凸焊螺母的焊接工艺研究.doc

凸焊螺母的焊接工艺研究第25卷第3期2001年7月燕山大学IourtmlofYattshanUniversityVo1.25No.3JuIv2001凸焊螺母的焊接工艺研究WeldingProcessforProjectionWeldingNut张志慧摘要针对凸焊螺母焊后脱落.一侧烧黑,内螺纹变形本文从多凸点焊前的均衡受力.均匀变形角度分析了造成上述缺陷的主要原因r提出一种自定位组合电极经试验分析知电极形式及电极头尺寸是多凸点凸焊工艺的关键影响因素,进而确定了自定位组合电极焊接时的合适工艺参数从根本上解决了多凸点焊接领域这一长期存在的质量缺陷.关键词凸焊螺母.质量缺陷,工艺参数,自定位组合电极.AbstractThepaperanalyzesthemainfactorsthatcadefitctssuchasnutdropping,buraingblackofasLgleside,de-formationofminordimteterofthreadandstickingofweldingdregsctcbymellSofanalysisofequilibriumforcesandmeandeformatior,5amongmultiple-convexpointsbeforewding.AkindofautomaticlocatinginsertelectrodeisgivenThetestsshowth缸thedede白玎nand”scadsiarcthem如influencingfactorsinmulle-convexpointsprojectionwel-dingAndthenthesuitableIrOccssingparametersaregivenTheAuthoraalfievcsafundamentalsolutionforalong-drrle删埘de&ctsproblemsiamuld.ple-coavcxpointswelding.Keywardspccdonweldingnut,qualjdefects,pro-ccssingparameters,automaticlocatinginsertelectrode0引言凸焊螺母在汽车行业已经得到广泛应用,但是,囡属多凸点焊接,凸点焊前的压溃量及均匀程度等诸多因素不易确定,焊后螺母一直存在多种质量问题,如在后序处理过程中脱落,一侧被烧黑,内螺纹退火变形和螺纹内粘附焊渣等.有人试图以增加预热脉冲的办法来减少上述缺陷,但是,效果并不明显.本文从多凸点均衡受力角度,分析出造成上述缺陷的主要原因是电极的平行度误差大,电极压力,焊接时问选择不当造成的.从而提出一种自定位组合电极,解决了多个凸点焊前和焊中同步变形问题;确定了电极压力,焊接时间的选择原则.试验结果表明,凸焊螺母的焊接质量缺陷全部消除,抗扭强度明显提高.1质量缺陷分析1.1螺母脱落,烧黑,内螺纹变形分析凸焊螺母的焊接是多个凸点的同时焊接,在螺母的下端面沿圆周均匀分布3-6个半径相同的凸点.在焊接过程的加压阶段,当电极压力达到预定值时,所有凸点的高度应均匀变化且被同时压塌1/3左右,被焊板与凸点接触处的表皮被压破形成略小一点的压坑.此时认为各处的接触电阻相等.通电后,电流分几路通过凸点接触面.由于电流的熟效应,凸点开始熔化且所余高度被迅速压溃,螺母下端面与被焊板贴合此间形成较大的加热区,接触点处的熔化迅速扩大,形成足够尺寸的熔核和塑性区,切断电流后,熔核快速结晶形成焊核.如果上下电极的平行度有误差(尤其修磨后的电极),焊机加压气缸的轴线对工作台面的垂直度有误差,那么螺母在焊接的预压阶段,各凸点的受力就出现了不均衡,囡而压演变形量不一样,接触电阻出现差异.通电后必然出现大小不等的熔核,而各别凸点处干脆就是非熔化连接.抗剪破坏试验扭下的接头焊核形状,大小如图la.从图中看出,由于偏载的影响,在1,2,6点处凸点还未被压平便与被焊板焊到一起.如果增大焊接电流或焊接时间,表面上看抗剪强度似乎增强,而扭下接头的焊核形状,太小如图lb此时螺母的一侧可能有烧2000年6月l2日收到张志营(ZhangZhihui),燕山大学汽车附件厂,秦皇岛066004(fanshahUniversityAutomobileAttachmtFactory,Qinhuangdao066004)燕山大学2001黑现象.如果再增大焊接电流或时间,扭下接头的焊核形状如图lc.阴影部分非凸点处已经形成非熔化连接,而内螺纹可能出现退火或变形.【a)焊接条件:(b)焊接条件(c)焊接条件6(d)焊接条件:5.4kN,/=1000A,=6周:破坏扭矩:125N111螺母蜘格:M8:被焊板厚:2.5mm图1不同焊接条件下接头的焊核形状对比Fig.1Thecomparisonbetweenweldingc0re5ofthejointtwoendsonfileconditionofthedifferentweldjoints上述三种焊接条件下的接头强度都没有达到标准强度.第一种条件下的螺母在工序间的搬运过程中就有可能脱落;第二种条件下的螺母在清理螺纹孔处焊渣时可能有个另0脱落:第三种条件下的螺母在修整内螺纹时也会有个别脱落,即使是不脱落也构成了潜在的隐患由此可见,螺母焊后的脱落,发黑和退火主要与电极的平行度有关.在多个凸点同时受力情况下,如果受力不均衡.