采用電阻點(diǎn)焊工藝焊接凸焊螺栓應(yīng)用研究

王浩名 范林

（廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院，廣州 511434）

1 前言

凸焊螺栓作為白車(chē)身上常用的1 種標(biāo)準(zhǔn)件，其凸焊工藝常常需要將沖壓件運(yùn)輸?shù)酵购笝C(jī)工位進(jìn)行螺栓凸焊，最后再運(yùn)輸至焊接工位進(jìn)行下一序焊接。而點(diǎn)焊螺栓只需在點(diǎn)焊夾具上裝配凸焊螺栓，通過(guò)點(diǎn)焊工藝將凸焊螺栓與鈑金連接。在汽車(chē)制造工業(yè)中大量使用電阻點(diǎn)焊，只有對(duì)不同材料、不同料厚選擇不同的焊接工藝參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)焊接接頭[1]。 選用厚度 1.8 mm，材料GX420LAD+ZF 鍍鋅鋼板為對(duì)象，驗(yàn)證了M6 凸焊螺栓通過(guò)電阻點(diǎn)焊連接的可行性。

2 螺栓電阻點(diǎn)焊的優(yōu)越性

a.物流成本低。相比凸焊工藝，電阻點(diǎn)焊無(wú)需將零件物流運(yùn)輸?shù)酵购腹の弧?/p>

b.生產(chǎn)成本低。無(wú)需購(gòu)買(mǎi)凸焊機(jī)，無(wú)需布置凸焊場(chǎng)地。同時(shí)，可以節(jié)省1名螺栓凸焊操作工，降低人工成本約12萬(wàn)元/年；節(jié)省物流費(fèi)用約2萬(wàn)元/年。

c.操作工勞動(dòng)強(qiáng)度低。對(duì)于縱梁等大件的螺栓焊接，操作工無(wú)需扛著大件在凸焊機(jī)上凸焊螺栓，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。

3 試驗(yàn)材料和設(shè)備

3.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為GX420LAD+ZF鍍鋅板，厚度1.8 mm，母材化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1 和表2 所示，試片外形和尺寸如圖1 所示。螺栓選用M6 的3 點(diǎn)凸焊螺栓。

表1 GX420LAD+ZF化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

表2 GX420LAD+ZF力學(xué)性能

圖1 試片外形和尺寸

3.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用UCH-C5872 工頻點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行焊接，電極材料為銅，電極帽尺寸為16 mm。焊接工裝如圖2 所示。

圖2 M6螺栓點(diǎn)焊焊接工裝

4 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)選取凸焊螺栓外觀質(zhì)量、撕破壞外觀質(zhì)量、扭矩、剝離力和螺紋通過(guò)性檢查5 個(gè)指標(biāo)作為M6 凸焊螺栓焊接質(zhì)量考核指標(biāo)。

a.在試片上預(yù)先用激光割直徑為6.2 mm螺栓底孔，然后通過(guò)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)獲得最佳點(diǎn)焊焊接參數(shù)，再用電阻點(diǎn)焊槍將M6凸焊螺栓與試片焊合；

b.檢查點(diǎn)焊螺栓外觀質(zhì)量是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；

c.通過(guò)錘子施加外力作用在M6 凸焊螺栓上面，將螺栓與母材徹底剝離，檢查是否有2 個(gè)以上焊腳從母材剝離；

d.使用扭力扳手檢測(cè)扭矩是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；

e.通過(guò)拉伸機(jī)進(jìn)行頂出壓潰試驗(yàn)，將焊接好的M6凸焊螺栓和試片進(jìn)行破壞性分離，獲得剝離力值并進(jìn)行撕破壞檢測(cè)，驗(yàn)證是否滿足破壞試驗(yàn)要求；

f.用M6 螺母擰緊M6 凸焊螺栓，檢查螺母是否能擰到底，能否順利裝配。

5 試驗(yàn)過(guò)程

5.1 參數(shù)調(diào)試

根據(jù)焊接經(jīng)驗(yàn)逐步調(diào)試焊接參數(shù)，確定材料為GX420LAD+ZF鍍鋅板，厚度1.8 mm凸焊M6凸焊螺栓的最佳焊接參數(shù)。影響焊接質(zhì)量的主要因素有焊接時(shí)間、焊接壓力、焊接電流，通過(guò)調(diào)整這3 個(gè)參數(shù)得出最佳組合。試驗(yàn)采用16 mm 電極帽，總共進(jìn)行11 組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)焊接3 片試片，每片試片焊接4個(gè)螺栓。檢查剝離力、外觀質(zhì)量、剝離后的外觀質(zhì)量及飛濺情況4個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，如表3所示。

表3 焊接參數(shù)調(diào)試數(shù)據(jù)

根據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)現(xiàn)，在這11 組試驗(yàn)中，1～4 組參數(shù)虛焊，不符合要求，5～8 組參數(shù)焊接不穩(wěn)定，10 組、11 組參數(shù)焊接飛濺過(guò)大。第9 組焊接參數(shù)滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求。因此，本次焊接試驗(yàn)參數(shù)選擇壓力為4.15 kN、焊接電流1 為8.8 kA、焊接時(shí)間1 為400 ms、焊接電流2 為12 kA、焊接時(shí)間2為520 ms。

