本發(fā)明涉及多層鍍鋁鋼板的電阻點(diǎn)焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多層鍍鋁鋼板點(diǎn)焊工藝參數(shù)確定方法，可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔熱罩三層鍍鋁鋼板電阻點(diǎn)焊等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電阻電焊技術(shù)應(yīng)用廣泛，例如，在汽車制造產(chǎn)業(yè)中，汽車車身、表面薄板等零部件上，點(diǎn)焊焊接占據(jù)總焊接數(shù)95％以上。其中，鍍層鋼板(如：鍍鋅鋼板、鍍鋁鋼板)，因其具有良好的抗腐蝕性，在汽車產(chǎn)業(yè)中被不斷推廣使用，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔熱罩，因要求其質(zhì)量輕、抗腐蝕、隔熱效果好，三層鍍鋁鋼板既能滿足車身輕量化又能達(dá)到較好的隔熱效果而得到有效應(yīng)用。

鍍層鋼板其加工工藝多采用電阻點(diǎn)焊工藝。但目前電阻點(diǎn)焊尤其是多層板焊接卻存在以下兩方面的困難：首先是：熔核形成比無(wú)鍍層鋼板困難，主要是因?yàn)殄冧X層其熔點(diǎn)低、導(dǎo)電好、易破壞、散熱快等特點(diǎn)，使焊接時(shí)鍍鋁層先融化，導(dǎo)電的面積增大；同時(shí)融化后的鍍鋁層與銅電極端面粘結(jié)，形成導(dǎo)熱性差的新合金，使得點(diǎn)焊接觸電阻變大、通過(guò)的電流密度小、熔核直徑不夠以及熔核高度較淺，最終導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度不夠。其次是：三層鋼板點(diǎn)焊相比二層鋼板點(diǎn)焊更容易產(chǎn)生飛濺，主要是因?yàn)槿龑愉摪灞榷愉摪?，鋼板之間多了一層間隙，該間隙更容易使點(diǎn)焊過(guò)程產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致焊接品質(zhì)不穩(wěn)定。

例如，選擇點(diǎn)焊工藝焊接電流這一參數(shù)時(shí)，上述兩個(gè)困難還是一對(duì)矛盾體，即增大電流更有助熔核的形成，但同時(shí)更容易產(chǎn)生飛濺。為此，本發(fā)明研發(fā)在保證產(chǎn)品質(zhì)量、兼顧兩方面問(wèn)題平衡基礎(chǔ)上，解決工藝參數(shù)的確定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要針對(duì)上述采用電阻電焊進(jìn)行多層板焊接時(shí)，熔核形成與飛濺產(chǎn)生相互制約問(wèn)題，提出多層鍍鋁鋼板點(diǎn)焊工藝參數(shù)確定方法。

本發(fā)明的目的至少通過(guò)如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。

多層鍍鋁鋼板點(diǎn)焊工藝參數(shù)確定方法，其包括如下步驟：

(1)選定電極，包括選定電極材料；

(2)以現(xiàn)場(chǎng)電焊經(jīng)驗(yàn)初步確定參數(shù)進(jìn)行試做；根據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)和板厚，參照現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)鍍鋁鋼板點(diǎn)焊的工藝參數(shù)，初步選定工藝參數(shù)，包括焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力；

(3)判斷試做結(jié)果是否合格，對(duì)試做結(jié)果通過(guò)目視進(jìn)行外部品質(zhì)判定，外部

品質(zhì)不良的現(xiàn)象為焊接過(guò)程產(chǎn)生的飛濺程度，同時(shí)進(jìn)行內(nèi)部品質(zhì)判定；若不

合格，則重新進(jìn)行步驟(2)，若合格則進(jìn)一步進(jìn)行參數(shù)品質(zhì)穩(wěn)定性試做；

(4)確定出良品工藝參數(shù)；

(5)確認(rèn)良品工藝參數(shù)后使用同一電極進(jìn)行試做直到出現(xiàn)品質(zhì)不合格，通過(guò)試做找到突變產(chǎn)生時(shí)對(duì)應(yīng)的電極點(diǎn)數(shù)；同時(shí)抽檢確認(rèn)突變前品質(zhì)穩(wěn)定性，確認(rèn)電極交換頻度。因?yàn)辄c(diǎn)焊時(shí)電極的狀態(tài)變化，會(huì)引起焊接過(guò)程中動(dòng)態(tài)電阻的突變，當(dāng)該電阻突變后，點(diǎn)焊焊點(diǎn)均不合格。

