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      車身電弧螺柱焊強(qiáng)度影響因素及優(yōu)化探析

      2022-07-06 10:58:38范春平郭躍輝賓可向濤章維
      時(shí)代汽車 2022年14期
      關(guān)鍵詞:母板螺柱焊槍

      范春平 郭躍輝 賓可 向濤 章維

      上汽大眾汽車有限公司 上海市 201805

      1 引言

      隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,螺柱類緊固件的使用率越來越高,其中最具代表性的是螺柱焊。螺柱焊是將螺柱一端與鈑金件接觸,通過引弧,待接觸面熔化后,給螺柱一定壓力,完成焊接的方法。具有焊接時(shí)間短、材料適應(yīng)性強(qiáng)、熱影響小、操作簡(jiǎn)單和成本低等優(yōu)點(diǎn)??商娲T接、鉆孔、手工電弧焊、電阻焊和釬焊等連接工藝。隨著汽車工業(yè)和螺柱焊技術(shù)的不斷發(fā)展,已在緊固件連接上逐步替代了電弧焊、電阻焊、鉆孔等傳統(tǒng)連接工藝,發(fā)展為制造業(yè)中一種基本的熱加工方法。螺柱焊80%以上是通過焊機(jī)完成的。螺柱焊機(jī)按原理分為電弧螺柱焊接和電容放電螺柱焊接兩大類,目前汽車白車身應(yīng)用較多的是電弧螺柱焊。本文主要研究的也是電弧螺柱焊(以下簡(jiǎn)稱螺柱焊)。

      2 常見螺柱焊設(shè)備、缺陷及原因

      2.1 設(shè)備及原理

      常見的螺柱焊設(shè)備有自動(dòng)和手動(dòng),設(shè)備部件及工作原理圖見圖1。

      圖1 螺柱焊設(shè)備部件及方法原理圖

      2.2 缺陷類型

      常見的螺柱焊缺陷類型有飛濺、焊瘤、氣孔、開裂、焊穿、假焊、未熔合和螺柱不垂直等,圖2 是部分螺柱缺陷的微觀金相組織圖。

      圖2 缺陷金相照片

      2.3 影響原因

      影響螺柱焊強(qiáng)度的主要因素可分為設(shè)備、焊接參數(shù)和焊接母材三類:

      1)參數(shù)設(shè)定不合理:焊接電流過大或過?。缓附訒r(shí)間過長(zhǎng)或過短;下落速度過快或過慢;提升高度過高或過低等。

      2)設(shè)備維護(hù)不到位:夾持器,電弧罩不清潔;夾持器松動(dòng),夾持力不夠;焊槍垂直度不夠;手動(dòng)焊接導(dǎo)向磨損;設(shè)備分流;接地不良和失效等。

      3)焊接母材:參數(shù)未隨母板或螺柱端面直徑變化而變化;母板油污,未清理干凈;焊接面不平整等。

      3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

      實(shí)驗(yàn)中,螺柱焊接強(qiáng)度以螺柱扭矩破壞性方式為判斷,螺柱破壞性扭矩要求如表1,同時(shí)結(jié)合螺柱金相微觀分析驗(yàn)證。

      表1 螺柱扭矩破環(huán)性檢驗(yàn)最低扭矩要求表

      3.1 設(shè)備參數(shù)

      本文采用車間螺柱焊設(shè)備,調(diào)節(jié)焊接電流、焊接時(shí)間、螺柱提升高度三因素,進(jìn)行三水平的L9 正交實(shí)驗(yàn)見表2,以驗(yàn)證焊接參數(shù)對(duì)螺柱強(qiáng)度影響的主次順序(螺柱選取M6)。

      表2 焊接電流I、焊接時(shí)間t、提升高度h 因素表

      正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度破壞性扭矩檢測(cè)結(jié)果表如表3,表4。滿足表1 最低扭矩要求,破壞性扭矩越大,說明強(qiáng)度越高。微觀金相組織見圖3,金相均合格,且母材與螺柱界面金相越致密,說明溶合度越高,強(qiáng)度越大。

