压差管冷焊技术研究

发表时间:2021/1/19   来源:《基层建设》2020年第26期   作者:唐之胜
[导读] 摘要:针对严苛的汽车国六排放法规,众多车企均增加的汽车尾气后处理GPF/DPF系统,重要部件之一即压差管路(见图1),规格(见表1)均为1.0mm壁厚薄壁管。
        身份证号码:34250119760527XXXX;安徽中鼎流体系统有限公司
        摘要:针对严苛的汽车国六排放法规,众多车企均增加的汽车尾气后处理GPF/DPF系统,重要部件之一即压差管路(见图1),规格(见表1)均为1.0mm壁厚薄壁管。其中某压差管项目,要求产品采用采用TIG焊接工艺(非熔化极惰性气体钨极保护焊),焊接质量要求较高。我司经过设备研发,工艺研究,产品合格率由95%提升至99%以上,且熔深更加稳定。
        关键词:不锈钢;薄壁管;冷焊;氩弧焊;TIG焊;
        1.工作原理介绍
        产品结构如图2,垫片与管路焊接为TIG焊接,要求熔深20%t min且满足气密性测试要求,经过现有机器人自动焊接设备验证(图3),产品合格率仅95%。针对现有失效模式的分析与研究,我司做了一系列改进,并最终取得了突破。
 
        图2                                                    图3
        2.主要失效模式:机器人自动焊接失效模式主要为焊接过程不稳定造成无法焊接、粘针、焊缝不连续、漏焊等。其中出现频次最多的是起弧与收弧点之间有轻微漏焊,将导致漏气,汽车尾气排放不达标。
 
        图4                        图5                           图6
        3.改进措施:经过我司积极调研,分析,做如下方案的改进。
        3.1.焊机有热焊机改为冷焊机,原理是应用机械力、分子力或电力使得焊材扩散到器具表面的一种工艺(方法),冷焊机一般可分堆焊型冷焊机、贴薄片修复性冷焊机、焊接铜铝线冷焊机。相比热焊工艺,其优点主要为
        A,焊缝美观;
        B,焊接温度低,管路不宜变形;
        C,精度高,适用于小规格薄壁管;
        3.2.设备动作原理的改进,之前焊接设备见图2,机器人手臂焊接过程需要旋转360°,与弯管易干涉,影响焊接效果,改进后见方案见图7。为保证定位,装夹稳定性,焊接过程中焊针不动,待焊产品与装夹工装一同旋转360°。另外夹具的三爪设计方案提高了垫片,硬管焊接前的装配精度,也便于焊接后取件,同时降低了长期焊接过程中工装受热变形的风险;
 
        图7                               图8                             图9
        3.2.焊接参数优化:除了电流,电压,气流,焊针距离工件位置,换针频次等因素外,还需特别关注焊针,焊接速度,可参考表2。
        钨极的端部形状是一个重要工艺参数,应根据所用电流种类选用不同的端部形状。钨极尖端角度α的大小会影响钨极的许用电流、引弧及稳弧性能。小电流焊接时:小的钨极直径和锥角可使引弧容易,电弧稳定。大电流焊接时:增大锥角可避免尖端过热熔化,减少损耗,并防止电弧往上扩展影响阴极斑点的稳定性。钨极尖端角度对焊缝熔深和熔宽也有一定影响:减小锥角,焊缝熔深增大熔宽减小,反之则熔深减小熔宽增大
 
        表2
        焊接速度焊接速度的选择主要根据工件厚度决定并和焊接电流、预热温度等配合以保证获得所需的熔深和熔宽。在高速自动焊时。还要考虑焊接速度对气体、保护效果的影响。焊接速度过大,保护气流严重偏后,可能使钨极端部、弧柱、熔池暴露在空气中。因此必须采用相应措施如加大保护气体流量或将焊炬前倾一定角度,以保持良好的保护作用。
        焊接速度加快时,氩气流量要相应的加大。焊接速度过快,由于空气阻力对保护气流的影响,会使保护层可能偏离钨极和熔池,从而使保护效时变差。同时,焊接速度还显著地影响焊缝成型。
        4.改进成果
        4.1.焊缝外观的提升:焊缝形状以鱼鳞纹状略高于母材为佳,焊缝颜色以银白、金黄色最好,蓝色良好,红灰较好,黑色最差。焊缝不允许有焊穿、未焊透、咬边、夹渣、气孔、裂纹、焊瘤、焊漏、砂眼、裂、针孔、桑边等,如图9是改进口的外观,较好。
        4.2.产品合格率由95%提升至99%以上,提高了产能,降低了成本;
        4.3.焊接后垫片位置尺寸Cmk达到1.71;;
        4.4.熔深更加稳定:过程中每批次抽检,焊接熔深稳定在20%~80%的区间内;
        4.5.焊接强度:拉脱力满足9000N以上。
        5.结果
        经过大批量产品的验证,此工艺已成熟,同时针对焊接过程出现缺陷的原因及预防方法整理如表3。
        表3
        参考文献:
        [1]GMW 14058 《焊接标准和修复过程》
        [2]BB/T19866-2005 《焊接工艺规程及评定的一半原则》
        [3]SMTC 5 110 015-2010《汽车底盘零件焊接质量评估》
        [4]SMTC 5 111 002 《汽车排气系统(消声器)焊接质量规范》
        [5]IS0 5178-2001 《金属材料焊缝的破坏试验》
 
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