進(jìn)一步地，步驟(3)中，內(nèi)部品質(zhì)判定是通過(guò)測(cè)定焊點(diǎn)熔核直徑和熔核單側(cè)高度進(jìn)行換算，判定點(diǎn)焊質(zhì)量；具體是用顯微鏡測(cè)定焊點(diǎn)熔核直徑和熔核單側(cè)高度，通過(guò)熔核直徑(d)和焊透率(A)來(lái)判定點(diǎn)焊質(zhì)量；采用判定方法如下：

(1)焊點(diǎn)熔核直徑規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足如下公式

式中d為熔核直徑，單位為mm；δ為多層板中最薄板厚，單位為mm，薄鋼板δ＜4mm；

(2)焊透率規(guī)格應(yīng)滿足：20％≤A≤80％，其具體計(jì)算公式如下：

式中A為焊透率(％)；H為熔核單側(cè)高度，單位為mm；δ為實(shí)測(cè)板厚，單位為mm。

進(jìn)一步地，步驟(2)所述外部品質(zhì)判定標(biāo)準(zhǔn)：通過(guò)目視，點(diǎn)焊過(guò)程中無(wú)明顯焊渣飛濺現(xiàn)象，焊接部無(wú)開裂和凹坑。

進(jìn)一步地，步驟(4)中良品工藝參數(shù)的確認(rèn)方法為：依據(jù)焊接品質(zhì)開始出現(xiàn)不良時(shí)，焊接動(dòng)態(tài)電阻有突變現(xiàn)象，尋找突變產(chǎn)生的臨界點(diǎn)，從而確定良品工藝參數(shù)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還得出了適用于多層鍍鋁鋼板點(diǎn)焊工藝參數(shù)，即采用CuCr型電極材料，具體良品工藝參數(shù)為：焊接電流7.5kA，焊接時(shí)間16周波，電極壓力1.7kN)電極交換點(diǎn)數(shù)104點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：本發(fā)明提供了一種切實(shí)可行的多層鍍鋁鋼板點(diǎn)焊工藝參數(shù)確定方法，特別是確定了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔熱罩三層鍍鋁鋼板電阻點(diǎn)焊良品工藝參數(shù)，采用電阻點(diǎn)焊產(chǎn)品外部品質(zhì)(目視)和內(nèi)部品質(zhì)的判定標(biāo)準(zhǔn)，以厚度組合為0.5mm×0.5mm×1.0mm型鍍鋁鋼板為研究對(duì)象，針對(duì)關(guān)鍵因素焊接電流，焊接時(shí)間對(duì)點(diǎn)焊品質(zhì)的影響規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并確定了一組三層鍍鋁鋼板的電阻點(diǎn)焊良品工藝參數(shù)。在采用CuCr型電極材料的條件下，具體良品工藝參數(shù)為：焊接電流(7.5kA)，焊接時(shí)間16周波(0.32s)，電極壓力(1.7kN)，電極交換點(diǎn)數(shù)(104點(diǎn))。目前針對(duì)三層鍍鋁鋼板點(diǎn)焊工藝方面的研究較少，尤其是實(shí)驗(yàn)方面的數(shù)據(jù)相對(duì)缺乏。因此，本發(fā)明基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際點(diǎn)焊工藝基礎(chǔ)參數(shù)，為確定可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔熱罩三層鍍鋁鋼板產(chǎn)品量產(chǎn)的點(diǎn)焊工藝良品參數(shù)，針對(duì)相應(yīng)關(guān)鍵因素如：焊接電流，焊接時(shí)間對(duì)點(diǎn)焊品質(zhì)的影響規(guī)律進(jìn)行研究。為相關(guān)理論分析和數(shù)值模擬提供了可靠的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)例中的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔熱罩三層鍍鋁鋼板電阻點(diǎn)焊良品工藝參數(shù)確定流程示意圖。

圖2為實(shí)例中的點(diǎn)焊示意圖。

圖3為內(nèi)部品質(zhì)判定時(shí)的試樣示意圖。

圖4為實(shí)例中電極使用點(diǎn)數(shù)與熔核直徑關(guān)系圖。

圖5為實(shí)例中電極使用點(diǎn)數(shù)與焊透率關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不限于此。

如圖1所示，為車發(fā)動(dòng)機(jī)隔熱罩三層鍍鋁鋼板電阻點(diǎn)焊良品工藝參數(shù)確定流程，用于確定材料焊接參數(shù)。

其中，步驟③根據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)和板厚，參照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)鍍鋁鋼板點(diǎn)焊的工藝參數(shù)，初步選定工藝參數(shù)：焊接電流，焊接時(shí)間，電極壓力。圖2為三層鍍鋁鋼板點(diǎn)焊示意圖。

