白車身螺柱焊接質(zhì)量規(guī)范

呂宗敏，史光輝，郭艷杰，邢文濤，李琦

白車身螺柱焊接質(zhì)量規(guī)范

呂宗敏，史光輝，郭艷杰，邢文濤，李琦

（奇瑞商用車（安徽）有限公司河南分公司，河南 開封 475000）

文章分析了拉弧式螺柱焊的良品條件，包含焊接電流、焊接時(shí)間、螺柱提升高度、螺柱伸出長度、焊槍狀態(tài)等。焊接電流和焊接時(shí)間是對接頭質(zhì)量影響最大的焊接規(guī)范參數(shù)。文章結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)案例，為螺柱焊接質(zhì)量問題解決提供了模式化思路。弧焊對搭鐵螺栓組合件影響較大，導(dǎo)致力矩衰減，需增加預(yù)緊力矩。

拉弧式電弧螺柱焊；焊接質(zhì)量；焊接規(guī)范

1 引言

螺柱焊接是將直徑2~25mm的螺柱或柱狀金屬高效、低成本、全斷面熔合焊接在金屬表面的一種特種焊接工藝。其隨汽車工業(yè)的發(fā)展而得到廣泛應(yīng)用，因其具有如下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：焊縫全斷面熔合，焊縫強(qiáng)度高、焊接瞬間完成，工作效率高、金屬材料的應(yīng)用范圍廣、熱影響區(qū)小，焊接母材變形小。對于白車身焊接工藝，螺柱焊接質(zhì)量直接影響整車裝配，為提高螺柱焊接質(zhì)量，需規(guī)范焊接控制方法，提高整車裝配性。

2 螺柱焊工藝規(guī)范

2.1 螺柱材質(zhì)

螺柱材質(zhì)一般分為兩大類：一類是鋼芯+鍍層，鍍層為銅或鉻，防腐蝕性，鍍銅或鍍鉻處理不僅提高其焊接導(dǎo)電性，而且起到防銹蝕的作用，穩(wěn)定焊接過程，提高焊接質(zhì)量；一類為鋁制螺柱，鋁具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗腐蝕能力。鋁焊接時(shí)的特征是和氧的高親和力，氧化層的熔點(diǎn)較高，密度大，增加夾渣、未熔合地風(fēng)險(xiǎn)；熔點(diǎn)為660℃左右，鋁的焊接溫度區(qū)間比較窄[1]。鑒于鋁焊接特殊性，多采用短周期焊接方式，采用“直流反接”，利用正離子的轟擊霧化作用，清除工件表面的氧化層。

2.2 焊接參數(shù)的設(shè)定和選取

2.2.1焊接電流和焊接時(shí)間的選擇依據(jù)

拉弧式電弧螺柱焊的焊接參數(shù)主要包含焊接電壓、焊接電流和焊接時(shí)間。其可以產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧，加熱并熔化螺柱端面和工件接合面。焊接電壓取決于電弧長度，也即穩(wěn)定的螺柱提升高度。提升高度低，容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象，電弧燃燒不穩(wěn)定甚至造成“縮頸”現(xiàn)場；提升高度過大時(shí)，焊接熱輸入增大，但是長電弧易產(chǎn)生“磁偏吹”[2]，影響焊接質(zhì)量。所以，螺柱提升高度是決定焊接質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)[3]，根據(jù)公司實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升高度設(shè)置為1.2 mm~1.5 mm。

根據(jù)螺柱焊焊接工藝，在其他條件穩(wěn)定的情況下，螺柱焊接質(zhì)量的良品條件主要控制焊接電流和焊接時(shí)間。一般螺柱焊接端面直徑與焊接電流的關(guān)系為I=（φ+1）×100A，與焊接時(shí)間的關(guān)系為T=φ×4ms。不同規(guī)格螺柱的焊接參數(shù)設(shè)定如表1所示，參數(shù)的設(shè)置基本符合上述兩個(gè)公式。

表1 不同規(guī)格螺柱的焊接參數(shù)

