分析点焊设备及镀锌板点焊工艺

韦乐乐+陆德利+吕俞霖

摘 要：使用镀锌板对提高轿车车身防腐性能、延长其使用寿命具有明显的作用。本文重点分析镀锌板电焊工艺。针对二次脉冲试验、更换电极帽材质以及改进循环水系统等方式 提升焊接质量。经试验证明，提升工艺可有效控制和减少焊点粘铜以及飞溅的情况，解决主缆线过热的现象，延长电极的使用寿命。镀锌板应用于汽车行业中，而新的点焊工艺也在不断的开发。

关键词：汽车车身；镀锌板；点焊工艺

中图分类号：TG453.9 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）17-0047-02

1 前言

随着我国社会经济水平的不断发展，这些年来投入运行的汽车数量在不断上升，人们对乘坐汽车质量的要求也越来越高。特别是汽车钣金件方面的性能维护关系到了汽车使用安全及寿命。根据相关报道，1辆国产汽车1年内就有腐蚀斑点，而3至4年就会出现腐蚀穿孔的情况出现，特别是严寒、湿热以及盐雾较多的地区。而国外汽车维护方面已经使用镀锌板维护车身，提高其耐腐蚀度，延长使用寿命。盐雾试验中显示，镀锌板耐腐蚀时间为一般冷轧钢板的2-3倍。近几年来，镀锌板已经被广泛的应用于汽车制造业中。

2 镀锌板应用过程中存在的问题

镀锌板应用过程中存在的问题主要有以下的三点：其一，焊点参数设定科学性不足，出现开焊及飞溅的现象。其二，外观质量不理想，出现焊点粘铜及电机磨损的情况。其三，焊接设备未能满足参数设定。

3 镀锌板焊接工艺及改进对策

3.1 车身镀锌板类型及电阻电焊的作用

汽车车身使用镀锌板钢板主要有热镀纯锌钢板（GI）、电镀纯锌钢板（EG）、热镀锌铁合金钢板（GA）和电镀锌镍合金钢板，当前，我国经常使用的是热镀纯锌钢板（GI），对比着四类钢板的优缺点。其中电镀纯锌钢板（EG）的优点，基本钢体性能及表面影响力小，且镀锌量薄。但其缺点则是使用成本比较高，多应用与欧美车型的外覆盖件。而热镀纯锌钢板（GI）具有成本低、冲压性能好，且具有较强的耐腐蚀性。但有镀层厚且焊接性差等缺陷，一般用于欧美及我国内覆盖件，以及部分车型外覆盖件。热镀锌鐵合金钢板（GA）主要表现有焊接性能好，且涂装简单等优势；但成本高，容易出现粉化和剥落，一般应用于日系车型。而电镀锌镍合金钢板材质在具备电镀纯锌的优点，还表现有良好的耐腐蚀性，但有明显的成本高、镀层硬以及成形性差等缺点。电阻电焊具有高效率、节能以及节省材料等优点，将之用于汽车车身装配中，比如车身、车门以及侧围等零部件装配，汽车车身的连接方式，根据相关研究数据显示汽车车身有2000～5000个焊点[1]。电阻点焊工艺的是车身结构连接，焊点质量决定车身质量以及汽车使用安全性能。

3.2 镀锌板焊接参数设置

在提升焊接镀锌板电流方面，镀锌钢板开展点焊首先需要将表面锌层去掉，将锌层熔化，这样可增板与板之间的接触面积，因此设定焊接参数时，针对冷轧钢板的实际需求设置焊接电流[2]。首先，将127组厚度不相同冷轧的钢板组合在一起后，开展试片撕裂试验，将每一组的焊接参数确定，经试验得到焊接参数范围在3500～111000A。而每组中应用冷轧钢板使用厚度相同的热镀纯锌钢板替换，开展试片撕裂试验，由此可确定每一组焊接参数，而实试验得到的焊接参数范围在8800～12500A之间。试验总结：焊接同样厚度镀锌板与冷轧钢板时，前者的电流高于后者，电流将会提升至10%～30%。

而焊接参数二次脉冲中，因为镀锌板会增加锌层，焊接的时候电流太高，电极磨损的速度就会相对增加，出现飞溅的情况，因此传统单脉冲方式不符合镀锌板焊接要求，目前采取多脉冲焊接方式。多脉冲原理为第一次焊接一定要先将锌层打破，第二次焊接是钢板的焊接，这样的焊接方式可减少焊点粘铜，并减少的飞溅的情况出现。而锌层参数的确定，本次开开展以下研究，使用厚度相同的钢板、材质的镀锌试片，设置通电时间为0.1秒（5周波），初始电流设置在3500A，并渐渐的增大，每次可增加至500A，经反复试验，当电流增加至4000～4500A时锌层被打破，数据设置多脉冲焊接参数即可[3]。点焊工艺的参数选择方面，在开展点焊操作时，因为镀锌板材料表层的锌和电极发生反应，镀锌层位于电极上方，出现氧化锌这样的情况，从而使得电极性能发生变化，加快电极磨损速度，减少且使用寿命的；以此同时，工件与电极基础面积大，使得电流密度增大，影响焊接质量及性能。锌层进入焊接部分，焊点易发生裂纹或者是气孔，从而影响焊接件的质量。