      圖3 正交實(shí)驗(yàn)螺柱微觀金相組織圖

      表3 影響螺柱強(qiáng)度I、t、h、正交實(shí)驗(yàn)表

      表4 影響螺柱強(qiáng)度I、t、h、正交實(shí)驗(yàn)表

      結(jié)論:通過實(shí)驗(yàn)可知螺柱焊參數(shù)設(shè)置最優(yōu)組合為第組,從焊接電流、焊接時(shí)間及提升高度的實(shí)驗(yàn)極差也可得出,對(duì)強(qiáng)度的影響主次順序 焊接電流>焊接時(shí)間>提升高度。

      3.2 設(shè)備部件

      對(duì)于螺柱焊夾持器,現(xiàn)場(chǎng)多采用斷后更換的方式。其實(shí)夾持器在斷裂前,加持力已變小,容易造成螺柱垂直度差,接觸面不完全等,從而影響焊接質(zhì)量。同時(shí)車間也有少數(shù)手動(dòng)螺柱焊工位,由于其焊槍與自動(dòng)焊槍結(jié)構(gòu)的差異性,導(dǎo)致夾持器內(nèi)部,需要拆卸套筒才可查看,故容易發(fā)生夾持器未變形,但內(nèi)部已發(fā)黑,導(dǎo)電不良而影響強(qiáng)度。故為確認(rèn)更合理的夾持器更換頻次,選取兩個(gè)自動(dòng)和一個(gè)手動(dòng)工位進(jìn)行跟蹤實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表5。

      表5 夾持器更換次數(shù)實(shí)驗(yàn)表

      實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)焊接電流大于1.1KA 的大電流螺柱焊,夾持器在未形變時(shí),就已導(dǎo)電不良報(bào)警,更換頻次為1~3 天,遠(yuǎn)小于變形時(shí)對(duì)應(yīng)的頻次。

      結(jié)論:當(dāng)焊接電流小于1.1KA 時(shí),6500臺(tái)夾持器更換為最佳;電流大于1.1KA 的設(shè)備自動(dòng)報(bào)警更換即可。

      對(duì)于其他影響螺柱焊強(qiáng)度的設(shè)備因素,結(jié)合圖紙和現(xiàn)場(chǎng)分析跟蹤得出下結(jié)論:

      研究結(jié)果顯示,以油棕基因組DNA為模板,PCR擴(kuò)增獲得的條帶長(zhǎng)度為1035 bp,與預(yù)期目的條帶長(zhǎng)度相符且沒有非特異性擴(kuò)增(圖1)。分析克隆得到的DGAT2基因啟動(dòng)子序列,并對(duì)其所含的功能元件進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)果表明該序列中含有基礎(chǔ)啟動(dòng)子元件,包括52個(gè)TATA-Box和19個(gè)CAAT-Box,符合啟動(dòng)子的基礎(chǔ)特征;包含大量的光反應(yīng)元件ACE、G-Box和Sp1及部分光反應(yīng)元件I-Box、GA-motif等;含有4種激素反應(yīng)元件,主要包括水楊酸、茉莉酸、赤霉素和脫落酸反應(yīng)元件,還包括轉(zhuǎn)錄因子MYB 結(jié)合位點(diǎn)和熱應(yīng)激反應(yīng)元件等(表2、圖2)。

      1)螺柱焊槍與鈑金垂直度需在±3°,手動(dòng)焊樣架套筒與槍頭單邊間隙公差±0.2mm。

      2)保持焊槍清潔度,無飛濺殘留,主要是夾持器和電弧罩,需每班點(diǎn)檢。

      3)避免設(shè)備分流,實(shí)施每周保養(yǎng)及日常點(diǎn)檢查看設(shè)備是否正常接觸。

      4)接地塊與被加工零件須良好接觸,形成有效回路,為防止磁吹偏,導(dǎo)致螺柱單側(cè)熔接,建議在工裝設(shè)計(jì)時(shí),盡量避免單一接地,并定期矯正焊槍頭。

