汽車用鋼板電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化選擇

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司，重慶401120）

汽車用鋼板電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化選擇

唐 科，梁 翠，黃微晏，黃 靖

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司，重慶401120）

焊裝車間多采用多層板搭接進(jìn)行電阻電焊，而電阻電焊過程的不確定性因素較多。為了用較少的試驗(yàn)次數(shù)得到滿足生產(chǎn)要求的試驗(yàn)結(jié)果，以板厚0.8mm+1.4mm+1.8mm的三層低碳鋼板搭接為研究對象，分析各因素對多層板材搭接焊點(diǎn)熔核質(zhì)量的影響，獲得了最優(yōu)焊接工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：板厚為0.8mm+1.4mm+1.8mm的三層低碳鋼板搭接最佳焊接工藝參數(shù)為多脈沖軟規(guī)范焊接參數(shù)，即三周波，焊接電流8.8/11.1/9.6kA、焊接時(shí)間5/19/5cyc、電極壓力3kN，得到各層搭接板之間熔核直徑大于等于φ6mm。

電阻點(diǎn)焊；焊接工藝參數(shù)；熔核尺寸；焊接質(zhì)量

0 前言

電阻點(diǎn)焊是汽車制造行業(yè)中最普遍的連接方式。微型汽車車身共有5 000多個(gè)焊點(diǎn)，分布在車身地板、頂蓋、前車體等部位，在發(fā)生碰撞時(shí)不同區(qū)域承擔(dān)了吸能、連接、承托等功能。實(shí)際應(yīng)用中需要將不同厚度、材料的鋼板進(jìn)行點(diǎn)焊連接[1-2]，同一工位會出現(xiàn)不同強(qiáng)度、厚度的兩層板或三層板搭接，目前的電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)很難適用于不同厚度的兩層/三層鋼板的連接[3-5]。

在此以五菱宏光S生產(chǎn)線前車體區(qū)域1#工位（該工位焊接左前大梁焊合件與前圍板焊合總成搭接）為研究對象，為五菱宏光S車型的不同搭接方式電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化選擇提供新的思路和方法。

1 試驗(yàn)材料和方法

采用小原品牌一體式電阻點(diǎn)焊機(jī)（型號ST21，額定功率180kVA），配套X型手工焊槍（型號UXHC9625）進(jìn)行焊接，如圖1所示。

左前大梁和前圍板零件材料均為寶鋼牌號BLD低碳鋼板，試驗(yàn)用鋼板的化學(xué)成分如表1所示。前大梁與前圍板搭接共11個(gè)焊點(diǎn)，其中：兩層板搭接焊點(diǎn)10個(gè)，板厚0.8 mm+1.2 mm；三層板搭接焊點(diǎn)1個(gè)，板厚0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm。首先選擇同樣板材、厚度的試片模擬三層板搭接，使用不同的焊接工藝參數(shù)在三層板試片上進(jìn)行測試，獲取不同板厚下的工藝參數(shù)，以確定符合技術(shù)要求的焊接工藝參數(shù)。然后在左前大梁和前圍板連接區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，獲得最終的工藝參數(shù)。

圖1 試驗(yàn)用電阻點(diǎn)焊機(jī)和手工焊槍Fig.1 Test with resistance welding machine and hand gun

表1 試驗(yàn)用鋼板的化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of the test plate %

根據(jù)搭接零件的主導(dǎo)板厚，參照《上汽通用五菱電阻點(diǎn)焊焊接參數(shù)推薦值》選擇試驗(yàn)用電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)。電阻點(diǎn)焊初始工藝參數(shù)如表2所示。

表2 電阻點(diǎn)焊初始工藝參數(shù)Table 2 Initial process parameters of resistance spot welding

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 初始焊接工藝參數(shù)對焊接的影響

使用板材、厚度、工藝一致的3塊試片（0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm），根據(jù)表2的焊接工藝參數(shù)，選擇電流8.5 kA、電極壓力3 kN、焊接時(shí)間9 cyc進(jìn)行電阻點(diǎn)焊測試。焊點(diǎn)熔核尺寸如圖2所示。

用游標(biāo)卡尺測量焊點(diǎn)熱影響區(qū)大小為8.59 mm（見圖2a）；將焊接試片撕裂后，0.8 mm+1.4 mm板材搭接處存在焊接熔核，熔核尺寸為4.86 mm（見圖2b）；但1.4 mm+1.8 mm板材搭接處未形成熔核，撕裂后焊點(diǎn)脆斷表面呈顆粒狀態(tài)（見圖2c）。

