摘要目前国内轿车白车身螺柱焊接过程中普遍存在

1、厦门联特科技有限公司 电话网站： 邮箱：bd摘要：目前国内轿车白车身螺柱焊接过程中普遍存在螺柱虚焊、焊穿及焊接偏弧等问题，无论是进口螺柱焊机，还是国产螺柱焊机，概不例外。产生螺柱焊虚焊、焊穿、偏弧的原因是多种多样的，归纳起来主要有以下几个方面：（1）螺柱焊机选型不合适；（2）焊装工装夹具设计不合理；（3）焊接工艺参数设置不正确；（4）焊接螺柱存在质量问题；（5）设备维护不到位和操作人员操作不当。关键词：轿车白车身；螺柱焊；焊接缺陷；解决方法1关于螺柱焊机的选型问题螺柱焊接技术是将金属螺柱或者类似的紧固件（如栓钉、T型钉、保温钉及V型钉等）快速焊接在板件或者管件上用以

2、形成T形接头的方法。实现螺柱焊接的方法有多种，比如用电阻焊、摩擦焊、爆炸焊、电弧焊和电弧螺柱焊等。早期大部分都是采用电阻焊和电弧焊，随着汽车工业的发展和电弧螺柱焊接技术的不断发展, 目前在白车身的生产中使用最多的是电弧螺柱焊焊接技术，它具有快速、可靠、操作简单和生产成本低等优点。电弧螺柱焊机按照焊接时间的长短，可分为长周期螺柱焊与短周期螺柱焊，长周期拉弧螺柱焊焊接时间较长，一般都超过100ms以上，最长可以达到2s，焊接能量大、焊接熔深大，焊接母材的厚度在5mm以上，所焊接的螺柱直径一般在1230mm之间；主要用于建筑等栓钉及要求焊接熔深较深的螺柱焊接。短周期拉弧螺柱焊机焊接相对长周期而言，其

3、焊接时间短，一般不超过100ms，焊接母材的厚度在5mm以下, 焊接螺柱的直径一般在310mm之间。其焊接电流由引弧电流和焊接电流共同组成，增加引弧电流的作用是清除螺柱端面与工件表面的油污、油脂及涂层等。短周期拉弧螺柱焊焊接时间短，焊接功效高，操作特别方便，目前是汽车制造业必不可少的工具，短周期自动螺柱焊机一般由焊接电源、螺柱自动输送机及焊枪组成。电弧螺柱焊机主电源控制方式分为以下两种：1.1采用可控硅控制的模拟电路螺柱焊机该种焊机使用可控硅模拟控制，50Hz频率；典型的模拟电路如图1所示。由于电源主电路采用可控硅控制，频率50Hz, 其输出电流调节精度难以控制，在焊接薄板时，由于焊接时间一般

4、都超过100ms，常常将母材焊穿、造成母材过烧或在母材背面形成一个凸点, 凸点中间是一个气包，根本不能满足轿车车身焊接工艺的要求。因此，可控硅控制的工频电弧螺柱焊机，一般只适合于焊接厚板和较大的栓钉，不适合用于轿车车身的薄板焊接。1.2高频逆变电弧螺柱焊机逆变高频电弧螺柱焊机的主电路采用电源频率为20kHz的IGBT全桥逆变电路。如图2所示, D1D6为三相整流，C1为滤波电容，D7、D8二次整流二极管，RF为分流器，L2为空心电感，SCR旁路可控硅在大电流焊接时导通，将引弧L1 电感短路，T为主逆变变压器（功率变压器）。主机控制系统采用PWM恒流控制和以DSP数字处理芯片为核心的数字控制系统

5、。系统包括数字PID调节、焊接时序控制系统、枪接口逻辑处理电路、电流及电压反馈电路、放大电路、软启电路、IGBT驱动电路、保护电路、液晶显示系统及告警系统等。主机控制系统还可以通过数字信号处理器（DSP）对焊接过程中焊接电流、焊接电压进行采样处理，并将图形在人机界面显示出来，实现螺柱焊的可视控制技术，方便调试人员合理调节焊接工艺参数。可视界面显示如图3所示。螺柱焊接的机械过程以及所属的电气过程见图4的说明。（1）焊接工艺的前提条件是焊接螺柱接触工件表面，以便焊接回路随着启动命令的发出通过螺柱和工件产生电气短路。（2）起始电源稳定之后，焊枪的电磁线圈（或直线电机）使螺柱离开工件，引燃起始电流的电

