電機(jī)懸置凸焊螺母間隙優(yōu)化方法

徐文玲，閆闖，楊炎貴

(廣汽埃安新能源汽車有限公司，廣東 廣州 511434)

0 前言

由于國(guó)際石油價(jià)格的不斷上漲和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，新能源汽車應(yīng)運(yùn)而生，緩解了石油能源短缺和環(huán)境污染問題。隨著我國(guó)新能源汽車的快速發(fā)展，螺紋連接被廣泛應(yīng)用于汽車零部件制造領(lǐng)域，大到白車身、副車架及轉(zhuǎn)向節(jié)，小到高壓線束支架、制動(dòng)軟管支架等。凸焊、摩擦焊、點(diǎn)焊和弧焊是汽車制造中的重要焊接工藝，其中凸焊用于整車連接占比90%以上，其質(zhì)量直接影響后續(xù)工序。螺栓和螺母連接主要有焊接螺母、焊接螺栓和均不焊接3種形式，其中將螺母焊接到零件上，可防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，保證空間避讓。因此，大部分零件采用焊接螺母式螺紋連接。

1 凸焊螺母間隙的產(chǎn)生機(jī)理

凸焊是指在零件上預(yù)先加工幾個(gè)凸點(diǎn)，使凸點(diǎn)與對(duì)手件接觸，通過電極加熱凸點(diǎn)并施加壓力壓塌凸點(diǎn)，從而使凸點(diǎn)熔化成焊點(diǎn)的1種電阻焊。凸焊螺母的焊接間隙主要受螺母凸點(diǎn)的高度、對(duì)手件焊接平面的平面度、焊接參數(shù)等影響，如幾個(gè)凸點(diǎn)高度存在差異且焊接平面不夠平整，凸焊時(shí)易產(chǎn)生不均勻間隙，或焊接關(guān)鍵參數(shù)不合適時(shí)，易造成熔深過小或燒穿焊接不良，形成局部焊瘤，產(chǎn)生焊接間隙。

螺栓連接的有效工作高度如圖1所示，螺栓越長(zhǎng)，其安裝孔的垂直度要求越高，因此連接緊固跨距較大的螺栓時(shí)，對(duì)孔的精度要求較高。螺栓有效工作高度與垂直度的關(guān)系如圖2所示，其中表示螺栓軸線與鉛垂線的夾角。當(dāng)螺栓有效工作高度一定時(shí)，越大，螺栓軸線在水平方向上的分量越大；當(dāng)一定時(shí)，螺栓有效工作高度越大，螺栓軸線在水平方向上的分量也越大。

圖1 螺栓有效工作高度

圖2 螺栓有效工作高度與垂直度的關(guān)系

螺栓有效工作高度過大或者過大都會(huì)引起螺栓過孔量和垂直度偏大的現(xiàn)象。在凸焊螺母結(jié)構(gòu)中，由螺母軸線決定，而螺母軸線由凸焊螺母四腳凸點(diǎn)焊接的均勻性決定。因此，為了保證裝配性，在設(shè)計(jì)階段需要從結(jié)構(gòu)上規(guī)避螺栓有效高度過大的問題，管控凸焊螺母的焊接間隙。

綜上可得，當(dāng)焊接間隙不均勻時(shí)，會(huì)導(dǎo)致螺母中心軸線偏斜，使垂直度增大，而由于螺母軸線決定螺栓軸線，所以螺栓也會(huì)跟著傾斜。當(dāng)傾斜過多，超過安裝孔的過孔量、孔的尺寸公差和形位公差時(shí)，螺栓與安裝孔干涉，此時(shí)螺栓將發(fā)生偏孔，影響裝配。

2 凸焊螺母焊接間隙的優(yōu)化過程

以純電動(dòng)汽車電機(jī)懸置總成為對(duì)象，研究其凸焊螺母的焊接間隙優(yōu)化問題。焊接設(shè)備為DN250氣動(dòng)程控點(diǎn)凸焊機(jī)，底座為SAPH400板(厚度4.0 mm)，焊接螺母為SWRCH35K四方螺母。通過控制變量法，逐一研究焊接關(guān)鍵參數(shù)(焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力)對(duì)間隙的影響，確定最優(yōu)焊接參數(shù)，減少焊接間隙，改善懸置總成裝配良率，提高生產(chǎn)效率。