凸点的变形就不能一样,变形太大或太小,都不能形成正常的熔核.1,2螺纹内粘附焊渣的分析螺纹内的焊渣是在焊接过程中粘附在螺纹上的飞溅物,而飞溅是因为加热急剧,熔核周围的塑性环未完全形成时金属发生气化,内压力过大造成的.如果电极压力偏小,或者预压时间太短,凸点的起始变形不足都会引起飞溅;如果凸点过小而刚度大,电流过于密集;或者焊接电流过大加热急剧也会引起飞溅.加压机构的随动性不好,在凸点全部压滇形成熔核的一瞬间,相当于电极压力急剧下降也可能引起飞溅.排除加压机构随动性差和凸点过小因素,焊接过程中的飞溅主要是电极压力小,预压时问短,焊接电流大造成的.2电极型式的选择以上分析看出,当螺母的凸点个数给定,材料给定和设备不变情况下螺母的焊接质量主要取决于电极的平行度,电极压力,预压时间,焊接时问和焊接电流.而凸点的均匀变形,焊核大小相当的先决条件是电极的平行度问题.现有工艺大都使用大平面棒状电极.,这种电极在修磨之后,上,下电极平面不易保证完全平行.因此,要想获得等强度的焊接接头,必须有一种新的电极,能够自动均衡各凸点的受力大小,可以不受设备精度,电极头修磨后的影响,图2示出了这种电极的新结构.这是一种自定位组合电极,一个具有内球面的中间接头2浮动在一个具有外球面的本体5上,中间接头可在本体上任意摆动,摆动量由锁紧环4和其他部件控制.工作时电极头1可以自动找正,保证多个凸点的受力均衡,变形均匀.电极头直径为囝囝第3期强志慧凸焊螺母的焊接工艺研究24733焊接时间t这是一个关键参数,它不同于点焊时的焊接时问.因为凸点从通电熔化到整个高度被压平需要时间f.,凸点与被焊板接触处形成熔化区需要时间f1zI所以-+.若-+,凸点还未完全压平时切断了电流,两焊件来不及完全贴台,中间存有缝隙此时的部分凸点来不及形成正常的焊核,类似2图la中1,2,6点情况抗扭试验时.即使能撕下焊核,强度也是很低的.然而,也不能太大,否贝4将使表面质量变坏,抗扭强度降低,浪费髓源.D=(D册(3-5)mm式中D.一一凸点分布直径一一凸点直径图2自定位组台电极Fig2Theautomaticlocating3工艺参数的选择3.1电极压力电极压力的大小应使多个凸点在通电前其高度被均匀压塌l/3左右,被焊板相应部位表皮被挤破或有稍小压坑压力太大会过早压平凸点失去凸焊作用,压力太小易引起飞溅.有时凸点的刚度过大或被焊板是薄板,正常压力下凸点未变形而被焊板先被压出凹坑.凹坑多深时通电台适,不同材料,不同批次的焊件不尽相同.一般隋况下,对球形凸点,凹坑的深度为凸点半径的1/3左右;对圆锥形凸点,凹坑的深度为凸点高度1/31/2对于厚度小于lmm的薄板,焊接的厚度比大于5:1时.凹坑的深度应为凸点高度的2/3以上.总之,电极压力应视具体睛况来确定.32预压时间t-预压时间要考虑电极下压行程所需时间和凸点变形所用时间.电极下行时问可根据上下电极之间的距离,加压机构的下行速度确定;凸点的变形时间贝U与凸点的个数,直径,刚度有关.如果t过小,电极刚与被焊件接触便开始通电,将引起瞬间放电,使被焊扳烧穿,电极头烧融.如果电极与被焊件接触时间很短,凸点稍有变形就开始通电,此时极易引起早期飞溅.3.4焊接电流,因属多凸点焊接,理论上焊接电流等于凸点个数与每个凸点所需电流之积,其大小应使所有凸点在被压平的瞬间全部熔化它和焊接时间可以相对改变,增大焊接电流减小焊接时间,减小焊接电流增大焊接时间都能获得满意的焊接接头.但是,前者必须满足t+f.小电流长焊接时问可使温度场分布平缓,减少飞溅.采用自定位组合电极后,无需预热脉冲.4工艺试验被焊板材料:15Ti,厚度:2.5ram.被焊螺母材料A3,规格M8,6个凸点,凸点高度1.5mm,凸点直径de2.0ram.焊机型号:TN一75.焊接工艺参数见表1表1焊接工艺参数Tab1Weldedjointmanufacturingparameters电极头直径D/ram20电极压力.N54预压时间1.惆25焊接时间l周6焊接电流_,A1000冷却时间l周15接头抗扭强度mI13焊后检查:螺母不脱落,表面发黑现象消除,无焊渣粘附,无退火现象.破坏扭矩125Nm,大于额定扭矩(II3Nm),接头的焊核形状如图ld.5结论1)电极形式是影响多凸点焊接质量的关键因248燕山大学200l素,只有在焊前解决诸凸点的均匀变形问题,接头质量才能得到提高.参考文献2)自定位组合电极解决了诸凸点的焊前和焊中同步变形问题,因此,不需附加预热脉冲就可保证接头强度.3)在焊接电流已经确定条件下,焊接时间必须满足-+,否则两焊件中间存在间隙,影响焊接质量.4)以上结论适用两个凸点上所有多凸点焊接.r上接第223页)B,=6,)IOf印一1是.x阶CBAF,且所=一,.)lO印一1)是尸,一)l0!一1)的互辛H吕则0=1阵发书凸焊螺母在汽车上的应用焊接拄术1999,(2)2焊接手册第1卷焊接方法及设备.北京:机械工业出杜1992年3赵熹华压力焊北京:机械工业出版社.1989张志齄,男,1955年9月生,燕山丈学汽车附件厂工程师.多年从事焊接工艺工作,主要发明专利有:一种框式组台电极”;”一种三结头式组台电撮;一种自定位组台电极0(j.)lOf印一1)与0(一B)=f0一b.)()0if印一1)互为互补侣.参考文献.1)l0印一1)是.坼I2-阶I许成谦,杨义先.周期互补=元嶙的磬寺性燕山大学CBAF;磊i;ji.定理9设=口,一)1o<-i-<p-1)和且=f6,一)l0f印一1)是6.u.-哪阶CBAF,且=