯觯瑘D14b或圖14c的電極壓痕較深，圖14a為前端帶有弧度R=100的近平電極，焊核表面及內(nèi)部金相成型狀態(tài)相對(duì)較好。推薦采用20直徑前端帶有R=100或R=150的近平面電極來(lái)進(jìn)行鋁合金的點(diǎn)焊。

4.2.2 電極垂直度和對(duì)中性

在焊接過(guò)程中還應(yīng)注意工件與電極的垂直度和上下電極的對(duì)中性。焊槍的姿態(tài)直接影響焊接質(zhì)量，如圖15所示。由于鋁點(diǎn)焊采用大電流，稍有偏移，將直接影響到熱輸入量和焊件質(zhì)量。這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的零件、夾具狀態(tài)，及工藝匹配和穩(wěn)定性也提出了更高的要求。所以對(duì)于在曲面位置的鋁點(diǎn)焊要進(jìn)行評(píng)估或測(cè)試，確保電極R與工件弧度的匹配，并考慮生產(chǎn)偏差等方面的影響。

4.2.3 電極帽材料

電極帽材料也會(huì)對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量、電極帽單次修磨后焊接點(diǎn)數(shù)和電極帽壽命產(chǎn)生影響。

分別采用三種電極A、B、C對(duì)同一板材在相同參數(shù)下進(jìn)行連續(xù)焊接，試驗(yàn)電極材料對(duì)焊接點(diǎn)數(shù)和焊點(diǎn)質(zhì)量的影響。A為鋯銅電極，在銅中加入微量元素鋯，含量為0.2%，導(dǎo)電率提升5%～10%;B為普通鉻鋯銅電極;C為進(jìn)行彌散強(qiáng)化處理的鉻鋯銅電極。不同材質(zhì)電極鋁點(diǎn)焊后的狀態(tài)如圖16所示。

電極B所焊焊點(diǎn)在30～40點(diǎn)時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)電極表面侵蝕現(xiàn)象（見(jiàn)圖16a）;對(duì)第47個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中心處出現(xiàn)裂紋（見(jiàn)圖16b）。電極A連續(xù)焊接84點(diǎn)后焊點(diǎn)表面狀態(tài)基本無(wú)變化（見(jiàn)圖16c），第84點(diǎn)的金相分析也沒(méi)有缺陷（見(jiàn)圖16d）。由圖16e可知，A電極侵蝕現(xiàn)象不明顯，而B(niǎo)和C電極侵蝕較為嚴(yán)重，尤其是正極側(cè)。

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的鋯銅電極可以提升焊接點(diǎn)數(shù)、焊接質(zhì)量和節(jié)拍，并降低焊接電流、節(jié)省焊接能量。考慮到企業(yè)的長(zhǎng)期綜合成本，電極材料的選擇十分重要。

4.3 焊接控制方式

鋼板點(diǎn)焊控制方式：采樣焊接電流和電壓，實(shí)時(shí)監(jiān)控電阻。鋁點(diǎn)焊的控制方法主要涉及如下：

首先，鋁板表面高熔點(diǎn)氧化膜的存在使得接觸電阻更加不均勻，加劇熔核性能的不穩(wěn)定和電極的侵蝕[8]。因此，對(duì)表面氧化膜的打碎和電流提升時(shí)間點(diǎn)的控制好壞直接影響熔核組織和性能。

其次，對(duì)焊接壓力的控制。在鋁點(diǎn)焊的預(yù)熱焊接過(guò)程中，隨著焊接壓力和預(yù)熱電流的增加，由電極擠壓產(chǎn)生的界面壓力破壞了接觸面之間不規(guī)則的凸出部位和凹陷部位，表現(xiàn)為微觀接觸面的不斷增加，導(dǎo)致表面的接觸電阻迅速降低[8]。通過(guò)監(jiān)控電阻，可以確定氧化膜破裂的時(shí)間點(diǎn)，從而迅速提升電流到主焊接電流，以保證板材順利進(jìn)入主焊接階段，如圖17所示。

此外，在整個(gè)設(shè)備設(shè)計(jì)上會(huì)增加一套壓力控制系統(tǒng)。鋁點(diǎn)焊焊核在形成過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熔核膨脹，通過(guò)在電極臂上安裝壓力傳感器的方式來(lái)監(jiān)控并判斷熔核的形成狀態(tài)。并在系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)設(shè)置焊接壓力參考曲線的方式，實(shí)時(shí)對(duì)壓力進(jìn)行監(jiān)控來(lái)調(diào)整相應(yīng)的電流和時(shí)間，保證整個(gè)焊點(diǎn)的熱量輸入，該方式稱為AMF壓力控制模式，可以很好地控制焊接過(guò)程的焊點(diǎn)質(zhì)量。

