车身电弧螺柱焊强度影响因素及优化探析

2022-07-06范春平郭跃辉宾可向涛章维

时代汽车 2022年14期

范春平郭跃辉宾可向涛章维

上汽大众汽车有限公司上海市 201805

1 引言

随着汽车工业的发展，螺柱类紧固件的使用率越来越高，其中最具代表性的是螺柱焊。螺柱焊是将螺柱一端与钣金件接触，通过引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力，完成焊接的方法。具有焊接时间短、材料适应性强、热影响小、操作简单和成本低等优点。可替代铆接、钻孔、手工电弧焊、电阻焊和钎焊等连接工艺。随着汽车工业和螺柱焊技术的不断发展，已在紧固件连接上逐步替代了电弧焊、电阻焊、钻孔等传统连接工艺，发展为制造业中一种基本的热加工方法。螺柱焊80%以上是通过焊机完成的。螺柱焊机按原理分为电弧螺柱焊接和电容放电螺柱焊接两大类，目前汽车白车身应用较多的是电弧螺柱焊。本文主要研究的也是电弧螺柱焊（以下简称螺柱焊）。

2 常见螺柱焊设备、缺陷及原因

2.1 设备及原理

常见的螺柱焊设备有自动和手动，设备部件及工作原理图见图1。

图1 螺柱焊设备部件及方法原理图

2.2 缺陷类型

常见的螺柱焊缺陷类型有飞溅、焊瘤、气孔、开裂、焊穿、假焊、未熔合和螺柱不垂直等，图2 是部分螺柱缺陷的微观金相组织图。

图2 缺陷金相照片

2.3 影响原因

影响螺柱焊强度的主要因素可分为设备、焊接参数和焊接母材三类：

1）参数设定不合理：焊接电流过大或过小；焊接时间过长或过短；下落速度过快或过慢；提升高度过高或过低等。

2）设备维护不到位：夹持器，电弧罩不清洁；夹持器松动，夹持力不够；焊枪垂直度不够；手动焊接导向磨损；设备分流；接地不良和失效等。

3）焊接母材：参数未随母板或螺柱端面直径变化而变化；母板油污，未清理干净；焊接面不平整等。

3 实验验证

实验中，螺柱焊接强度以螺柱扭矩破坏性方式为判断，螺柱破坏性扭矩要求如表1，同时结合螺柱金相微观分析验证。

表1 螺柱扭矩破环性检验最低扭矩要求表

3.1 设备参数

本文采用车间螺柱焊设备，调节焊接电流、焊接时间、螺柱提升高度三因素，进行三水平的L9 正交实验见表2，以验证焊接参数对螺柱强度影响的主次顺序（螺柱选取M6）。

表2 焊接电流I、焊接时间t、提升高度h 因素表

正交实验设计及强度破坏性扭矩检测结果表如表3，表4。满足表1 最低扭矩要求，破坏性扭矩越大，说明强度越高。微观金相组织见图3，金相均合格，且母材与螺柱界面金相越致密，说明溶合度越高，强度越大。

图3 正交实验螺柱微观金相组织图

表3 影响螺柱强度I、t、h、正交实验表

表4 影响螺柱强度I、t、h、正交实验表

结论：通过实验可知螺柱焊参数设置最优组合为第组，从焊接电流、焊接时间及提升高度的实验极差也可得出，对强度的影响主次顺序焊接电流＞焊接时间＞提升高度。

3.2 设备部件

对于螺柱焊夹持器，现场多采用断后更换的方式。其实夹持器在断裂前，加持力已变小，容易造成螺柱垂直度差，接触面不完全等，从而影响焊接质量。同时车间也有少数手动螺柱焊工位，由于其焊枪与自动焊枪结构的差异性，导致夹持器内部，需要拆卸套筒才可查看，故容易发生夹持器未变形，但内部已发黑，导电不良而影响强度。故为确认更合理的夹持器更换频次，选取两个自动和一个手动工位进行跟踪实验，结果见表5。

表5 夹持器更换次数实验表

实验中发现焊接电流大于1.1KA 的大电流螺柱焊，夹持器在未形变时，就已导电不良报警，更换频次为1～3 天，远小于变形时对应的频次。

结论：当焊接电流小于1.1KA 时，6500台夹持器更换为最佳；电流大于1.1KA 的设备自动报警更换即可。

对于其他影响螺柱焊强度的设备因素，结合图纸和现场分析跟踪得出下结论：

研究结果显示，以油棕基因组DNA为模板，PCR扩增获得的条带长度为1035 bp，与预期目的条带长度相符且没有非特异性扩增(图1)。分析克隆得到的DGAT2基因启动子序列，并对其所含的功能元件进行预测，结果表明该序列中含有基础启动子元件，包括52个TATA-Box和19个CAAT-Box，符合启动子的基础特征；包含大量的光反应元件ACE、G-Box和Sp1及部分光反应元件I-Box、GA-motif等；含有4种激素反应元件，主要包括水杨酸、茉莉酸、赤霉素和脱落酸反应元件，还包括转录因子MYB 结合位点和热应激反应元件等(表2、图2)。

1）螺柱焊枪与钣金垂直度需在±3°，手动焊样架套筒与枪头单边间隙公差±0.2mm。

2）保持焊枪清洁度，无飞溅残留，主要是夹持器和电弧罩，需每班点检。

3）避免设备分流，实施每周保养及日常点检查看设备是否正常接触。

4）接地块与被加工零件须良好接触，形成有效回路，为防止磁吹偏，导致螺柱单侧熔接，建议在工装设计时，尽量避免单一接地，并定期矫正焊枪头。