試驗(yàn)結(jié)果表明，初始焊接工藝參數(shù)不適用于現(xiàn)場實(shí)際搭接狀態(tài)，需要逐一調(diào)整焊接工藝參數(shù)，使三層板材焊接均有符合要求的焊點(diǎn)熔核。

圖2 使用初始焊接工藝參數(shù)的焊點(diǎn)熔核尺寸Fig.2 Nugget size of the solder joint using the initial welding process parameters

2.2 左前大梁和前圍板連接區(qū)域點(diǎn)焊試驗(yàn)

影響試片焊點(diǎn)熔核尺寸的主要因素有焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力和脈沖，其他參數(shù)保持不變。本試驗(yàn)電極采用球形電極帽，端面尺寸φ7 mm，采取逐一對比方式進(jìn)行試驗(yàn)，焊接工藝參數(shù)見表3。

（1）試驗(yàn)2。保持焊接時(shí)間和電極壓力不變，增加焊接電流至10.0 kA（見表3）。試驗(yàn)2的熔核尺寸如圖3所示，將焊接試片撕裂后，0.8 mm+1.4mm板材搭接處存在焊接熔核，尺寸φ5.69mm，如圖3a所示；但1.4 mm+1.8 mm板材搭接處未形成熔核，撕裂后焊點(diǎn)脆斷表面呈顆粒狀態(tài)如圖3b所示。

表3 試驗(yàn)用焊接工藝參數(shù)Table 3 Test with welding process parameters

圖3 試驗(yàn)2的熔核尺寸Fig.3 Nugget size of test 2

（2）試驗(yàn)3。保持焊接電流為10.0 kA，增加焊接時(shí)間到14 cyc，電極壓力保持3.0 kN（見表3）。試驗(yàn)3的熔核尺寸如圖4所示，將焊接試片撕裂后，0.8 mm+1.4 mm板材搭接處存在熔核，但1.4 mm+1.8 mm板材搭接處仍未形成熔核，且焊點(diǎn)脆斷表明呈顆粒狀態(tài)，如圖4c所示。由于該板材三層板材厚度差異較大，焊接參數(shù)單項(xiàng)逐步增加已無法得到符合標(biāo)準(zhǔn)的焊點(diǎn)熔核，考慮選用2個(gè)焊接脈沖來增加焊接前的預(yù)熱焊接。

圖4 試驗(yàn)3的熔核尺寸Fig.4 Nugget size of test 3

（3）試驗(yàn)4。在前3個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果的基礎(chǔ)上，選用雙脈沖進(jìn)行試驗(yàn)。第一脈沖：焊接電流7.8 kA，焊接時(shí)間7 cyc；第二脈沖：焊接電流10.0 kA，焊接時(shí)間14 cyc，電極壓力3.0 kN保持不變（見表3）。焊接完成后，焊點(diǎn)熱影響區(qū)明顯變大，直徑為φ9.6mm，如圖5a所示；將焊接試片撕裂后，0.8 mm+1.4 mm板材搭接處存在焊接熔核，熔核尺寸為φ6.05 mm，如圖5b所示；1.4 mm+1.8 mm板材搭接處未形成熔核，焊點(diǎn)脆斷表明呈顆粒狀態(tài)，但承受剪切應(yīng)力明顯大于單脈沖參數(shù)時(shí)板材焊點(diǎn)，如圖5c所示。綜合來看， 此工藝參數(shù)不能滿足規(guī)定的熔核尺寸要求。

圖5 試驗(yàn)4的熔核尺寸Fig.5 Nugget size of test 4

（4）試驗(yàn)5。在試驗(yàn)4的基礎(chǔ)上，焊接電流、焊接時(shí)間保持不變，增加電極壓力至3.8 kN進(jìn)行焊接試片驗(yàn)證（見表3）。焊點(diǎn)熱影響區(qū)尺寸φ10.75mm已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)上限值，如圖6a所示；撕裂焊點(diǎn)后，0.8mm+1.4 mm板材搭接處存在熔核且增大至φ6.13 mm，如圖5b所示；但1.4 mm+1.8 mm板材搭接處仍未形成明顯熔核，如圖5b所示；如果再單獨(dú)增加焊接電流、焊接時(shí)間或電極壓力，很難再產(chǎn)生明顯效果，且焊點(diǎn)熱影響區(qū)存在過燒風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 試驗(yàn)5的熔核尺寸Fig.6 Nugget size of test 5