4.4 焊接參數(shù)

鋼板點(diǎn)焊與鋁板點(diǎn)焊的焊接參數(shù)差距很大，如表3所示。焊接電流是主要影響因素，電流大小直接影響熔核直徑和熔透率。

焊接時(shí)間在熔核生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)熔核的大小影響比較明顯。在焊接后期，熱輸入與散熱接近平衡，熔核增長(zhǎng)緩慢，而電極長(zhǎng)時(shí)間處于高溫高壓下會(huì)造成電極壽命降低和焊點(diǎn)質(zhì)量下降[6]。研究分析得出，熔核在80 ms前快速生長(zhǎng)，120 ms后熔核尺寸基本保持不變[6]，所以鋁點(diǎn)焊的主焊接時(shí)間推薦在100 ms以內(nèi)。

鋁點(diǎn)焊除了需要大電流保證足夠的熱量輸入外，點(diǎn)焊壓力的控制也至關(guān)重要。壓力增加，電阻降低，影響到焊接熱量和熔核產(chǎn)生的速率，所以焊接壓力要與電流、時(shí)間進(jìn)行匹配調(diào)整。焊接壓力對(duì)鋁點(diǎn)焊裂紋的形成影響很大。由于鋁合金導(dǎo)熱性強(qiáng)、線膨脹系數(shù)較大，在快速加熱和冷卻條件下，點(diǎn)焊熔核周圍熱影響區(qū)受熱發(fā)生晶粒長(zhǎng)大。晶界處主要為低熔點(diǎn)共晶物，在焊接過(guò)程中熔核周圍熱影響區(qū)處于較高溫度，此時(shí)位于晶界的低熔點(diǎn)共晶發(fā)生熔化，致使晶間的結(jié)合力變?nèi)?，在外力作用下容易開(kāi)裂形成裂紋。鋁點(diǎn)焊的裂紋多出現(xiàn)在熔核區(qū)域的縱向裂紋，如圖18a所示。

圖18b和18c為在相同焊接電流和時(shí)間下，1.15 mm+1.7 mm+1.15 mm三層板分別在7.5 kN和6 kN焊接壓力下熔核的金相狀態(tài)?？梢钥闯觯附訅毫Φ暮侠碓O(shè)置會(huì)影響到熔核裂紋。在試驗(yàn)分析過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，隨著焊接點(diǎn)數(shù)的增加，電極侵蝕的加重，熔核內(nèi)的裂紋和氣孔呈逐漸惡化趨勢(shì)。

焊后維持壓力和電流遞減時(shí)間的合理設(shè)置可以減少裂紋擴(kuò)散和氣孔的形成，提高接頭的整體性能，因此對(duì)于鋁點(diǎn)焊的質(zhì)量控制也十分重要。

5 結(jié)論

通過(guò)分析鋁合金點(diǎn)焊的焊接性能、設(shè)備結(jié)構(gòu)，以及焊接相關(guān)因素，確定了提高鋁合金點(diǎn)焊焊接性、延長(zhǎng)電極使用壽命、提升焊點(diǎn)質(zhì)量的改進(jìn)方向和思路，主要為：

（1）對(duì)電源進(jìn)行極性交替變換，對(duì)焊接頻率進(jìn)行提升，有利于焊接電流的穩(wěn)定性輸出、焊接質(zhì)量的控制和電極壽命的延長(zhǎng)。

（2）優(yōu)化電極形狀和材料，可以大大增加鋁點(diǎn)焊單次修磨的焊接次數(shù)，提高焊點(diǎn)質(zhì)量，提升生產(chǎn)節(jié)拍和效率，是企業(yè)優(yōu)化制造成本的一個(gè)方向。

（3）為保證鋁點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量，除采用強(qiáng)度、剛性和容量足夠的焊接設(shè)備外，還要選用合適的過(guò)程焊接模式;監(jiān)測(cè)板材氧化膜破裂時(shí)間點(diǎn)，控制輸入主焊接電流，實(shí)時(shí)監(jiān)控焊接壓力有助于控制焊點(diǎn)質(zhì)量。

（4）鋁合金點(diǎn)焊的焊接參數(shù)敏感性更高，針對(duì)不同板材建立的焊接參數(shù)庫(kù)，對(duì)企業(yè)后續(xù)的項(xiàng)目調(diào)試周期、成本優(yōu)化、知識(shí)積累等都有著長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

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