固定點焊機螺母點焊焊接參數(shù)的設(shè)計及優(yōu)化對策

固定點焊機螺母點焊焊接參數(shù)的設(shè)計及優(yōu)化對策摘要：隨著我國汽車制造技術(shù)的不斷優(yōu)化，當前點焊技術(shù)已經(jīng)成為汽車生產(chǎn)制造中不可缺少的一個重要組成部分。點焊技術(shù)是指焊接時利用柱狀電極,在兩塊搭接工件接觸面之間形成焊點的焊接方法。在點焊過程中使用的參數(shù)設(shè)計方式直接影響到整個焊機的質(zhì)量，同時對于汽車后續(xù)的運行和使用具有較大的影響。然而，焊接工藝參數(shù)的變化受多種因素的影響，存在著許多不確定性?；诖耍狙芯繉狞c焊技術(shù)為出發(fā)點，分析如何有效的通過控制焊接電流、焊接時間兩個方面的參數(shù)設(shè)計和優(yōu)化提升焊接的整體質(zhì)量，針對其優(yōu)化策略從扭矩力和螺母通過率來實現(xiàn)。通過分析固定點焊機螺母點焊焊接參數(shù)的設(shè)計及優(yōu)化對策的形式，為我國汽車設(shè)計生產(chǎn)工作的開展提供一定的指導。關(guān)鍵詞：固定點焊；機螺母點焊；焊接參數(shù)；設(shè)計；優(yōu)化對策引言：點焊是指先加壓使工件緊密接觸,隨后接通電流,在電阻熱的作用下工件接觸處熔化,冷卻后形成焊點的一種焊接方式。當前，點焊技術(shù)主要應(yīng)用于薄板沖壓件搭接,如汽車駕駛室、車廂、收割機魚鱗篩片、篩網(wǎng)和空間構(gòu)架及交叉鋼筋等方面。點焊技術(shù)在實際運用過程中具有焊接面變形小、焊接效率高、便于操作、自動化程度高等優(yōu)勢，對于提升設(shè)備的整體質(zhì)量具有較好的作用[1]。但是針對不同的設(shè)備使用的點焊技術(shù)存在一定的差異，針對焊接參數(shù)以及對應(yīng)的焊接方式的選擇具有較高的標準。因此，需要對其點焊焊接參數(shù)的設(shè)計及優(yōu)化對策進行分析，在此基礎(chǔ)上選擇對應(yīng)的點焊方式，從而不斷提升焊接的質(zhì)量。1螺母點焊的原理及特點螺母點焊機也叫螺母凸焊機，大多數(shù)情況下，我們焊接的都是凸焊螺母。凸焊螺母就是我們常說的焊接螺母，在螺母的一面是有幾個凸腳的，當螺母點焊機的焊接電流通過時，電流集中在這幾個凸腳上面，產(chǎn)生焊核，進而形成牢固的焊點。焊接螺母有很多種，根據(jù)需要是可以定制不同種類的，也可以自行設(shè)計。當前，市場上比較常見的包括四角焊接螺母、六角焊接螺母、帶法蘭凸焊螺母，當然還有焊接螺栓、螺釘?shù)?，其螺母的使用原理大致相同。螺母點焊在是機應(yīng)用過程中與普通螺母的焊接電流會更大，焊接時間也會更長，總得來說就是焊接難度更高一些。比如，能焊接M6凸焊螺母的螺母點焊機，卻未必能焊接M6的普通螺母，當點焊M6普通螺母的時候，可能需要更大功率的螺母點焊機機型。因此，綜合其原理可以看出螺母點焊機是可以點焊所有螺母的，無論是專業(yè)的凸焊螺母還是普通的螺母都能夠較好地適應(yīng)其焊接工藝，從而有效的提升整個產(chǎn)品的質(zhì)量。螺母點焊焊接是提升工藝質(zhì)量的重要指標，通過分析得出螺母點焊焊接影響質(zhì)量主要有以下幾個方面：預壓時間、緩升時間、一次焊接時間、一次電流、一次冷卻時間、二次焊接電流、二次焊接時間、二次焊接電流緩降時間、維持保壓時間，且各參數(shù)的含意和對焊接質(zhì)量的影響如下。第一，預壓時間，該預壓時間由兩個部分組成：升高和穩(wěn)定。為了確保在上電過程中，電極的電壓保持不變，應(yīng)確保預壓時間，特別是在連續(xù)點焊過程中，應(yīng)充分考慮到機械的動作所需要的時間，不可無限減少。第二，為了提高焊接效率，應(yīng)盡可能減小上下電極的開孔間距，同時確保模具的取、放操作方便，以縮短上電極移動時間和縮短預壓力時間。