基于电阻点焊参数与焊接质量的相关性研究

基于电阻点焊参数与焊接质量的相关性研究

王一仲

北汽（广州）汽车有限公司广东广州510000

摘要:电阻点焊是汽车车身的主要连接工艺，它对于车身的焊接工作作用重大。由于受到生产现场众多因素的干扰,车身焊接质量参差不齐,通过电阻点焊参数研究质保措施必不可少。本文简要阐述焊钳与电阻点焊的工作原理，针对指出电阻点焊参数对焊钳焊接质量的影响，为今后的焊接技术研究提供参考。

关键词:电阻点焊；伺服焊钳；焊接质量

前言

随着经济发展，我国汽车工业持也随之迅速发展，国内各大汽车主机厂为了加快研发、生产新型汽车，占有市场，纷纷引入了更先进的生产模式与工艺设备，改进生产线的柔性化策略，缩短新产品的研发周期，以求快速将新产品推向市场。电阻点焊是当今汽车车身生产中最重要的连接工艺，可通过对每一个焊点焊接工艺参数的合理选择,获得高强度的焊接接头,从而确保车身具有足够的强度、碰撞安全性、可靠性，又能节约能源，因此，分析研究如何保证焊钳焊接的质量是当今首要。

1.焊钳工作原理

1.1伺服焊钳的构成

气动焊钳由变压器(分体或者一体)、气缸(压缩空气为能量源，控制焊钳打开或者闭合)和机械机构组成，伺服焊钳则由变压器、伺服电机(控制焊钳打开或者闭合)和机械结构组成，如图1所示，因此其工作原理不同。其中伺服电机通信电缆连接到机器人控制柜，变压器连接到焊接控制器，因此电极压力由机器人控制器设置，焊接参数(电流和时间)由焊接控制器设置。伺服电机驱动焊钳电极杆运动，喉宽可实现无极变化，从而能够实现电极对工件的柔性接触，大大减少电极冲击造成的焊接压痕和受力不均造成的焊接飞溅，大大提高焊接效率和产品质量。

图2伺服焊钳的时间-压力曲线

2.电阻点焊原理

2.1电阻点焊成型原理

电阻点焊是电阻焊的一种，是利用工件本身的电阻，通过电流产生的热源进行焊接，焊接期间产生的热量可用下面公式表示:Q=I2RT.

其中Q为电阻焊产生的热量(J);I为焊接电流(A);R为两电极间的电阻(赘);T为通过焊接电流的时间(s);Q根据板材的不同需要满足一定条件，才可融化钣金形成熔核。?

2.2预压时间在气动焊钳中的作用

预压阶段即是从电极开始加压到焊接电流开始接通之前的阶段。电极压力的作用是使焊件贴合面有良好的接触，为焊接电流顺利通过做好必要的准备。

气动焊钳焊接过程中，发出焊接信号后，焊机收到焊接信号，由电磁阀控制压缩空气开关打开，压缩空气进入，焊钳动臂在压缩空气的作用下开始闭合;从发出焊接信号到焊钳闭合需要一定的时间;如果没有这个时间或者这个时间太小，焊钳在没有闭合的时候就通电，导致焊接故障或者焊穿、焊爆电极头，气动焊钳焊接电流与时间的关系见图3.因此气动焊钳必须设置预压时间，且这个预压时间必须大于或者等于焊钳闭合到位时间。