2.2.2引弧電流和引弧時(shí)間

除焊接電流和時(shí)間的關(guān)鍵參數(shù)外，焊接參數(shù)還包括引弧電流和引弧時(shí)間，如圖1所示。焊接時(shí)，接通大電流前，先施加較小電流能起到引弧的作用，主要應(yīng)用于逆變短周期拉弧焊接。短周期電弧螺柱焊[4]具備普通電弧螺柱焊和電容儲能電弧螺柱焊二者工藝的優(yōu)點(diǎn)。一般都是采用強(qiáng)規(guī)范焊接方式，即大電流短時(shí)間。在實(shí)際案例中，多采用三電流的控制方式，即：1）在焊接開始時(shí)，利用一小電流（約30~60A）進(jìn)行引弧預(yù)熱，持續(xù)幾十毫秒；2）瞬間施加大焊電流穩(wěn)定燃弧，熔化螺柱及板間結(jié)合面；3）電弧熄滅，螺柱在彈簧力的作用下侵入熔池，進(jìn)入頂鍛階段，緩慢冷卻；冷卻凝固形成全斷面熔合的焊縫。其中，小電流觸發(fā)的先導(dǎo)電弧作用是清除工件表面油污、預(yù)熱接合面及誘發(fā)電弧。引弧電流及引弧時(shí)間的設(shè)定也具有一定的規(guī)則：引弧電流太小或時(shí)間太短，則起不到相應(yīng)作用；引弧電流過大則導(dǎo)致焊接熔池的提前出現(xiàn)，不利于工件表面污物的清理，影響焊接質(zhì)量。

圖1 短周期拉弧螺柱焊焊接過程

2.2.3頂鍛電流和頂鍛時(shí)間

當(dāng)達(dá)到設(shè)定的焊接時(shí)間后，電弧熄滅，螺柱在彈簧力的作用下侵入熔池，進(jìn)入頂鍛階段。頂鍛的作用是封閉螺柱與工件間斷面的間隙和液態(tài)金屬，防止熔池被氧化，防止生成氧化物夾渣。頂鍛的過程中施加保溫電流，能夠使熔池緩慢冷卻，降低焊縫的殘余應(yīng)力，以達(dá)到正火的目的，提高焊縫的強(qiáng)度。

3 螺柱焊接質(zhì)量評定規(guī)則

作為實(shí)施螺柱焊焊接工作的主體，所有對最終的焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響的人員必須通過相關(guān)的崗位技能培訓(xùn)后，才可以執(zhí)行相關(guān)工作。螺柱焊接質(zhì)量的評定標(biāo)準(zhǔn)顯得尤其重要，解決質(zhì)量問題前應(yīng)該全面地了解缺陷的種類及缺陷外觀表現(xiàn)。表2為典型的螺柱焊接后質(zhì)量對比卡，共計(jì)列舉了4種常見螺柱焊接后狀態(tài)和2種螺柱強(qiáng)度檢驗(yàn)方法。

表2 螺柱焊焊接后質(zhì)量對比卡

4 案例分析

后地板后縱梁螺柱出現(xiàn)批量虛焊、過燒等質(zhì)量問題，螺柱焊接不良率為30%左右，如圖2所示。螺柱規(guī)格為M6×14（端面Ф7mm），縱梁板厚為1.8mm。針對焊接質(zhì)量問題，從螺柱焊接的5個(gè)因素分析了焊接問題原因，包括焊接參數(shù)、螺柱焊槍、螺柱伸出長度、套筒夾具、地線，如圖3所示。1）焊接參數(shù)。焊接參數(shù)現(xiàn)場核查：I=660A，t=50ms，參數(shù)設(shè)定在合理范圍的下極限。同等參數(shù)下出現(xiàn)虛焊和熔池過大的兩種情況，初步懷疑為電流輸出不穩(wěn)定。更換為逆變整流焊機(jī)。2）螺柱焊槍。對螺柱電極夾頭的垂直度進(jìn)行核查，電極夾頭歪斜約30°，且滅弧罩內(nèi)側(cè)焊渣堆積，電極夾頭與焊渣接觸，焊接時(shí)產(chǎn)生分流，導(dǎo)致實(shí)際焊接能量不穩(wěn)定。更換焊鉗，保證螺柱與板件保持垂直。3）伸出長度。螺柱伸出長度對于短周期螺柱焊接，電磁式焊槍提升高度調(diào)整原理：通過調(diào)整彈簧壓緊量來控制電磁鐵間距，滅弧罩調(diào)節(jié)提升高度和伸出長度分配，伸出長度+提升高度=電磁鐵間距。電磁鐵間距保持不變的情況下，提升高度會隨著伸出長度的變化而變化，伸出長度1.2~1.6mm為最佳。4）套筒夾具及地線。拉弧式電弧螺柱焊使用強(qiáng)規(guī)范（大電流、短時(shí)間）焊接，在外部磁場分布不均勻的情況下，易引起磁偏吹。而且會導(dǎo)致很多焊接質(zhì)量問題，如螺柱端面熔化比例失衡、飛濺加劇導(dǎo)致焊縫填充金屬減少，強(qiáng)度降低、焊縫氣孔增加等。在焊接過程中，采取一定的措施可以減少磁偏吹的發(fā)生：焊接地線在工件兩端對稱接入，可以減小電流在工件中流過產(chǎn)生的磁場分布不均；定位套筒采用無鐵磁性的鋁制或材質(zhì)。針對縱梁螺柱焊接質(zhì)量問題，套筒已剛換為鋁材質(zhì)。對上述5個(gè)良品條件的分析，后地板后縱梁螺柱焊接質(zhì)量滿足要求。

