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凸焊工艺在生产实践中的应用研究

发表时间：2020/5/13 来源：《创新人才教育》2020年第1期作者：朱旭光

[导读] 凸焊工艺在生产实践中的应用非常广泛，经常用于机械制造、汽车生产等

菏泽技师学院朱旭光

摘要：凸焊工艺在生产实践中的应用非常广泛，经常用于机械制造、汽车生产等，本文主要阐述凸焊工艺的工作原理和实际操作时的工作要点以及以汽车车身、空调压缩机制造过程中螺栓凸焊为例，对凸焊工艺在实际生产中的应用进行研究。
        凸焊工艺是一种在焊件的贴合面上预先加工出一个或多个凸起点或者凸环，使其与另一面相接触，加压并通电加热，压塌后使这些接触点或环形成焊接面的电阻焊工艺。凸焊是点焊的一种变型，凸焊时由于电流集中，故克服了点焊时熔核偏移的缺点。随着凸焊技术的不断发展，凸焊方法已在机械制造、汽车生产等焊接加工中得到了日益广泛的应用。如：在汽车底盘、车身A柱、B柱、变速箱、发动机等部位需凸焊各种规格的螺栓和螺母100多个；凸焊在空调器底盘压缩机螺栓焊接中也被广泛使用。
        一、凸焊工作原理
        凸焊时将板件放置在下电极上，且定位销穿过板件上开设的凸焊过孔，然后将销子插入凸焊螺母的螺纹孔，上电极下降，完成凸焊过程。
如下图所示，凸焊一般由四个过程组成，第一是准备过程,在该阶段完成上件、电极压紧等准备工作；第二为加压过程,在该阶段预设在螺母上的凸点在电极压力的作用下产生变形，高度下降且板件表面的氧化膜被破坏，螺母与被凸焊板件达到良好的结合；第三为通电过程,该阶段包括凸点压溃过程和熔核形成过程；第四为保持过程，该阶段电流集中通过凸点位置，凸点
被彻底压平。
        二、螺栓凸焊操作要点
        1.要点一
        1）零件凸焊位置沿与凸焊螺母、螺栓轴线垂直方向，距零件边缘最小尺寸要小于焊机喉深C（江淮公司焊机喉深为420～770mm）,以避免与焊机干涉。
        2）在用普通直流电极无法满足特殊设计要求时，可以考虑制作特殊电极（特殊电极的制作会增加产品的成本，而且焊接质量没有保证,尽量不采用）。
        3）长条形冲压件，为方便工人操作方便性，其长度尺寸需满足L=1500mm的要求。
        4）正方形冲压件，为满足工人操作的方便性，其尺寸边长需满足L=1000mm的要求。
        5）为减轻工人劳动强度，冲压件重量应满足M= 7.5kg。
        6）不要选用M5及以下凸焊螺母，以避免凸焊强度低、采购困难、周期长以及费用高等问题。
        7）对于同一个零件，尽量使用规格（如M6）和尺寸相同的凸焊螺母。
        8）同一个零件的凸焊螺母尽量避免焊接在正反两面，增加不必要的工作量。

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        2.要点二
        凸焊电极头与工件之间避让空间至少为3mm，其中1.5mm为冲压单件公差，0.5mm为凸焊公差，1mm为安全空间，以避免焊接干涉。另外M10以上的凸焊螺母凸焊后建议再弧焊增强。
        3.要点三
        为保证焊接质量的稳定，在同一个板件既有凸焊又有螺柱焊的情况下，因为板件一般是凸焊在先螺柱焊在后，故螺柱焊螺钉的中心距凸焊螺栓或凸焊螺母的边沿长度应大于螺柱焊枪枪口的外半径15mm。
        三、凸焊技术在汽车制造中的应用研究
        车身是汽车整车的重要总成，车身质量的好坏直接影响整车的使用寿命。凸焊技术作为汽车制造中四大焊接工艺,即点焊、凸焊、弧焊及螺柱焊中的一种，完成车身90% 以上的装配工作量，在汽车底盘、车身A柱、B柱、变速箱、发动机等部位需凸焊各种规格的螺栓和螺母100多个，因而凸焊质量对汽车的整车质量有着重要影响。随着汽车制造业快速发展，人们对汽车质量和安全性要求越来越高，对汽车零部件装配精度和制造性能要求也越来越高。螺母凸焊质量越来越引起各国焊接科研工作者的重视，成为关注热点。
        目前，螺母凸焊工艺研究主要集中于单个焊接参数优化，如单个焊接电流、焊接时间或电极压力等对焊接质量的影响，缺乏工艺参数与板厚、焊接波形、材质特性的内在规律研究，工艺优化参数难于推广、普适性差。焊接质量与焊接参数之间的变化机理研究不深入，焊接工艺参数优化与焊接质量分析未有效结合。应提升焊接工艺参数信号检测采样精度，结合接头显微组织及熔核质量分析、接头力学性能测试、工艺过程动态数值模拟等方法综合开展研究工作，深入揭示螺母凸焊工艺的复杂机理过程，制定普适性的焊接工艺窗口措施，加强对实际生产的指导作用。
        四、凸焊技术在空调压缩机制造中的应用研究
        目前凸焊技术在空调器底盘压缩机螺栓焊接中的已广泛使用，实际生产中一般采用先在焊件的贴合面上预先加工出一个凸环进行焊接，因此又被称为凸环焊。以使用 DN-75( 75 kVA 工频交流焊机)将环焊螺栓和1.8 mm厚度的不锈钢板材进行焊接为例。从焊接时间参数方面对焊接时间进行研究，采用短焊接时间的焊接参数进行验证，然后采用长焊接时间的焊接参数进行验证。实际生产中发现焊接过程中随着焊接电流的不断加大，焊接产生的热量不断升高，焊接质量逐步提高。在10 000 A和13 000 A焊接电流、0.44 MPa汽缸压力、1 000 ms 焊接时间的焊接条件下，焊接质量明显改善,螺栓和母材全部融合在一起。因此最好使用大功率焊机、大电流进行压缩机螺栓焊接，并精确控制焊接时间。
        结语
        本文不但详细阐述了凸焊工艺的工作原理和实际操作时的工作要点；还以汽车车身、空调压缩机制造过程中螺栓凸焊为例，对凸焊工艺在实际生产中的应用进行研究。对提高凸焊工艺质量、效率和在实际生产中推广应用有重要意义。