步驟④進(jìn)行品質(zhì)判斷：通過(guò)目視進(jìn)行外部品質(zhì)判定，通過(guò)檢驗(yàn)進(jìn)行內(nèi)部品質(zhì)判定。步驟⑥確認(rèn)良品工藝參數(shù)后使用同一電極進(jìn)行大量試做直到出現(xiàn)品質(zhì)不合格。因?yàn)辄c(diǎn)焊時(shí)電極的狀態(tài)變化，會(huì)引起焊接過(guò)程中動(dòng)態(tài)電阻的突變，當(dāng)該電阻突變后，點(diǎn)焊焊點(diǎn)均不合格。

本實(shí)例中，點(diǎn)焊品質(zhì)判定標(biāo)準(zhǔn)的包括外部品質(zhì)和內(nèi)部品質(zhì)兩個(gè)方面，方法如下：

外部品質(zhì)判定標(biāo)準(zhǔn)：點(diǎn)焊過(guò)程中無(wú)明顯焊渣飛濺現(xiàn)象，焊接部無(wú)開裂和凹坑。

如圖3，內(nèi)部品質(zhì)判定標(biāo)準(zhǔn)：用顯微鏡測(cè)定焊點(diǎn)熔核直徑和熔核單側(cè)高度，通過(guò)熔核直徑(d)和焊透率(A)來(lái)判定點(diǎn)焊質(zhì)量。

(1)焊點(diǎn)熔核直徑規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足如下公式

式中d為熔核直徑(mm)，δ為多層板中最薄板厚(mm)；對(duì)于一般結(jié)構(gòu)的薄鋼板(δ＜4mm)；

(2)焊透率規(guī)格應(yīng)滿足：20％≤A≤80％，其具體計(jì)算可見公式如下：

式中A為焊透率(％)，H為熔核單側(cè)高度(mm)，δ為實(shí)測(cè)板厚(mm)。在采用的點(diǎn)焊工藝參數(shù)條件下，進(jìn)行內(nèi)部品質(zhì)檢驗(yàn)，如圖3示意圖。

本實(shí)例中，良品工藝參數(shù)的確認(rèn)方法：依據(jù)焊接品質(zhì)開始出現(xiàn)不良時(shí)，焊接動(dòng)態(tài)電阻有突變現(xiàn)象，尋找突變產(chǎn)生的臨界點(diǎn)，確定良品工藝參數(shù)。例如，確定電極點(diǎn)數(shù)工藝參數(shù)時(shí)，通過(guò)試做找到突變產(chǎn)生時(shí)對(duì)應(yīng)的電極點(diǎn)數(shù)；這樣做，一方面可以抽檢確認(rèn)突變前品質(zhì)穩(wěn)定性，另一方面可以確認(rèn)電極交換頻度，保證焊接質(zhì)量，得出良品參數(shù)。

如圖2，本實(shí)例所用的鋼板代號(hào)為A，B，C，材質(zhì)相同均為熱鍍鋁鋼板，其中A型板厚為1.0mm，B和C型板厚為0.5mm，各型號(hào)原鋼板成分質(zhì)量含量的具體參數(shù)如表1所示。熱鍍鋁鋼板的鍍層附著量及力學(xué)性能如表2所示。

表1原鋼板的板厚及成分質(zhì)量含量

表2熱鍍鋁鋼板鍍層附著量及力學(xué)性能

需要指出的是，B型鋼板和C型鋼板，通過(guò)沖壓工藝，貼合形成一個(gè)沖壓品整體，點(diǎn)焊工藝流程中，A型鋼板和沖壓品整體通過(guò)電阻點(diǎn)焊方法形成一個(gè)組裝品。

由于鍍鋁層的導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，需要較大的焊接電流，適合用導(dǎo)電性適中且硬度較高的電極進(jìn)行點(diǎn)焊。硬銅合金的球面電極滿足此類條件，廣泛應(yīng)用與鍍鋁鋼板點(diǎn)焊。本實(shí)例最終采用電極材料為CuCr，球面半徑為8mm，點(diǎn)焊上下電極型號(hào)一樣。

