电容储能凸焊机和普通固定式凸焊机螺母焊接质量分析

董争

南京星乔威泰克汽车零部件有限公司 江苏省南京市 211100

1 引言

凸焊作为汽车制造中四大焊接工艺之一，完成车身90%以上的装配工作量，因而凸焊质量对汽车的整车质量有重要影响。随着汽车工业的飞速发展，高效率、个性化的需求愈来愈明显，在白车身的制造过程中，采用凸焊工艺焊接螺母可准确定位螺母的位置、提升焊接质量，相对CO2气体保护焊，更能减少有害气体，螺母及螺栓与钢板的凸焊连接已成为汽车制造工业的关键技术[1]。

然而在普通固定式点（凸）焊机焊接过程中，常常会出现螺母熔融、发黑、板件变形等现象，影响焊件的外观及性能质量。电容式储能焊机是利用电容储存能量而在瞬时释放出电流，同时集中大电流穿过小面积点时而达致熔接效果（焊接过程只在16毫秒内完成，其间通过数万安培到十多万安培的次级熔接电流），因此在焊接时所产生的热量致工件过热变化和变形等情况均减至最少。

本文从焊接性能和焊接外观，对比两种焊机的焊接质量。

2 实验方法和目的

选取40件零件，为同一模具同批次零件。用储能焊机和普通凸焊机分别焊接零件20件，评估两组零件外观质量，并取两组中各10个零件做压载实验和熔深试验，对比试验结果。

2.1 实验设备

电容储能式焊机（图1），型号：HRC-201-0A。设置参数电压650V，回火电压400V，电极压力0.5Mpa。

普通固定式点（凸）焊机（图2），型号：DB-220（SSIN220-002005）。厂家小原（南京）机电有限公司电极压力-实测6.5KN+0.24/-0.49KN，焊接电流-实测14/18.6KA+1.0/-0.5KA，通电时间实测20/14cyc+/-1cyc。

压载试验的机型：友科 YK-3355

扭力扳手：表盘式扭力扳手，日本东日TOHNICHI-DB200N

零件介绍：某车型车门防撞梁（图3）。零件为高强度板，板厚1.9mm，材质NSSQAS1500；

3 实验过程和实验结果对比

选择同批次零件44台份，储能焊机焊接22台份（下文系列1零件）。固定式点（凸）焊机凸焊22台份（下文系列2零件）。记录焊接参数，并对零件外观和压载后外观

分别用来做压载试验，压载至螺母脱落，记录压载峰值。扭力试验，扭力扳手加力至螺母明显变形或开裂失效，记录并对比扭力值；熔深实验，显微镜测量螺母凸点和基材相互熔入的深度，记录对比熔深结果；硬度试验，用硬度试验仪检测基材热影响区的硬度。

3.1 压载试验

压载至螺母脱落，记录压载峰值，对比焊件外观。表1为压载实验对比图，图四是螺母压载峰值。

表1 凸焊件压载试验对比

3.2 扭力试验

扭力扳手加力至螺母明显变形或开裂失效，记录并对比扭力值（见图5）。

3.3 熔深试验

表2 凸焊件熔深试验对比

对焊接螺母和基板的熔接区进行了微观检测，对比零件熔深结果，表1是凸焊件熔深试验结果对比。

3.4 基材热影响区硬度试验

对三种系列的基材进行了硬度检测，系列1是储能凸焊件热影响区基材的硬度，系列2是普通凸焊件热影响区基材的硬度，系列3是零件基材原始硬度值（即非热影响区的零件硬度）。

4 实验结果分析

外观对比：系列1零件，焊件外观没有任何烧痕，也未出现螺母和焊件熔融现象，螺母边缘有些许焊接飞溅，螺纹内侧未发现飞溅；系列2零件，焊件表面有明显烧痕，焊件有明显熔融现象，影响焊件外观质量；

压载试验值对比：从压载试验来看，系列2零件，压载峰值在12.0KN左右；系列1零件，压载峰值可达21.98KN；压载试验值差别明显，储能焊机焊件更牢固。

熔接实验结果对比：系列1零件熔深数值优于系列2零件，且系列2零件热影响区较大；

硬度实验结果对比：经过对零件基材热影响区的硬度试验，发现热影响区的零件性能有明显变化，且老式凸焊机的热影响区硬度降低较为明显。

5 结语

固定式点焊机，由于在焊接过程放电时间长，零件热影响区的机械性能明显降低。而储能焊机是利用电容储存能量，当能量能使小面积焊点熔化时瞬时放电，热影响区小，零件焊接熔接质量良好，且焊接时所产生之热量引致工件过热变化和变形等情况均减至最少。

通过以上比较，储能焊机在保证零件焊接质量上具有明显优势。

6 启示和思考

对于螺母焊接件，如果零件实际应用中，螺母承载力较大，或零件材质对焊接质量影响较大，这时储能凸焊机就有明显优势。储能式凸焊机适用材料广泛，就汽车零部件而言，螺母基材不论是冷冲零件还是高强度热压零件，均可达到较好的焊接质量。且储能焊机长时间使用不会产生过热，也不会影响焊接能力及焊接性能；另外在维护及检修方面亦减至最低及最简便[2]。