（5）試驗(yàn)6。在試驗(yàn)5的基礎(chǔ)上，考慮到本工位焊點(diǎn)數(shù)量及生產(chǎn)節(jié)拍要求，選擇焊接參數(shù)中常用的軟規(guī)范，增大為三脈沖焊接參數(shù)，增加了主焊接前的預(yù)熱過程和主焊接后的熔核保持過程（見表3）。第1脈沖：焊接電流8.8 kA，焊接時(shí)間5 cyc；第2脈沖：焊接電流11.1 kA，焊接時(shí)間19 cyc；第3脈沖：焊接電流9.6 kA，焊接時(shí)間5 cyc；電極壓力保持為3.0 kN。撕裂焊點(diǎn)后，0.8 mm+1.4 mm板材搭接存在焊接熔核，測量熔核尺寸為φ6.19 mm，如圖7a所示；1.4 mm+1.8 mm板材搭接處存在明顯焊接熔核，熔核尺寸為φ6.82 mm，如圖7b所示；在中間側(cè)板材（1.4 mm厚度）兩側(cè)均有明顯熔核，兩側(cè)板材（0.8mm和1.8 mm厚度）存在明顯焊點(diǎn)撕裂的孔洞，如圖7c所示。板材焊點(diǎn)熔核質(zhì)量合格。

所有零件搭接實(shí)際工況均比焊接試片情況復(fù)雜，采取試驗(yàn)6數(shù)據(jù)在實(shí)車上進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，用鐵錘和鑿子在三層板焊點(diǎn)處（0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm）進(jìn)行非破壞實(shí)驗(yàn)，上下扳動鑿子30°，焊點(diǎn)位置未發(fā)現(xiàn)虛焊，鈑金表面無毛刺和裂紋，實(shí)車非破壞焊點(diǎn)質(zhì)量合格，如圖8所示。

根據(jù)上汽通用五菱公司電阻點(diǎn)焊質(zhì)量要求，定期對該車型前車體區(qū)域焊點(diǎn)進(jìn)行全破壞實(shí)驗(yàn)，大梁焊點(diǎn)兩側(cè)均有焊點(diǎn)熔核，兩側(cè)板材出現(xiàn)拉裂孔洞，焊點(diǎn)質(zhì)量合格，如圖9所示。

圖7 試驗(yàn)6的熔核尺寸Fig.7 Nugget size and of test 6

圖8 實(shí)車非破壞焊點(diǎn)質(zhì)量Fig.8 Actual non-destructive solder joint quality

圖9 全破壞試驗(yàn)Fig.9 Full-destructive testing

3 結(jié)論

（1）獲得脈沖為1、2、3的電阻點(diǎn)焊熔核尺寸情況，綜合考慮三脈沖焊接參數(shù)為：焊接電流8.8/11.1/9.6 kA、焊接時(shí)間5/19/5 cyc、電極壓力3 kN，獲得的各層搭接板之間熔核直徑大于等于φ6 mm，適用于0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm厚度差異大的板材搭接點(diǎn)焊。

（2）以左前大梁和前圍板搭接為例，闡述了在兩層板與三層板搭接時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇適用于三層板搭接的焊接工藝參數(shù)，解決了板材搭接的焊點(diǎn)熔核問題，為其他汽車生產(chǎn)企業(yè)提供一種新的思路及方法。

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Resistance spot welding parameters optimal selection for automotive steel plate

TANG Ke，LIANG Cui，HUANG Weiyan，HUANG Jing
（SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Chongqing Branch，Chongqing 401120，China）

In welding workshop，multi plate lapping is used to resistance welding usually，but so many uncertainty factors are there in welding process.In order to use less test times to meet production requirements and solve the welding nugget problem of multilayered panel lap，the optimizing welding parameter for 3 layer of low carbon steel plate with thickness of 0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm was found in this paper.Experimental results show that:the welding current 9.6/8.8/11.1 kA，welding time 5/19/5 cycle，electrode pressure 3 kN is suitable for 3 layer of low carbon steel plate with thickness of 0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm，multiple-pulse welding parameter is appropriate for multilayered panel lap，and diameter of nugget on each layer can achieve 6 mm.

resistance spot welding；welding parameters；nugget size；welding quality

TG115.6

A

1001－2303（2017）11－0111-06

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.11.23

本文參考文獻(xiàn)引用格式：唐科，梁翠，黃微晏，等.汽車用鋼板電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化選擇[J].電焊機(jī)，2017，47（11）：111-116.

2017-06-08；

2017-07-20

唐 科（1986—），男，學(xué)士，工程師，主要從事汽車制造工藝方面的研究。E-mail：ke.tang@sgmw.com.cn。