圖1中的，步驟①中，首先是產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備。所使用的主要設(shè)備有：點(diǎn)焊機(jī)和工業(yè)機(jī)器人。其中點(diǎn)焊機(jī)由YR-500S型的單向交流電阻焊機(jī)(電源電壓：380V，額定功率：50kVA，最大短路電流：19.5kA，最大電極壓力：11.7kN)和YF-0201Z5型的電阻焊機(jī)控制器組成，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行點(diǎn)焊工藝加工。此外，為保證焊點(diǎn)位置的穩(wěn)定性，還使用了YR-UP50N-A00型的搬運(yùn)機(jī)器人，進(jìn)行產(chǎn)品點(diǎn)焊前后的搬運(yùn)。其次是產(chǎn)品檢測(cè)設(shè)備及流程，主要用于產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)測(cè)定。基本流程和主要設(shè)備有：(1)進(jìn)行產(chǎn)品初步切割加工，使用LGK8-63TSMI型的空氣等離子弧切割機(jī)；(2)使用鋸片切割機(jī)對(duì)產(chǎn)品焊道中部切割，進(jìn)行產(chǎn)品細(xì)切加工；(3)部品焊點(diǎn)采用XQ-1型試樣鑲嵌機(jī)進(jìn)行鑲嵌；(4)將鑲嵌完的試樣用YM-2A型的試樣預(yù)磨機(jī)對(duì)焊點(diǎn)的切斷面進(jìn)行研磨；(5)亮化處理及清洗，使用5％的硝酸液對(duì)焊道切斷面進(jìn)行亮化處理擦拭1～2s，確保焊點(diǎn)熔核單側(cè)高度清晰可見后將試樣立刻放入清水內(nèi)，清洗干凈后將試樣上的殘留水擦凈烘干；(6)觀測(cè)測(cè)量，使用VHX-2000型的數(shù)碼顯微鏡，對(duì)熔核直徑、熔核單側(cè)高度和點(diǎn)焊后的板厚進(jìn)行觀察和測(cè)量。

根據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)和板厚，參照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)鍍鋁鋼板點(diǎn)焊的工藝參數(shù)，初步選定工藝參數(shù)為：焊接電流8.5kA，焊接時(shí)間13周波，電極壓力1.7kN。用此條件進(jìn)行試做，品質(zhì)結(jié)果見表3，此處4個(gè)焊點(diǎn)都有進(jìn)行內(nèi)部品質(zhì)宏觀檢驗(yàn)，因4個(gè)焊點(diǎn)均在同等條件下試做，隨機(jī)選取其中一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)列出。外部品質(zhì)不良的現(xiàn)象為焊接過(guò)程有中等飛濺。根據(jù)內(nèi)部品質(zhì)判斷標(biāo)準(zhǔn)公式(1)和公式(2)，得出0.5mm的板厚對(duì)應(yīng)的熔核直徑規(guī)格：≥2.82mm，焊透率規(guī)格：≥20％。

表3參數(shù)1試做結(jié)果

備注：1：○表示合格，×表示不合格。

實(shí)驗(yàn)得出，熔核直徑較大，最小熔核直徑為4.72mm，超出要求的規(guī)格63％以上。熔透率最小46.5％，超出要求規(guī)格的26.5％。從數(shù)據(jù)上看焊接參數(shù)可調(diào)整的范圍較大。

一般來(lái)說(shuō)，隨著焊接電流的減少，熔核直徑和飛濺隨之減小。為了低減飛濺，進(jìn)行四組數(shù)據(jù)試做。參數(shù)2：以工藝參數(shù)1為基礎(chǔ)，在電極壓力不變的情況下，進(jìn)行焊接電流低減1kA，焊接時(shí)間增加3Hz進(jìn)行試做，參數(shù)3、4、5：以參數(shù)2為基礎(chǔ)，在電極壓力不變的情況下，分別單因素降低焊接時(shí)間3Hz和降低電流0.5kA、1kA進(jìn)行試做。品質(zhì)結(jié)果見表4，外部品質(zhì)焊接過(guò)程中均無(wú)飛濺。

表4參數(shù)2、3、4、5試做結(jié)果

備注：1：○表示合格，×表示不合格。

結(jié)果表明，參數(shù)2在降低電流和增加時(shí)間后，電流密度降低，飛濺減少。整體的焊接熱量趨近原來(lái)參數(shù)1，熔核直徑和焊透率的值都較大，符合良品工藝參數(shù)。

單因素對(duì)比參數(shù)1和參數(shù)3的試做結(jié)果，焊接電流減少，薄板BC間的熔核直徑和焊透率均為0，厚板A與薄板B間的熔核直徑減小，焊透率增加，飛濺減少。由焦耳定律知熱量公式Q＝I²Rt(式中Q為熱量，I為焊接電流，R為電極間的電阻，t為焊接時(shí)間)，經(jīng)分析，這是因?yàn)楹附与娏鹘档?，焊接熱量減少，產(chǎn)品通過(guò)焊接電流處局部發(fā)熱，發(fā)生塑性變形而形成的塑性金屬環(huán)減小，所以熔核直徑減小。同時(shí)避免了塑性金屬環(huán)在電極壓力下發(fā)生崩潰，防止了融化金屬?gòu)暮讣g或焊件表面溢出的情況，所以飛濺減少。而當(dāng)不等厚鋼板點(diǎn)焊時(shí)，薄板的散熱效果更好，熱量損失大，厚板的電阻大，吸收熱量多，所以焊接時(shí)熔核中心會(huì)向熱量更多的厚板偏移，導(dǎo)致厚板的焊透率增加。由于熔核向厚板偏移現(xiàn)象以及焊接熱量減小的綜合作用，就會(huì)出現(xiàn)薄板C沒(méi)有熔核高度，熔核直徑和焊透率均為0的情況。