第三，預壓法是為了在焊接工藝中形成一個穩(wěn)定的電流通路，使其具有良好的重復性。因此，預壓時間的設(shè)置對工件的焊接質(zhì)量有很大的影響。技術(shù)人員在進行點焊的過程中需要綜合被點焊產(chǎn)品的預壓時間、電極量以及電流密度等進行綜合分析，選擇適宜的點焊工藝和參數(shù)，提升點焊的整體質(zhì)量。2固定點焊機螺母點焊焊接的實驗原理電阻焊是將被焊物體壓在兩個電極之間，通過一個特定的電流，將一個接觸表面或附近的區(qū)域通過一個電阻和一個熱的作用，把一個工件加熱到一個熔融的或塑性的狀態(tài)，從而形成一個金屬的連接[2-3]。電阻焊有四種：點焊、縫焊、凸焊和對焊。凸焊是用來對低碳和低合金鋼進行沖壓加工的。凸焊的類型多種多樣，除了板件的凸焊之外，還包括螺帽、螺絲類零件的凸焊、線材交叉凸焊、管子凸焊、T型凸焊等。螺母點焊是一種電阻焊，也就是凸焊，它還有很多優(yōu)勢：第一，一次焊周期內(nèi)可以同時焊多個焊點，效率高，無分流。第二，采用低電流進行高電流的焊接，形成小的熔核。第三，凸起部位精確，各部位的強度分布較為均勻。第四，能減少其它工件暴露表面的壓力。凸起的功能是把電流和壓力限制在特定的位置，它的形狀和大小與所要求的焊接強度有關(guān)。通常在薄板上使用小的凸起，在厚的時候使用大的凸塊。低碳鋼螺帽的凸焊時間不宜過長，以免造成螺紋顏色和精度下降；同時，電極的壓力不可太低，以免造成凸起位移、強度下降、對螺紋造成損傷[4]。螺母點焊焊接參數(shù)選擇的過程中，其本身的焊接壓力跟焊接焊接氣缸很控制器電磁閥有很大的關(guān)系，安嘉螺母點焊機的氣缸采用品牌氣缸，加上進口電磁閥，保證了焊接過程中壓力的隨動性。假設(shè)氣缸隨動性跟不上，螺母在焊接的一瞬間，假設(shè)氣缸隨動性跟不上，就會產(chǎn)生焊接飛濺，飛濺進入螺紋，螺紋就需要回牙處理。其次，在焊接螺母的時候，螺母大部分都是帶凸點的，焊接的電流的穩(wěn)定性能有效地阻止焊接飛濺的產(chǎn)生。當前，絕大部分企業(yè)選擇的螺母點焊機采用進口IJBT控制電流輸出，控制焊接時間是毫秒級別，具有焊接時間短，輸出電流穩(wěn)定的特點，從而保證了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。因此，在實際選擇螺母點焊焊接參數(shù)時需要綜合焊接的情況進行選擇，并在此基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，保證焊接工藝能夠得到有效的提升。3螺母點焊參數(shù)的設(shè)計3.1實驗器材及設(shè)備設(shè)備為DN-C-100型固定點焊機，材料為1、2和3mm厚的鋼板，M5，M6，M8，M10螺母，電流測試儀，焊接電流編程器，數(shù)顯扭力扳手等。3.2實驗方案點焊工藝參數(shù)包括：焊接電流、焊接時間、點焊壓力，但由于焊接過程中的風壓難以測量，我們僅對輸入的風壓進行了控制，將其設(shè)定為0.3~0.5MPa。因此我們采取了固定的方法，僅對焊接的總能量——焊接電流和時間進行了控制。首先，我們參考表1中的固定焊機的焊接工藝參數(shù)，作為初始的理論參考。表1焊接工藝參數(shù)如下：表1焊接工藝參數(shù)設(shè)計螺母規(guī)格參數(shù)板厚（mm）電極壓力(MPa)時間（周波）電流（A）M51.60.2611000M61.60.2612000M81.60.35613500M102.00.4815500首先，我們要考慮到試片、產(chǎn)品部件、材料厚度、焊接表面的潔凈、光潔度和設(shè)備的老化，理論上的數(shù)值可能會小于試驗值，因此，我們在此基礎(chǔ)上，增加了焊接電流，并增加了周波。