鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊焊接質(zhì)量檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

黎華

（南昌江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊焊接質(zhì)量檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

黎華

（南昌江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

通過(guò)分析鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊焊接質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因，設(shè)計(jì)了一套鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊接質(zhì)量檢測(cè)儀，通過(guò)檢測(cè)焊后螺柱上端面與工件表面的垂直距離判斷螺柱焊接質(zhì)量。通過(guò)和扭力扳手檢測(cè)螺柱焊接質(zhì)量方法進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明，采用鋅板短周期拉弧螺柱焊接質(zhì)量檢測(cè)儀檢測(cè)效果優(yōu)于用扭力扳手檢測(cè)。

鍍鋅板；短周期拉弧螺柱焊；質(zhì)量檢測(cè)

為了提高車體使用壽命和增強(qiáng)車體材料的抗腐性能，鍍鋅鋼板占整個(gè)車體材料的60%左右，鍍鋅板螺柱焊工藝一般都采用的是短周期拉弧螺柱焊焊接螺柱，與無(wú)鍍層鋼板相比，鍍鋅鋼板的短周期拉弧螺柱焊過(guò)程中存在以下問(wèn)題：焊接電流比普通鋼板大20%，焊接拉弧過(guò)程中因去除鋅層產(chǎn)生大量的焊渣，由于防飛濺管存在，導(dǎo)致焊渣很難排出，粘附在防飛濺管內(nèi)壁，導(dǎo)致防飛濺管內(nèi)壁發(fā)熱嚴(yán)重，防飛濺管端面極易磨損。正是由于鍍鋅鋼板的短周期拉弧螺柱焊過(guò)程存在上述問(wèn)題，導(dǎo)致鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，對(duì)其焊接質(zhì)量控制研究非常重要。

1 鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊質(zhì)量缺陷分析

螺柱焊接過(guò)程的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括螺柱的提升高度、下落時(shí)間、浸入速度及下落時(shí)對(duì)焊件的沖擊力，即浸入力、浸入深度等參數(shù)［1］。提升高度能保證電弧在臨界條件及焊接參數(shù)一定的條件下穩(wěn)定地燃燒，同時(shí)也可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電弧功率。電磁鐵-彈簧系統(tǒng)是螺柱在焊槍中隨導(dǎo)電夾頭進(jìn)行提升/下落的動(dòng)力源。兩者的作用是相反的，電磁鐵的線圈通電后螺柱會(huì)被提升，彈簧被壓縮，釋放時(shí)彈簧的作用是將螺柱推出（下落）。電磁鐵-彈簧在植焊過(guò)程中交替工作。彈簧力將螺柱推進(jìn)熔池的過(guò)程是不可控的。下落時(shí)間是指從焊槍中的電磁鐵線圈斷電到電弧熄滅這段時(shí)間，通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧的松緊程度來(lái)調(diào)整下落時(shí)間的長(zhǎng)短。浸入力由提升彈簧的回彈力的性質(zhì)所決定，調(diào)整彈簧的松緊就是調(diào)整浸入時(shí)間及浸入力。浸入深度是指螺柱下落過(guò)程中在熔池內(nèi)運(yùn)動(dòng)的插入長(zhǎng)度，調(diào)整焊槍的伸出長(zhǎng)度時(shí)，焊槍在彈簧完全放松時(shí)被夾持的螺柱端部與口承（防飛濺管）端面之間的伸出距離，這個(gè)伸出長(zhǎng)度應(yīng)稍大于浸入深度。螺柱焊接過(guò)程受彈簧自身性能及防飛濺管端面狀態(tài)的影響。由于鍍鋅板焊接電流比普通鋼板焊接電流大20%，拉弧過(guò)程中因去除鋅層產(chǎn)生的大量焊渣粘附在防飛濺管靠端面的內(nèi)側(cè)面，導(dǎo)致防飛濺管端面長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，端面容易發(fā)生不規(guī)則磨損，導(dǎo)致焊接過(guò)程中浸入深度不穩(wěn)定。手動(dòng)螺柱焊槍在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，彈簧性能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)參數(shù)發(fā)生變化。上述原因?qū)е潞附舆^(guò)程中螺柱根部不能完全浸入工件表面，發(fā)生虛焊或焊核過(guò)小缺陷（如圖1所示）。生產(chǎn)過(guò)程中一般采用扭力扳手在一定扭力下向單側(cè)扭動(dòng)螺柱，螺柱不脫落即焊接質(zhì)量合格。在總裝過(guò)程中采用氣動(dòng)扭力扳手裝配螺母在螺柱上，螺柱受到切向力作用，如果螺柱焊接強(qiáng)度不夠，由于瞬間切向力大，導(dǎo)致部分通過(guò)扭力扳手檢測(cè)的螺柱在裝配過(guò)程中脫落。采用扭力扳手檢測(cè)螺柱焊質(zhì)量效果較差。

圖1 焊核與焊接質(zhì)量關(guān)系

2 鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊接質(zhì)量檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