單因素對(duì)比參數(shù)2和參數(shù)3的試做結(jié)果，焊接時(shí)間減少，薄板BC間的熔核直徑和焊透率均為0，厚板A與薄板B間的熔核直徑也出現(xiàn)減小，焊透率增加，均無(wú)飛濺。分析知焊接時(shí)間的減少會(huì)導(dǎo)致焊接熱量的減少，使熔核直徑減小，加上多層板點(diǎn)焊時(shí)熔核偏移現(xiàn)象，導(dǎo)致薄板C的熔核直徑和焊透率為0。

綜合對(duì)比參數(shù)2、3、4、5的試做結(jié)果，當(dāng)減少焊接電流或焊接時(shí)間任何一個(gè)因素時(shí)，焊接熱量會(huì)減少，從而導(dǎo)致熔核直徑減小。整體熱量小于某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，外側(cè)薄板C無(wú)法形成熔核直徑。為了改善多層鋼板點(diǎn)焊熔核偏移的現(xiàn)象，適宜用較大熱量的焊接條件，同時(shí)為了減小飛濺，不宜使用太大的焊接電流。

從試做結(jié)果選定參數(shù)2(焊接電流7.5kA，焊接時(shí)間16Hz，電極壓力1.7kN)。為良品工藝參數(shù)。

作為實(shí)例，改變其中單一因素，例如焊接電流參數(shù)選擇，可不斷改變電流參數(shù)，進(jìn)行試做；當(dāng)減少焊接電流，焊接熱量會(huì)減少，從而導(dǎo)致熔核直徑減小；當(dāng)整體熱量小于某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，外側(cè)薄板C無(wú)法形成熔核直徑；因此，可以根據(jù)熔核形成臨界點(diǎn)，同時(shí)考慮為了改善多層鋼板點(diǎn)焊熔核偏移的現(xiàn)象，適宜用較大熱量的焊接條件，為了減小飛濺，不宜使用太大的焊接電流等，確定焊接電流參數(shù)。又如，點(diǎn)焊電極由于使用次數(shù)增加發(fā)生磨損會(huì)影響點(diǎn)焊品質(zhì)，其電極交換頻度參數(shù)的確認(rèn)，可使用新電極進(jìn)行試做直到出現(xiàn)品質(zhì)不合格為止：隨著電極使用點(diǎn)數(shù)的增加，每個(gè)部品進(jìn)行外部品質(zhì)確認(rèn)，熔核大小檢測(cè)，焊接飛濺觀察；如圖4，考察熔核大小變化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電極使用點(diǎn)數(shù)為137點(diǎn)時(shí)，熔核直徑出現(xiàn)不合格，圖2所示鋼板B與鋼板C板開始出現(xiàn)熔核直徑小于規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的情況，因此此點(diǎn)為點(diǎn)焊電極使用次數(shù)的臨界點(diǎn)；由此，可以確定點(diǎn)焊良品的工藝參數(shù)。從圖5可以看出，當(dāng)電極使用點(diǎn)數(shù)＜133點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)的焊透率都是合格的，當(dāng)電極使用點(diǎn)數(shù)為133點(diǎn)時(shí)，0.5mm的鋼板C出現(xiàn)了焊透率A1低于規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)20％的現(xiàn)象。

以上僅僅是本發(fā)明的部分實(shí)例，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。本實(shí)例中確定汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔熱罩三層鍍鋁鋼板電阻點(diǎn)焊良品工藝參數(shù)為目的，結(jié)合電阻點(diǎn)焊外部品質(zhì)和內(nèi)部品質(zhì)的判定標(biāo)準(zhǔn)。在確定電阻點(diǎn)焊基礎(chǔ)工藝參數(shù)的前提下，針對(duì)焊接電流，焊接時(shí)間對(duì)點(diǎn)焊品質(zhì)的影響規(guī)律進(jìn)行研究分析，并確定了具體良品工藝參數(shù)、良品工藝參數(shù)的穩(wěn)定性以及電極交換頻度。