將M5、M6、M8、M10的螺帽分別焊接到1毫米（M10是2毫米）和3毫米的鋼板上，每一片鋼板上有四個螺帽，具體內(nèi)容如圖1所示，再用數(shù)顯扭力扳手進行轉(zhuǎn)矩力測試，用相同規(guī)格的螺帽進行螺帽通過性測試[5]。通過檢查，確認符合生產(chǎn)和工藝要求，不合格繼續(xù)進行測試。圖1螺帽焊接示意圖在實際檢測的過程中針對試片檢測具有一定的要求和標準，即：在每個焊機上進行1毫米（2毫米）和3毫米板厚度的試件測試，一次測試4顆螺帽，4顆螺母的轉(zhuǎn)矩不低于試件最小剝離力矩，具體內(nèi)容見表2。針對產(chǎn)品件檢測的要求如下：同臺焊機同種厚板材一次檢查5顆螺帽，達到最小的螺帽剝離力矩，具體內(nèi)容見表2，而不脫落則為合格的標準。表2試片剝離扭矩值試片扭矩產(chǎn)品扭矩螺母規(guī)格最小剝離扭矩N·m螺母規(guī)格最小剝離扭矩N·mM1097M1087M873M865M640M635M540M5353.3數(shù)據(jù)分析綜合不同螺母的規(guī)格以及對應(yīng)的厚度不同，將M5、M6、M8、M10分析得出的數(shù)據(jù)如表3、表4、表5、表6所示。表3M5數(shù)據(jù)分析序號參數(shù)料厚（mm）輸入壓力(MPa)焊接電流（A）焊接時間（周波）扭矩（N·m）110.411000735.520.411500741.130.412000743.8130.411000749.220.411500750.530.412000751.8表4M6數(shù)據(jù)分析序號參數(shù)料厚（mm）輸入壓力(MPa)焊接電流（A）焊接時間（周波）扭矩（N·m）110.412000737.520.413000740.130.413500745.6130.412000742.820.413000746.230.413500747.5表5M8數(shù)據(jù)分析序號參數(shù)料厚（mm）輸入壓力(MPa)焊接電流（A）焊接時間（周波）扭矩（N·m）110.413500770.420.414000778.530.414500780.8130.413500779.120.414000785.530.414500786.2表6M10數(shù)據(jù)分析序號參數(shù)料厚（mm）輸入壓力(MPa)焊接電流（A）焊接時間（周波）扭矩（N·m）110.413500970.420.414000978.530.414500980.8130.413500979.120.414000985.530.414500986.2M5螺帽焊料厚度為1mm時，11500A、7周波可滿足檢測要求，3mm厚時，11000A、7周波即可滿足檢測要求。同樣，M6、M8、M10等材料的厚度也要符合測試要求，而大料厚度則必須符合檢驗要求，具體如圖2、圖3所示。從上述結(jié)果可以看出，在相同的情況下，厚度較薄的材料厚度所需要的焊接參數(shù)，厚鋼板均能達到測試的要求，也就是說，在規(guī)定的工藝參數(shù)范圍內(nèi)，能夠滿足薄板和厚板兩種材料的厚度。圖2較小料厚扭矩波動圖圖3較大料厚扭矩波動圖基于上述分析結(jié)果，為了保證后續(xù)調(diào)節(jié)的質(zhì)量以及風壓能夠達到標準，需要合理控制焊接電流以及焊接時間，以較好的控制產(chǎn)品的整體焊接質(zhì)量，綜合分析得出的數(shù)據(jù)如表7所示。表7序號參數(shù)輸入壓力(MPa)焊接電流（A）焊接時間（周波）M50.411500-125007M60.413500-145007M80.414000-150007M100.415500-165009在此范圍，試樣達到了規(guī)定的標準。同時進行了產(chǎn)品零件的轉(zhuǎn)矩力試驗和螺帽的透過性試驗，其材料厚度為1.5mm（M6、M8）、1.8mm（M5）、2mm（M10）。