圖2 后縱梁螺柱焊接質(zhì)量問題圖片

圖3 焊接質(zhì)量問題排查過程

5 其他處理方式對螺柱的影響

焊接設(shè)備的關(guān)鍵點(diǎn)在電源，螺柱焊電源的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段：直流弧焊發(fā)電機(jī)→普通整流式焊機(jī)→晶閘管整流式焊機(jī)→逆變焊機(jī)。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于漏焊、虛焊、設(shè)備能力不足等多種原因，需要對螺柱或者搭鐵螺栓組合件使用傳統(tǒng)的弧焊工藝焊接，勢必會引起其他的問題，本文列舉兩個(gè)典型問題進(jìn)行分析。

圖4為M8搭鐵螺栓組合補(bǔ)焊前后對比照片。搭鐵螺栓組合由搭鐵螺柱和蓋型螺母組成，供應(yīng)商裝配打緊，力矩要求10±1N.m。由圖4a所示，搭鐵從前艙縱梁脫落，從焊接表面狀態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，焊接熔核小，搭鐵表面與縱梁本體接觸面尺寸不足，造成承載不足。需要在線進(jìn)行二氧補(bǔ)焊。補(bǔ)焊后的圖片如圖4b所示。由于該搭鐵涉及力矩為10 N.m，二氧焊接熱輸入比較高，會使搭鐵熱膨脹再冷卻，這個(gè)過程中會造成力矩的大幅衰減，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，力矩衰減均值在3.0~4.0 N.m，造成過涂電泳不良，導(dǎo)致電路接觸不良。目前有兩個(gè)解決方案：1）更換螺柱焊機(jī)，保證電流的穩(wěn)定輸出；2）增加預(yù)緊力矩，提高至13±1N.m。經(jīng)過驗(yàn)證，方案二穩(wěn)定有效，如圖5所示。

圖4 搭鐵螺栓組合補(bǔ)焊前后對比

圖5 搭鐵螺栓組合過電泳后狀態(tài)

此外，對于總裝車間需要安裝螺母的螺柱，在進(jìn)行二氧補(bǔ)焊時(shí)需要對螺柱進(jìn)行防護(hù)，防止焊渣污染螺柱，防止出現(xiàn)螺母固定打滑問題。

6 結(jié)論

（1）拉弧式螺柱焊的良品條件包含焊接電流、焊接時(shí)間、螺柱提升高度、螺柱伸出長度、螺柱焊槍的狀態(tài)等。合格的螺柱焊接質(zhì)量是這幾項(xiàng)良品條件的綜合最優(yōu)體現(xiàn)。

（2）通過現(xiàn)場案例分析，為螺柱焊接質(zhì)量問題解決提供了模式化思路，對實(shí)際生產(chǎn)的螺柱焊接問題做出快速反應(yīng)。

（3）分析了弧焊對螺柱的影響，尤其對有力矩要求的搭鐵螺栓組合件，需要在生產(chǎn)時(shí)關(guān)注力矩的衰減，通過增加預(yù)緊力矩達(dá)到整車設(shè)計(jì)效果。

[1] 曲凌云,吳振華,劉娟娟.不同MIG焊方法對6082鋁合金焊接接頭力學(xué)性能的影響[J].焊接技術(shù),2018,047(03):28-30.

[2] 池強(qiáng),張建勛,付繼飛,等.拉弧式電弧螺柱焊質(zhì)量影響因素[J].電焊機(jī),2005,35(4):6-9.

[3] 張彭,陳國強(qiáng),魏普,等.螺柱焊缺陷分析[J].汽車工程,2015,06:57- 59.

[4] 包曄峰,廖海龍,張金輝,等.短周期螺柱焊在線分析系統(tǒng)[J].電焊機(jī), 2017,47(1):1-7.

Quality Specification of Stud Welding

Lv Zongmin, Shi Guanghui, Guo Yanjie, Xing Wentao, Li Qi

（Chery Commercial Vehicle (Anhui) Co., Ltd. Henan Branch, Henan Kaifeng 475000）

The good conditions of drawn-arc stud are analyzed, including welding current, welding time, stud lifting height, stud elongation length, welding gun status and so on. Welding current and time are the two important determinants of joint quality in welding conditions. Based on the actual production case, this paper provides a model idea for solving stud welding quality problems. Arc welding has a great influence on the bonding, which leads to the moment attenuation, the pretightening moment needs to be increased.

Drawn-arc stud; Welding quality; Welding conditions

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.058

U461.99

B

1671-7988(2021)04-189-03

U461.99

B

1671-7988(2021)04-189-03

呂宗敏（1987-），男，碩士學(xué)歷，就職于奇瑞商用車（安徽）有限公司河南分公司，主要從事汽車焊裝技術(shù)研究。