汽车点焊工艺

汽车点焊工艺内容摘要：

焊装车间总装线采用了 6 台点焊机器人， 3 台自动焊机。 一汽车身厂十万辆新品驾驶室主焊线采用了 2l 台点焊机器人，点焊自动化率达 95％。 东风车身厂六万辆新品驾驶室总装线采用了 10 台点焊机器人， 1 台自动焊机，但是点焊自动化率仍不足 60％。 而且在国内，点焊机器人上所配备的焊钳均为气动焊钳，焊接时冲击力 较大。 还有由于工件的重复精度较差，电极处于凸缘边缘时，焊钳易滑出，严重时会损坏被焊工件。 另外，电极磨损量的监控反馈精度较差，影响焊接质量。 在国外，机器人用焊钳已逐步采用伺服焊钳，焊接时冲击小，并能实现精确控制，提高焊接质量 、 第二章 电阻 点焊 焊概述 电阻点焊简介 电阻点焊 是焊件在接头处接触面的个别点上被焊接起来。 点焊要求金属要有较好的塑性。 如图 1 所示，为最简单的应用点焊的例子。 重庆工业职业技术学院毕业设计 5 图 1 最简单点 焊 焊接时，先把焊件表面清理干净，再把被焊的板料搭接装配好，压在两柱状铜电极之间，施加 P 力压紧，如图 2所示。 当通过足够大的电流时，在板的接触处产生大量的电阻热，将中心最热区域的金属很快加热至高塑性或熔化状态，形成一个透镜形的液态熔池。 继续保持压力 P，断开电流，金属冷却后，形成了一个焊点。 点焊由于焊点间有一定的间距，所以只用于没有密封性要求的薄板搭接结构和金 属网、交叉钢筋结构件等的焊接。 如果把柱状电极换成圆盘状电极，电极紧压焊件并转动，焊件在圆盘状电极只间连续送进，再配合脉冲式通电。 就能形成一个连续并重叠的焊点，形成焊缝，这就是缝焊。 它主要用于有密封要求或接头强度要求较高的薄板搭接结构件的焊接，如油箱、水箱等 点焊方法分类 对焊件馈电进行电焊时，应遵循下列原则 :①尽 t缩短二次回路长度及减小回路所包含的空间面积 .以节省能耗。 ②尽 t减少伸入二次回路的铁磁体体积，特别是避免在焊接不同焊点时伸入体积有较大的变化 .以减小焊接电流的波动 .保证各点质 t衡定 (在使用工 频交流时 )。 常见点焊方法有以下几种 : 所有的通用焊机均采用这个方案。 从焊件两侧馈电，适用于小型零件和大型琴件周边各焊点的焊接。 2. 单面单 当零件的一侧电极可达性很差或零件较大、二次回路过长时 .可采用这个方案。 从焊件单侧馈电，需考虑另一侧加铜垫以减小分流并作为反作用力支点。 从一侧馈电时尽可能同时焊两点 .以提高生产率。 单面馈电往往存在无效分流现象，浪费电能，当点距过小时将无法焊接。 在某些场合，如设计允许，在上板二点之间冲一窄长缺口，可使分流电流大幅下降。 此 方案虽可在通用焊机上实施 .但两点间电流难以均匀分配，较难保证两点质 t 一致。 由于采用推挽式馈电方式，使分流和上下板不均匀加热现象大为改善 .而且焊点可布里在任意位里。 其唯一不足之处是须制作二个变压器 .分别置于焊件两侧，这种方案亦称推挽式点焊。 两变压器的通电需按极性进行。 当零件上焊 点数较多 .大规模生产时，常采用多点焊方案以提高生产率，特别是单面多点焊在生产中得到广泛应用，其方式较灵活 .二次回路不受焊件尺寸牵制 .在要求较高的情况下，亦可采用推挽式点焊方案。 目前一般采用一组变压器同时焊二或四点 r 后者有二 组二次回路 )。 一台多点焊机可由多个变压器组成。 可采用同时加压同时通电、同时加压分组通电和分组加压分组通电三种方案。 可根据生产率、电网容 t 来选择合适方案 电阻点焊的基本原理 电阻点焊的基本过程 焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方图 2 点焊过程 重庆工业职业技术学院毕业设计 6 法称为电阻点焊。 电阻点焊的焊接循环主要由 由预压、焊接、维持和休止 四个基本阶段组成 必要时可增附加程序 (图 21) (1)预压阶段 — 电极下降到电流接通阶段，确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。 (2)焊接时间 — 焊接 电流通过工件，产热形成熔核。 .亦可为渐升或阶跃上升。 在此期间焊件焊接区的温度分布经历复杂的变化后趋向稳定。 起初输入热盆大于散失热尹 .温度上升，形成高温塑性状态的连接区，并使中心与大气隔绝 .保证随后熔化的金属不氧化，而后在中心部位首先出现熔化区。 随粉加热的进行熔化区扩大，而其外围的塑性壳 (在金相试片上呈环状故称塑性环 )亦向外扩大 .最后当输入热 t 与散失热，平衡时达到德定状态。 当焊接参数适当时，可获得尺寸波动小于 15%的熔化核心。 在此期间可产生下列现象 : (l)液态金属的搅拌作用。 液态金属通电时受电磁力作用产 生漩涡状流动 .当把熔核视作地球状且电极端处为二极 .其运动方向为 — 赤道部分由周围向球心流动，而后流经两极再沿外表向赤道呈封闭状流动。 对于同种金属点焊 .搅拌仅需将焊件表、面的氧化膜搅碎即可，但异种金属点焊时 .必须充分搅拌以获得均质的熔化核心。 如通电时间太短，搅拌不充分 .将产生游涡状的非均质熔核。 (2)飞溅按产生时期可分为前期和后期两种。 按产生部位可分为内飞溅（ 处于两焊件间 )和外飞溅 （ 焊件与电极接触侧 )两种。 