4固定點焊機螺母點焊焊接參數(shù)設(shè)計的優(yōu)化對策固定點焊機螺母點焊焊接是提升產(chǎn)品品質(zhì)以及性能最為重要的一個部分。螺母點焊機的焊接質(zhì)量很好，但并不是只有一臺焊機就可以了，必須要調(diào)整好的參數(shù)，才能保證良好的焊接質(zhì)量[6]。由于電極和工件之間的接觸電阻很大，所以在焊接過程中要保持穩(wěn)定的壓力，所以要使用壓力測試儀進行測量，還有一種情況，就是電極不能跟蹤工件，出現(xiàn)了異常的飛濺。其次，整電極發(fā)熱這一現(xiàn)象需要選用優(yōu)質(zhì)的電極，但質(zhì)量較差的電極會使電極發(fā)熱，從而影響其使用壽命，從而導致產(chǎn)品質(zhì)量達不到要求[7]。電極屬于消耗品，隨著焊接頻率的提高，電極上會出現(xiàn)氧化層和油脂，從而增大電阻，要及時使用修磨機進行修磨，并根據(jù)焊接頻率更換新的電極。工件的精確度：在選擇工件時，沒有根據(jù)焊接的工藝參數(shù)，例如工件的厚度，材料等，會導致提高焊接的質(zhì)量。電流試驗：電源、電源波動、過載應(yīng)用等對電流轉(zhuǎn)換有一定的影響。在焊接熱循環(huán)的影響下，有淬火傾向的金屬易產(chǎn)生淬硬組織，冷裂紋；與易熔雜質(zhì)易于形成低熔點的合金，易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋；經(jīng)冷卻作強化的金屬易產(chǎn)生軟化區(qū)[8]。因此，熱循環(huán)敏感性大的金屬焊接性也較差。焊接時為防止這些缺陷的發(fā)生生，必須采用相應(yīng)的措施。技術(shù)人員在進行固定點焊機螺母點焊焊接的過程中還需重視一下幾點注意事項。第一，在焊接設(shè)備的開關(guān)位置，要有一個堅固的保護裝置，以避免接觸。第二，在焊點四周加一個隔板，以避免在工作中產(chǎn)生火花。第三，在進行焊接作業(yè)時，作業(yè)人員必須戴上普通的護目鏡。第四，點焊機應(yīng)置于干地，并做好防滑處理。第五，點焊完成后，應(yīng)切斷電源，并將冷卻水開關(guān)延長10秒，當溫度較低時，應(yīng)清除管道內(nèi)的積水，避免結(jié)冰。第六，在運用螺母點焊機時，觀察焊接的產(chǎn)品沒有炸火和燒黑的情況，若有，則務(wù)必對螺母點焊機進行調(diào)整。在焊接的整個過程中，不要調(diào)節(jié)螺母點焊機和罕見正中間的高度等其他數(shù)據(jù)信息[9]。5結(jié)論通過對產(chǎn)品零件、試件的扭矩、螺帽的透過率等試驗，得出了點焊的工藝參數(shù)。該結(jié)論可用于薄、厚鋼板的焊接，從而使工藝參數(shù)調(diào)整過程得到了極大的優(yōu)化，工藝參數(shù)的轉(zhuǎn)化時間縮短，工藝參數(shù)選擇不當而造成的螺帽脫落，大大提高了工作效率，具體內(nèi)容見表7。通過對螺母點焊工藝參數(shù)的確定與優(yōu)化，可以為原系統(tǒng)的失控操作提供良好的參考，為后續(xù)的測試提供了有力的理論基礎(chǔ)，同時還可有效地減少能量消耗。參考文獻[1]陳萬勛,石高登,蔣小輝,馮俊.基于PLC的自動式固定點焊機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].通信電源技術(shù),2019,36(12):7-8.[2]蔣小輝,黃敬堯,呂添,丁倫軍.基于人機界面的固定點焊機自動控制系統(tǒng)[J].測控技術(shù),2017,36(03):83-85+89.[3]AaA,

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