6、弧。起始电流的电弧用以引燃主电弧。（3）焊接螺柱达到其回程高度后，主焊接电流即大电流将强化电弧，使得螺柱端面和工件表面熔化。（4）电弧在工件上以及螺柱端面生成一个熔池的过程中，电磁线圈断电（或直线电机反向下压）。螺柱通过一个压缩弹簧（直线电机下压）浸入熔池。 （5）随着螺柱浸入熔池，电弧熄灭，使得均匀的熔体凝固，并且焊枪可以在焊接电流关断之后离开螺柱，焊接过程结束。图5为用高速摄像机拍摄的螺柱焊焊接过程。高频逆变电弧螺柱焊机采用DSP微处理器，控制精度以微秒为单位，对整个焊接过程进行精确控制和反馈控制，对大、小电流和焊接时间控制精度高。以直径为6mm的螺柱焊接在0.8mm车身薄板上为例，一般焊

7、接大电流为1000A, 焊接时间设为22ms即可。这种大电流和短时间的焊接过程，是采用可控硅控制的工频电弧螺柱焊机难以做到的。因此，轿车车身螺柱焊接设备必须选择高频逆变短周期电弧螺柱焊机，才能满足焊接工艺的需要。2焊装工装夹具设计、制造和安装不合理工装夹具设计、制造和安装不合理，是造成螺柱焊机虚焊、焊穿、偏弧的重要原因之一, 具体表现为：（1）工装夹具的导向孔过大，导致螺柱焊枪不能与工件焊接面垂直；（2）工装夹具的导向孔本身不能与工件的焊接面垂直，使得焊枪不能与工件焊接面垂直；（3）工装夹具没能对焊接工件进行有效支撑，使得焊枪下落时导致工件变形等。如果在螺柱焊机选型正确，焊接电流和焊接时间等参

8、数设置无误的情况下，仍然出现虚焊、焊穿和偏弧现象，则要认真检查是否是工装夹具的问题。尤其在焊接工件面为弧面的条件下，螺柱焊接位置恶劣-螺柱焊接面不平，螺柱焊接防飞溅套（见图6）支撑所在面与零件面不平行，角度偏差大；气缸活塞磨损漏气导致夹紧面不到位；这些都导致焊接时引弧偏弧，很容易发生虚焊。因此，在夹具设计时应尽量保证导向套轴心与工件焊接面垂直，导向套孔径不能太大，比焊枪的防飞溅套外径略大0.1mm 即可，有利于螺柱垂直工件，提高焊接质量。针对零件材料太薄，与螺柱端面之比相差太大的螺柱焊接问题，电弧易把螺柱焊接端面结合处变薄（氧化反应），使之整体强度下降。首先优化工艺参数，尽量使输入热量低些。用

9、大电流短时间焊接方式焊接，也可在焊接工件的焊接区背面垫一块铜板（工艺垫片），能解决在薄板上焊接大直径螺柱焊件背面出现气孔的问题。其次是焊机的接地线连接位置也会引起焊接偏弧的现象，采用在工件背面多点弹性接地方法，焊接效果能得到明显改善。3焊接工艺参数设置不正确螺柱焊焊接工艺参数对焊接质量的影响：如图6所示螺柱焊焊接工艺参数主要包括焊接电流、焊接时间、焊接引弧电流、引弧电流时间、焊枪的提升高度（拉弧距离）等。焊接电流和焊接时间的大小与焊接螺柱端面直径成正比，与焊接板材厚度也是正比例关系，母材增厚，就要相应增加焊接电流和焊接时间。但焊接电流与焊接时间成反比，在焊接的螺柱直径和母材厚度一定的条件下，焊

10、接电流越大，则焊接时间越短，反之亦然。引弧电流和引弧电流时间的关系与焊接电流和焊接电流时间的关系相同。一般螺柱焊接设备的引弧电流值I=30100A, 引弧电流时间T=30100ms，引弧电流的设定与焊接工件表面的干净程度，及工件表面是不是有镀锌层等有关，母材表面清洁度差或镀层厚, 就需要较大的引弧电流与时间。螺柱焊接所需的能量取决于焊接电流、焊接电压及焊接时间的乘积，焊接电流、焊接时间可以任意设定，由于焊接电源是恒流源，其焊接电压的大小取决于焊枪的提升高度，焊枪的提升高度范围一般在0.81.6mm，在电弧允许范围内，电弧距离越大，焊接电压也就越高，输出的能量也就越大，电弧电压越高，电弧的穿透力