3.3 改善焊点质量

镀锌板焊接时需要将焊接电流，并采用二次脉冲的方式，出现主缆冷却不良以及电极臀过热和电极帽粘贴的情况。选择焊钳电极帽材质，汽车厂使用的电极帽材质一般为锆铬铜，锆铬铜是在铜中参入0.25%的锆以及0.1%的铬组合而成的合金。为解决该问题，当前汽车厂采用弥散铝强化铜材质的电极帽，该材质的电极帽在铜中放入0.5%或者是0.1%的AL2O3形成合金。而含有该成分的铜因为其颗粒结构的紧密对锌有一个穿透的作用，可减少锌层反应，而与此同时AL2O3抗分解对液体金属的侵蚀有一个抵制的作用。某一款汽车中，该材质电极帽可减少点焊粘铜的情况，但不能完全去除粘铜现象[4]。规范制定电极帽修磨工作，粘铜会使得电极帽磨损速度加快，因此需要将各个工位焊钳焊接参数，将电极帽的修磨操作规范，有利于降低粘铜的情况发生及减少电极帽的磨损。提升焊接质量实例分析：母材厚度2mm，镀锌钢板2GA，焊点工艺操作方式如下：

（1）焊前准备工作：焊前对焊表面做好常规处理，特别是油污、铁锈或者是水分等钢板，然后检查电极头，保证电极头表面清洁，并且可投入工作状态。（2）焊件定位：完成上一步焊件表面清洁工作后，将次固定。每一次焊接需要将钢板进行压紧或者是定位，尤其是面积较大的焊接件，可利用大汽缸夹紧。焊接工艺程序多，焊接时间长，需要做好防错装置，避免遗漏某一道工序。（3）选择电极材质：根据以上步骤可知，电极与镀层会发生反应，因此点焊时，电极发挥极为重要的影响，并且经过多次点焊，电极的影响慢慢的减弱，其端面磨损面积较大，表面会出现腐蚀的情况，因此在汽车镀锌板材料焊接这一方面，一般采取硬度较强的铬锆铜电极，表现出较强的耐磨性，显示斜锥形。（4）选择焊接设备：汽车镀锌板材的焊接，现代工艺中使用机器人完成焊接工作，局部通过焊条电弧焊完成焊接。机器人焊接质量有保证，焊点可重复性良好，可做精确定位，焊点质量不会受到焊工工作状态的影响。同时，通过机器人焊接的方式，也可避免焊接变形或者是不稳定性，局部补焊 以焊条电弧焊作为辅助。（5）焊接工艺制订要点：汽车电信板材焊接件厚度一般为2mm上下，使用点焊工艺，制订焊接工艺之前，要对实际焊接定位、分流以及焊接变形、工件等方面进行思考。（6）焊后检测工作：根据焊接实际工作，首先，对焊接头以及热影响区域做好金相就检查，确定焊缝是否有气孔、未熔合、裂纹或者是未焊透等情况。其次，就要对焊缝做X射线探伤；最后，对焊接头做硬度测试。endprint

3.4 改善焊接冷却系统

冷却不善的改善工作中，悬挂点焊机循坏水使用的流量为每分钟18L，足够普通冷轧钢板点焊接设备时要求的冷却条件。但因为镀锌板焊接时的电流以及通电时长的变化，流量不能满足冷却需求，由此出现主缆过热的情况，不能再继续开展生产工作。对焊钳冷却效果进行改善，需要进一步对循环水系统进行改造，具体情况如下：改善前：电极臀以及辅电缆和主电缆是串聯的关系，进水管出来的水的按照电极臀、辅电缆以及主电缆的顺序的进行冷却，这样的冷却方式称之为弱水冷，详细可见图1所示。电极臀进入冷却水过程中温度会渐渐的增高，到达电缆水温已达到一定的温度，而主电缆冷却效果比较差，主要显现为主电缆过热[5]。

而改善后，电极臀与辅电缆为串联，与主电缆是并联。进水管出水分为2路，一路冷却电极臀以及辅电缆，而另外一路则是冷却主电缆，这样的冷却方式成为强水冷，可见图2所示，冷却主电缆与冷却电极臀水温与初始水水温相同，对主缆过热有一个良好的缓解过程。

3.5 选取焊接设备

工频焊机具有价格便宜、耐用以及维修便利等优势，汽车车身将普通冷轧钢板作为主要板材，加上对工频焊机性能要求不高，被广泛应用于此，当前汽车厂引入镀锌板后，焊接参数需要不断的调整，工频焊机容量不能满足较大型工艺参数设置的需求，就会出现超负荷运行的情况，其不足之处主要有几个方面：其一，焊机单相供电模式，不利于电网平衡；其二，焊接电流波动与飞溅程度较高；其三，电力配置需求比较高，电能转化率低。由此，可引进中频焊机，该设备为三相同时供电模式，具有对电网冲击小、焊机平稳等优点。而针对工频焊机存在的不足，如电力配制高，且电能转化率低等，在引入新焊接设备后（中频焊机），工频焊机与中频焊机的工作原理分析中，后者首先将电网三相50Hz电整流为高电压直流，功率逆变器将直流转换为1千赫兹的高电压方波，然后将中频变压器输送低电压至电极处。逆变频率高，焊接变压器尺寸与质量就越小。

4 结语

汽车行业的快速发展，镀锌板在汽车行业中得到有效利用，可将更多精力探究镀锌板点焊工艺，全面提升焊接质量，延长车身寿命。

参考文献

[1]王亚芬，李志伟，赵广东，谢广明.汽车用镀锌板点焊工艺与性能研究[J].金属世界，2017，（01）：70-72.

[2]张传国.液力变矩器的涡轮外环与拨盘点焊设备及工艺研制[J].金属加工（热加工），2013，（16）：65-67.

[3]李诗语，陈艾青.锂电池自动点焊设备的开发与研制[J].电动工具，2014，（06）：9-13.

[4]罗青.不锈钢点焊设备的使用与焊接控制器选择[J].科技创新与应用，2014，（15）：113.

[5]李红雨，刘仁东，魏世同，吕冬.260BD冷轧烘烤硬化钢镀锌板点焊性能研究[J].上海金属，2016，（01）：20-23+28.endprint