图3气动焊钳电流与时间的关系

2.3焊点质量

焊接参数设计其目的是得到满足质量要求的焊点，并且焊接过程中减少飞溅缺陷的产生。主导板厚在0.65～1.29mm范围内，电阻焊点熔核最小尺寸为4.0mm.影响焊接质量的工艺主要是焊接电流、焊接时间和电极压力，其中焊接电流是主要因素。焊接中发生飞溅主要是由于焊接参数设定、焊接表面情况、焊接电极的使用及电网波动造成的，综合焊接参数的关系、明确临界压力、保证焊接参数稳定。根据公式Q=I2RT的关系，电流对于焊接质量的影响最大，其次为电阻与焊接时间。电流对于焊接质量的影响非常明显，电流大焊接时容易产生飞溅、焊穿等焊接缺陷，电流小会出现虚焊、脱焊等焊接缺陷;焊接电阻包含了零件本身电阻与零件间隙之间的电阻，焊接压力越大零件之间的间隙越小，压力相对越小，但是压力太大会在板件上产生压痕且因为电阻小热量不够而出现虚焊、脱焊等焊接缺陷，压力小板件之间的间隙大导致电阻增大，经常会产生飞溅、焊穿等焊接缺陷;焊接时间不仅跟焊接质量有关系，还对生产线生产节拍有影响。焊接时间长，会增加焊接时间，同样的焊点数量会用更多的焊接时间，焊接时间长容易产生焊穿等缺陷;焊接时间短时，节拍相对比较快，但是容易出现虚焊、脱焊等焊接缺陷。

3.电阻点焊参数对于焊钳焊接质量的影响

3.1实验条件

选择侧围焊装线同一工位的Global机器人携带小原的伺服焊钳选择两个不同的焊点做实验，两个焊点的主板板厚分别为0.65mm、1.0mm(三层焊点);根据公司的焊接参数设计标准，根据主导板厚分别选取焊接参数且均不采用预压时间;主导板厚0.65mm焊接电流I=8000A，焊接时间(weld)=180ms，焊接压力P=2140N;主导板厚1.0mm焊接电流I=8500A，焊接时间(weld)=180ms，焊接压力P=2140N.实验中保证焊接除焊接参数中的预压时间外，工装等其工艺设备及参数均不做任何变动，实验设备及环境见图4.

通过实验表明:在相同的焊接电流、焊接时间及焊接压力的条件下，不设置预压时间对焊点质量没有明显影响，没有出现因不设置预压或者预压不够而导致焊钳没闭合就通电而产生的焊穿、焊爆等焊接质量问题。随着预压时间100ms、200ms、500ms增加，没有对焊点熔核大小有明显影响，没有影响焊接飞溅的大小。

伺服焊钳焊接时，焊钳与工件接触后，开始加压，达到预定压力后才开始启动焊接控制器调用其他焊接参数，是否设置预压时间对于焊钳闭合没有影响，预压时间是通过预压压力体现在焊接质量上。在焊接控制器中，焊接压力设置为0，焊接控制器中工艺参数的设计不会影焊接压力的大小，如图5所示。在预压压力不变的情况下，伺服电机运动到设定压力将不再运动，增加预压时间不会引起焊钳继续闭合增加压力，只保持伺服焊钳现有状态，不再进一步压合零件，对于改善零件贴合状态没有明显作用。增加预压后与增加预压前工件状态与其他工艺设备状态均没有改变，实际的焊接条件前后都没有变化。增加或者减少伺服焊钳的预压时间对伺服焊钳焊接的焊点质量没有明显的改善作用，伺服焊钳在预压时，焊钳伺服电机没有动作，因此预压增加或者取消对于焊接飞溅的改善没有明显作用。

图5焊接控制器中焊接程序

4.结论

电阻点焊工艺是目前汽车焊装工作中一项重要的工艺,但由于焊接工艺选取的原因,会造成脱焊、半点焊、毛刺、飞溅、外观不良等缺陷，只能通过研究工艺参数对焊接接头缺陷的影响规律,并优化工艺参数实现减少或消除焊接缺陷对提高汽车车身质量，用以帮助汽车生产厂快速推出新产品抢占市场份额。

参考文献：

【1】谭志恒.电阻点焊参数的研究[J].金属加工(热加工).2015(22)

【2】龙伟民,李涛,钟素娟,裴夤肶,于新泉.焊接技术在汽车工业中的应用现状及前景[J].电焊机.2004(06)