2.1 單品精度確認(rèn)

影響凸焊螺母焊接間隙的因素，除了焊接參數(shù)外，還有螺母和支架單品的精度，即螺母四腳的高度差和焊接平面的平面度。

測(cè)量了100個(gè)凸焊螺母四腳高度差，極大值為0.160 mm，極小值為0.030 mm，均值為0.082 mm。圖紙要求腳長(zhǎng)1.0～1.2 mm，滿足要求。分別取四腳差異最大和最小的6組螺母進(jìn)行焊接，焊接電流為26 kA，焊接時(shí)間為11 cyc(1 cyc=0.02 s，下同)，電極壓力為0.4 MPa。結(jié)果表明，螺母四角高度差對(duì)焊接間隙無顯著影響。

測(cè)量100個(gè)懸置底座平面度，極大值為0.098 mm，極小值為0.034 mm，均值為0.064 mm，圖紙要求平面度0.200 mm，滿足要求。使用同樣方法焊接。結(jié)果表明，懸置底座平面度對(duì)焊接間隙的影響較小。

凸焊螺母四腳高度差和懸置底座平面度對(duì)焊接間隙影響較小，因此，本文僅討論焊接參數(shù)對(duì)焊接間隙的影響，視其他相關(guān)因素為理想狀態(tài)。

2.2 最佳焊接電流

分別收集30個(gè)四腳高度差較小的凸焊螺母和30個(gè)狀態(tài)相近的懸置底座組成30個(gè)樣件，分為3組(每組10個(gè))，使用不同的焊接電流(焊接時(shí)間和電極壓力相同)完成焊接試驗(yàn)，得到使焊接間隙最小的最佳焊接電流，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 焊接電流對(duì)間隙的影響

由表1可得，當(dāng)焊接電流為26 kA時(shí)，凸焊螺母焊接間隙較小，為0.02～0.03 mm，且滿足懸置總成與前副車架的裝配性要求，未出現(xiàn)偏孔情況。

2.3 最佳焊接時(shí)間

將30個(gè)樣件分為3組開展試驗(yàn)，使用相同的焊接電流與電極壓力，研究焊接時(shí)間對(duì)焊接間隙的影響，具體數(shù)據(jù)見表2。

由表2可得，當(dāng)焊接時(shí)間為11 cyc時(shí)，凸焊螺母焊接間隙較小，為0.02 mm，滿足懸置與副車架的裝配要求。

表2 焊接時(shí)間對(duì)間隙的影響

2.4 最佳電極壓力

將30個(gè)樣件分為3組進(jìn)行試驗(yàn)，使用相同的焊接電流和焊接時(shí)間，研究電極壓力對(duì)焊接間隙的影響，具體數(shù)據(jù)見表3。

由表3可得，當(dāng)電極壓力為0.45 MPa時(shí)，凸焊螺母焊接間隙較小，為0.02～0.03 mm，滿足懸置與副車架的裝配要求。電極壓力對(duì)焊接間隙的影響較小，在調(diào)試焊接時(shí)，先調(diào)試焊接電流和焊接時(shí)間，再修改電極壓力，以控制焊接間隙。

表3 電極壓力對(duì)間隙的影響

焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力分別為26 kA、11 cyc和0.45 MPa時(shí)，焊接10個(gè)樣件，凸焊螺母間隙最小為0.02 mm，見表4。

表4 最優(yōu)焊接參數(shù)焊接間隙

3 結(jié)語

在汽車零部件焊接領(lǐng)域，提升凸焊螺母焊接質(zhì)量具有重要意義。當(dāng)分別優(yōu)化焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力這3個(gè)焊接參數(shù)后，在保證凸焊螺母焊接間隙最小的前提下，確定了最佳焊接參數(shù)，即焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力分別為26 kA、11 cyc和0.45 MPa時(shí)，焊接間隙最小，為0.02 mm。在焊接強(qiáng)度滿足廣汽《鋼板氣體保護(hù)焊強(qiáng)度技術(shù)規(guī)范》要求的同時(shí)，降低了懸置總成與前副車架裝配偏孔的不良率，極大地提高了總裝車間的裝配效率。