前期飞溅产生的原因大致是 :焊件表面清理不佳或接触面上压强分布严重不匀，造成局部电流密度过高引起早期熔化， 此时因无塑性环保护，必发生飞溅。 防止前期飞溅的措施有 :加强焊件清理质 t，注意预压前的对中。 有条件时可采用渐升电流或增加预热电流来减慢加热速度 .避免早期熔化而引起飞溅。 后期飞溅产生的原因是 :熔化核心长度过大，超出电极压力有效作用范围，从而冲破塑性环在径向造成内飞溅，在轴向冲破板表面造成外飞溅。 这种情况一般产生在电流较大、通电时间过长的场合。 可用缩短通电时间及减小电流的方法来防止。 飞溅在外表面首先影响外观，其次产生的疤痕影晌耐腐蚀及疲劳性能。 内部飞溅的残迹有可能在运行时脱落，如进入管路《如油管 ).将造成堵塞 等严重事故。 (3)胡须在加热到半熔化温度的熔核边缘，当某些材料《如高温合金 )中低熔点夹杂物较多聚集在晶界处时，这部分杂质首先熔化并在电极压力的作用下被挤出呈空隙。 在随后的过程中，空间有时能被液态金属充坡满，但亦可能未充坡满，这种组织形貌在金相试样上称为胡须，而未充坡满的胡须犹如裂纹，是一种危险缺陷。 (3)维持时间 — 切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。 (4)休止时间 — 电极开始提起到电极再次开始下降，开始下一个焊接循环。 为了改善焊接接头的性能，有时需要将下列各项中的一个或多个加于基本循环 : (1)加大预压力以消除厚工件之间的间隙，使之紧密贴合。 (2)用预热脉冲提高金属的塑性，使工件易于紧密贴合、防止飞溅。 凸焊时这样做可以使多个凸点在通电焊接前与平板均匀接触，以保证各点加热的一致。 (3)加大锻压力以压实熔核，防止产生裂纹或缩孔。 (4)用回火或缓冷脉冲消除合金钢的淬火组织，提高接头的力学性能，或在不加大 重庆工业职业技术学院毕业设计 7 锻压力的条件下，防止裂纹和缩孔。 2． 3． 2焊接热的产出及影响因素 点焊时产生的热量由下式决定： Q=12RtU)(2— 1) 式中： Q一产生的热量 (J)； I 一焊接电流 (A)； R 一极问电阻 (Q)； t 一焊接时间 (S)。 1．电阻 R及影响 R的因素 电极间电阻包括工件本身电阻民，两工件间接触电阻 R，电极与工件间接触电阻 k。 即： R=2R+R+28。 (2 2)如图 2— 2 所示。 当工件和电极一定时，工件的电阻取决与它的电阻率。 因此，电阻率是被焊材料的重要性能。 电阻率高的金属其导电性差 (如不锈钢 )，电阻率低的金属其导电性好 (如铝合会 )。 因此，点焊不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难而散热易。 点焊时，前者可用较小电流 (几千安培 )，而 后者就必须用很大电流 (几万安培 )。 电阻率不仅取决与金属种类，还与会属的热处理状态、加工方式及温度有关。 接触电阻存在的时问是短暂的，一般存在于焊接初期，由两方面原因形成： (1)工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物质层，会使电流遭到较大阻碍。 过厚的氧化物和脏物质层甚至会使电流不能导通。 (2)在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。 在接触点处形成电流线的收拢。 由于电流通路的缩小而增加了接触处的电阻。 电极与工件间的电阻％与R 和风相比，由于铜合会的电阻率和硬度 一般比工件低，因此很小，对熔核形成的影响更小，我们较少考虑它的影响。 2．焊接电流的影响 从公式 (21)可见，电流对产热的影响是平方关系，比电阻和时间两者都大。 因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。 引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。 阻抗变化是因为回路的几何形状变化，或因在次级回路中引入了不同量的磁性金属。 3．焊接时间的影响 为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。 为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间 (强条件，又称硬规范 )， 也可采用小电流和长时『日 J(弱条件，也称软规范 )。 选用硬规范还是软规范，取决于会属的性能、厚度和所用焊机的功率。 对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时 |’日 J，都有一个上下限，使用时以此为准。 4．电极压力的影响 电极压力对两电极问总电阻 R 有明显的影响，随着电极压力的增大， R显著减小， 10但电流增加而使产热递增的幅度并不大，解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流。 但电极压力过大，容易在焊接过程中将液态会属挤到熔核周围，反而使点焊质量降低。 5．电极形状及材料性能的影响 重庆工业职业技术学院毕业设计 8 由于电极的接触面积决定着电流密 度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，。