      3.3 母材因素

      3.3.1 焊接母板厚度與螺柱端面直徑

      通過對(duì)車間焊接參數(shù)的跟蹤,發(fā)現(xiàn)焊接電流與母板厚度及螺柱端面直徑呈正相關(guān)的關(guān)系。為驗(yàn)證焊接母板厚度和螺柱端面直徑大小對(duì)焊接電流的影響優(yōu)先級(jí)關(guān)系,采用單一變量實(shí)驗(yàn)。當(dāng)螺柱端面直徑不變時(shí),焊接電流隨板厚增加只有微小變化,而當(dāng)母板板厚不變,螺柱端面直徑變化時(shí),焊接電流具有明顯變化,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。

      表6 螺柱端面直徑與母材板厚實(shí)驗(yàn)表

      結(jié)論:螺柱焊不同母材因素對(duì)焊接電流大小影響優(yōu)先級(jí)為螺柱端面直徑>母板板厚。

      參考實(shí)驗(yàn)1 和3,對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)螺柱進(jìn)行強(qiáng)度破化性扭矩檢驗(yàn),由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得螺柱端面直徑和電流的分布圖(如圖4)。

      圖4 螺柱端面直徑與電流大小分布圖

      3.3.2 焊接母板油污

      車身零件在沖壓生產(chǎn)成型時(shí)需噴涂多道油,在存放和運(yùn)輸途中會(huì)產(chǎn)生油污堆積,這會(huì)引起螺柱焊接時(shí),電弧不穩(wěn)定,焊接狀態(tài)起伏大,焊接質(zhì)量差。對(duì)這種情況現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了扭矩對(duì)比實(shí)驗(yàn)如表7。

      表7 油污破壞性扭矩檢測(cè)表

      結(jié)論:焊接母板油污過多,對(duì)應(yīng)的螺柱焊接強(qiáng)度明顯下降,引起扭矩不合格。

      3.3.3 母板平整度

      母板的平整度狀態(tài)也對(duì)螺柱焊接強(qiáng)度有較大影響,如螺柱焊接在R 角、焊點(diǎn)和鈑金過渡帶等。對(duì)這些情況也進(jìn)行了破環(huán)性扭矩實(shí)驗(yàn),如表8。

      表8 平整度破壞性扭矩檢測(cè)表

      結(jié)論:焊接母板不平整,螺柱焊接強(qiáng)度明顯下降,引起扭矩不合格。

      4 結(jié)語

      通過上述研究,可以得出螺柱焊強(qiáng)度影響因素的結(jié)論如下:

      1)焊接參數(shù)對(duì)螺柱強(qiáng)度影響主次順序 焊接電流>焊接時(shí)間>提升高度。

      2)螺柱焊接電流小于1.1KA 時(shí),焊槍夾持器的最佳更換頻次為6500 臺(tái),電流大于1.1KA 時(shí),設(shè)備自動(dòng)報(bào)警更換即可。

      3)焊接母材對(duì)焊接電流影響主次順序焊接端面直徑>母板厚度。

      4)焊接端面直徑D 和焊接電流I 的經(jīng)驗(yàn)公式為 I =D×(120~140)A。

      5)焊槍最佳垂直度為±3°,設(shè)備應(yīng)及時(shí)清理,點(diǎn)檢,無飛濺殘留,手動(dòng)焊樣架套筒與槍頭單邊間隙公差±0.2mm,在工裝設(shè)計(jì)時(shí),盡量避免單一接地,并定期矯正焊槍頭。

      6)螺柱焊焊接母板表面清潔無明顯油污且焊接面平整。

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