焊接過(guò)程中螺柱根部不能完全浸入工件表面，發(fā)生虛焊或焊核過(guò)小，螺柱的上端面與工件平面距離較大，通過(guò)焊接試驗(yàn)設(shè)定采用螺柱的上端面與工件表面垂直距離值是否小于1.2d（d為螺柱端面厚度），作為檢測(cè)螺柱焊接質(zhì)量是否合格的依據(jù)。鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊接質(zhì)量檢測(cè)儀系統(tǒng)包括支撐套、數(shù)顯百分表、接口電路板、單片機(jī)、液晶顯示和焊接質(zhì)量合格指示燈。其中，數(shù)顯百分表、液晶顯示、合格指示燈直接選型。鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊接質(zhì)量檢測(cè)儀系統(tǒng)重點(diǎn)是單片機(jī)控制、數(shù)顯百分表接口電路設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)部分。

2.2 儀器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊接質(zhì)量檢測(cè)儀機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。檢測(cè)儀的支撐套壓在工件平面上，數(shù)顯百分表測(cè)頭壓在螺柱端面上。

2.3 儀器電路設(shè)計(jì)

數(shù)顯百分表接口信號(hào)如圖3所示，1為負(fù)1.5V；2為數(shù)據(jù)信號(hào)；3為同步信號(hào)；4為0V，即接地端［2］。如果不使用電池，而采用穩(wěn)壓電源，可將電源電壓提高為1.8～ 2.0V，以提高其抗干擾能力。數(shù)據(jù)格式：串行口的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制碼，約0.2s輸出一次，每次輸出兩組數(shù)據(jù)，第一組為絕對(duì)相移，不受人工控制，對(duì)測(cè)量沒有意義，第二組為相對(duì)相移，是相對(duì)于零位置的相移，即是需要采集的數(shù)據(jù)。一組數(shù)據(jù)24位，低位在前，高位在后，最后一位是符號(hào)位。最后一位為“1”表示數(shù)據(jù)為負(fù)數(shù)，以補(bǔ)碼輸出，為“0”表示數(shù)據(jù)為正數(shù)，以原碼輸出。由于模塊使用-2V電源，所以其輸出信號(hào)需經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能和89S52相容。R2、Q2、U1D和U1E對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行變換，輸出用DATA表示；R1、Q1和U1A對(duì)同步信號(hào)進(jìn)行變換，輸出用CLK表示；CLK后面的電路用來(lái)給單片機(jī)提供一個(gè)中斷信號(hào)，信號(hào)未傳送時(shí)，INT信號(hào)為低電平，信號(hào)傳送期間，由于R3、C1積分電路的作用，INT保持高電平，信號(hào)傳送完畢，INT又回到低電平，單片機(jī)設(shè)為脈沖中斷方式，檢測(cè)到這個(gè)脈沖下降沿即轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，從串行口讀入數(shù)據(jù)。

圖2 檢測(cè)儀機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 接口電路

2.4 儀器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

將檢測(cè)儀支撐套壓在工件表面上螺柱焊接位置，觀察合格指示燈是否亮，即可判斷螺柱焊接質(zhì)量是否合格，程序流程圖如圖4所示。

表1 兩種方法測(cè)量結(jié)果比較

圖4 程序流程圖

3 鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊焊接質(zhì)量檢測(cè)儀測(cè)量試驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊焊接質(zhì)量檢測(cè)儀的測(cè)量效果，將該裝置與扭力扳手進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。為了避免主觀因素造成誤差，由同一個(gè)人進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)完成測(cè)試的試件進(jìn)行撕裂試驗(yàn)驗(yàn)證焊接質(zhì)量，對(duì)兩種無(wú)損測(cè)試方法有效性進(jìn)行評(píng)判。從表1可以看出，檢測(cè)儀檢測(cè)結(jié)果與撕裂試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果一致性更高，表明檢測(cè)儀檢測(cè)效果優(yōu)于用扭力扳手檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

鍍鋅板短周期拉弧螺柱焊焊接質(zhì)量檢測(cè)儀比采用扭力扳手檢測(cè)螺柱焊焊接質(zhì)量的準(zhǔn)確度更高，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)螺柱焊槍設(shè)備狀態(tài)的波動(dòng)，及時(shí)調(diào)整設(shè)備狀態(tài)；能夠有效避免焊接質(zhì)量差的產(chǎn)品流入后道工序，降低了返工成本，提升了整車質(zhì)量的穩(wěn)定性。

［1］張義.螺柱焊焊接工藝及其應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］梁應(yīng)選，楊明亮.基于容柵傳感器和單片機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)［J］.試驗(yàn)室研究與探索，2013（6）：25-29.

Design of the Testing Instrument for the Welding Quality of Galvanized Sheet Short Cycle Arc Stud Welding

Li Hua
（Nanchang Jiangling Motors Corporation Ltd.，Nanchang Jiangxi 330001）

Through the analysis of galvanized sheet short cycle arc studs welding defects,a galvanized sheet short cy?cle arc stud welding quality detector was designed,by detecting the vertical distance between the stud upper end face and the surface of the workpiece to judge the quality of stud welding.Test and comparison of the method of welding quality by using torque wrench,the test results showed that the method of galvanized sheet short cycle arc stud weld?ing quality detector was better than that of using the torque wrench detection.

galvanized sheet；short cycle arc stud welding；quality inspection

TG433

A

1003-5168(2016)09-0067-03

2016-08-08

黎華（1976-），男，碩士，研究方向：汽車焊接工藝，焊接質(zhì)量控制。