11、也就越强，其焊接熔深也越深。因此, 在焊接较大的螺柱时，可以适当地加大提升高度。但是加大提升高度范围也有不利的一面，距离过大时，焊接电弧容易产生磁偏吹的现象, 极易产生气孔，影响焊接质量。相反减小提升高度，可以降低焊接电压，减小焊接能量。因此，在焊接薄板时可以适当减小提升高度，这样可以减少螺柱焊焊穿的现象。焊接质量除了与焊接电流参数的设定有关, 还与焊枪的调节有着密切的联系，调整焊枪的提升高度和螺柱端面伸出防飞溅套的长度是影响螺柱焊接质量的重要因素。螺柱伸出长度一定要远大于焊接熔池深度与螺柱端面熔化的长度之和，在一般情况下螺柱伸出的长度不得低于1.5mm，这样可以减少螺柱虚焊的现象。提升高度决

12、定螺柱的下落速度，螺柱伸出的长度决定了螺柱压入熔池的深度，二者直接关系到焊核的成形，决定着结合面的轮廓，从而对焊接质量产生影响。螺柱伸出的长度不足，容易产生螺柱与工件接头处结合不紧密，强度不高，容易产生虚焊；下落速度过快又会使过多熔池金属挤压出来。理想的送进深度应该是保持螺柱与工件间有一层熔化金属存在。螺柱送进速度太快，容易产生熔池金属飞溅；下落过快时，产生螺柱与工件撞击反弹的现象；下落速度太慢，螺柱插入熔池的冲力减小，对熔池金属挤压不够，导致焊接成形不好，也会影响焊接质量，焊核不牢。电磁式（采用电磁铁提升）电弧螺柱焊枪的机械结构决定了焊枪行为参数之间会互相影响，例如提升高度和送进深度的不同设

13、定值决定了弹簧压缩量的不同，弹簧弹力的改变必然会使螺柱提起速度和下落速度发生变化，这就使得参数的设定需要综合考虑。因此，螺柱焊枪要根据焊接位置、焊接方式等相应调节弹簧压力。从图6中可以看出，螺柱的位移轨迹（即图中的A点位置变化）决定焊接质量的好坏，螺柱下落过早，焊接能量不够，容易形成假焊；焊枪下落过慢，熔池冷却速度快，容易使焊接接头塑性不好，发生脱焊；为了防止此类现象的发生，有些螺柱焊机生产厂家在软件设计中，根据不同的焊枪，设定不同的下落时间（即螺柱焊机中的提前时间值），并且将焊接过程中的电流、电压波形显示出来（如图7、图8所示）, 图中红色线为电压波形，黄色线为电流波形，当电压降低到零时，其

14、线条在落在电流曲线范围以内，两条线相差范围不要太大，一般在2 5ms以内，焊接效果都是比较好的，如果大于5ms 可能会出现焊接能量不够，焊接熔核偏小。可以根据焊接波形判断焊接质量的好坏。4焊接螺柱存在质量问题拉弧螺柱焊焊钉焊接端部都要求带有7度的锥度，如图9所示，其作用是有利于引燃焊接电弧，并可保证焊接电弧从螺柱的中心向螺柱的周围扩散，也有利于排除电弧中的空气，防止熔池铁水氧化。加强对螺柱的质量监控，可减少螺柱焊的虚焊率。螺柱常出现的质量问题主要有：（1）螺柱所用材质与母材相差较大，导致螺柱和母材之间不相融合；（2）螺柱焊接面的弧度过大或过小，导致弧压过高或引弧不足；（3）每个螺柱的尺寸相差较

15、大，导致螺柱自动输送困难或装夹不能到位等。如果螺柱存在上述问题，将会严重影响焊接质量。因此，必须选择正规的螺柱焊钉供应厂家，并定期和不定期对焊钉进行抽查，确保焊钉的材质和规格符合产品的工艺要求。5设备维护不到位和操作人员操作不当做好设备的维护工作，使设备始终处于良好的工作状态，是焊接质量的可靠保证。设备维护包括日常维护和班前维护。日常维护包括：定期和不定期检查设备的运行状态；对于需要更换的易损件及时更换；对设备的表面进行清洁等。班前维护包括：第一、每班工作前，必须认真检查螺柱焊机的各项参数设置是否发生变化，以保证参数设置的准确性；第二、检查焊枪的各个部分是否正常，导电夹头、防飞溅套等易损件是否需要更换；第三、清理干净防飞溅套内的焊渣；第四、检查焊枪的提升距离是否需要调整；第五、检查导电夹头是否居中；第六、如果是自动送料的，要用手动方式检查自动送料系统是否正常；第七、检查送料机料箱中是否需要添加螺柱；第八、检查被焊接工件表面是否存在油污，如果油污过大，需要用布擦干净。上述准备工作做好后，在操作中还要注意要