5.2 穩(wěn)定性試驗(yàn)

根據(jù)調(diào)試的焊接參數(shù)壓力4.15 kN、焊接電流1為8.8 kA、焊接時(shí)間1為400 ms，焊接電流2為12 kA、焊接時(shí)間2 為520 ms，連續(xù)焊接了100 片試片，每片焊接4 個(gè)凸焊螺栓，共400 個(gè)凸焊螺栓用做外觀質(zhì)量檢查、撕破壞檢查、扭矩測(cè)試、剝離力檢測(cè)和螺紋通過(guò)性檢查。

6 試驗(yàn)結(jié)果和分析

6.1 外觀質(zhì)量檢查

參照凸焊螺栓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)范，進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，如表4 所示。

表4 凸焊螺栓外觀質(zhì)量檢查

6.2 撕破壞檢查

參照凸焊螺栓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)范，螺栓撕破壞外觀質(zhì)量要求如表5 所示。

表5 凸焊螺栓撕破壞外觀質(zhì)量要求

通過(guò)錘子等工具施加外力作用在螺栓上面，直到螺栓和試片完全分離，破壞后觀察母材撕裂情況，判斷螺栓焊接質(zhì)量是否合格。從穩(wěn)定性試驗(yàn)中隨機(jī)抽取16 個(gè)螺栓做全破壞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 全破壞試驗(yàn)

根據(jù)全破壞試驗(yàn)結(jié)果，螺栓破壞后從母材上撕裂出2 個(gè)孔，合格。

6.3 扭矩檢測(cè)

參照凸焊螺栓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)范，M6 凸焊螺栓最小扭矩標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)≥6.96 N·m。將M6 六角法蘭面螺母套入螺栓，用套筒擰緊，套筒擰緊以后離鈑金應(yīng)有一定的間隙。調(diào)節(jié)扭力扳手扭矩至規(guī)定值后，將扭力扳手接頭套入套筒中施加扭矩“T”來(lái)檢測(cè)螺栓的抗扭強(qiáng)度，如圖4 所示。

圖4 扭矩檢測(cè)方法

檢測(cè)時(shí)對(duì)焊接螺栓施加上述扭力載荷，若螺栓焊接部位無(wú)脫落或者裂紋，則螺栓視為滿足抗扭強(qiáng)度要求。從穩(wěn)定性試驗(yàn)的試片中選取螺栓，隨機(jī)抽取30個(gè)螺栓做扭矩試驗(yàn)，扭矩檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

表6 扭矩檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，隨機(jī)抽取的30 個(gè)點(diǎn)焊螺栓扭矩值全部＞6.96 N·m，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

6.4 剝離力檢測(cè)

參照螺栓凸焊強(qiáng)度技術(shù)規(guī)范，M6凸焊螺栓凸焊在1.8 mm母材上的最小剝離力標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)≥2 500 N。

檢測(cè)時(shí)利用輔助工裝將點(diǎn)焊螺栓試片固定以后，施加上述壓力將螺栓與母材頂出，若螺栓的焊接部位無(wú)剝落或者裂紋，則焊接強(qiáng)度合格，檢測(cè)過(guò)程示意如圖5 所示。從穩(wěn)定性試驗(yàn)的試片中選取螺栓，隨機(jī)抽取40 個(gè)螺栓做剝離試驗(yàn)，剝離力檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7 所示。

表7 剝離力檢測(cè)結(jié)果

圖5 點(diǎn)焊螺栓剝離力檢測(cè)

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，隨機(jī)抽取的40 個(gè)點(diǎn)焊螺栓剝離力值全部＞2 500 N，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

6.5 螺紋通過(guò)性檢查

從穩(wěn)定性試驗(yàn)的試片中選取螺栓試片，隨機(jī)抽取20 個(gè)螺栓做螺紋通過(guò)性檢查，要求螺栓螺紋處無(wú)殘留焊渣、螺紋無(wú)燒蝕缺陷，螺母能完全擰到底。檢查結(jié)果如圖6 所示。

圖6 螺紋通過(guò)性檢查

7 結(jié)論

a.試驗(yàn)獲得了材料為GX420LAD+ZF 鍍鋅板，厚度1.8 mm 的最佳焊接工藝參數(shù)，其中焊接電流是影響點(diǎn)焊M6 螺栓接頭剝離載荷的最大因素。

b.當(dāng)焊接參數(shù)壓力為4.15 kN、焊接電流1 為8.8 kA、焊接時(shí)間 1 為400 ms、焊接電流 2 為12 kA、焊接時(shí)間2 為520 ms 時(shí)，點(diǎn)焊M6 螺栓試片扭矩、剝離力均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并且外觀質(zhì)量良好，焊核內(nèi)部無(wú)缺陷。

c.采用電阻點(diǎn)焊工藝焊接M6 螺栓試驗(yàn)證明是可行的，并且已經(jīng)搭載在某量產(chǎn)車(chē)ET 軟模試制。