短周期拉弧式螺柱焊的應用

何琪，劉曉鋒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

工藝·設備·材料

短周期拉弧式螺柱焊的應用

何琪，劉曉鋒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

對影響短周期拉弧式螺柱焊焊接質量的幾項因素進行分析，結合車身焊裝車間兩種常用螺柱焊接產品，歸納總結幾項主要參數調整規范及兩種焊接產品的優劣。

短周期拉弧式；螺柱焊；焊接質量

CLC NO.:U463.6Docum ent Code:AArticle ID:1671-7988(2014)06-91-03

引言

隨著制造業的發展，螺柱焊接技術日益成熟，因其對母材適應性強、操作簡單、焊接速度快、焊接質量穩定，現已廣泛應用于各個生產領域。根據螺柱焊機的工作原理，通常可將螺柱焊機分為儲能式螺柱焊機和拉弧式螺柱焊機兩類。而拉弧式螺柱焊機又可根據焊接時間的長短劃分為長周期螺柱焊和短周期螺柱焊。目前汽車行業普遍采用短周期拉弧式螺柱焊機，用以替代汽車制造中的鉚接、鉆孔、攻螺紋等連接工藝。

1、設備構成

本文以目前國內汽車廠常用的英國泰勒公司和德國圖克公司生產的兩種短周期拉弧式半自動螺柱焊接產品為例進行分析，此兩種半自動螺柱焊機均由焊接電源、控制器、焊槍、地線鉗、焊接電纜、自動送料器等部分組成。其中泰勒螺柱焊由DA751控制器、DA自動送釘拉弧式焊槍及電磁振動送料器等組成，最大輸出電流為750A；圖克螺柱焊由DCE1500控制器、PLM 200螺柱焊槍及ETF50送料器等組成，最大輸出電流1500A。下文中泰勒螺柱焊與圖克螺柱焊均基于此配置進行討論。

2、焊接過程及焊接參數

螺柱焊接時，焊槍將被焊接螺柱從工件表面提升，同時在螺柱和工件之間產生電弧，電弧熱使螺柱尖端和工件表面融化，經過預設時間后，焊槍推壓螺柱使螺柱和工件的融化區連接在一起，完成焊接，焊接過程見圖1。

影響短周期拉弧式螺柱焊機焊接質量的因素主要為：焊接電流、焊接時間、螺柱伸出長度和螺柱提升高度。

2.1 焊接電流

在眾多螺柱焊機使用說明中，焊接電流一般主要是根據螺柱頂部直徑進行選取，短周期拉弧式螺柱焊在低碳鋼焊接中，焊接電流和螺柱直徑的參考關系為：

焊接電流I=螺柱焊接面直徑(mm) × 110 A

在實際使用時，焊接電流一般在參考電流附近浮動，通常以滿足現場使用要求為準。泰勒螺柱焊焊接電流可通過控制器上的2個電流檔位進行設定，設定范圍相當有限；而圖克螺柱焊可在控制面板上準確輸入許可范圍內的任意電流值，且在實際焊接過程中圖克螺柱焊可通過焊接參數監視功能（Weld Monitor），實時檢測其焊接電流，確保焊接電流在設定值相符。

2.2 焊接時間

焊接時間t=I × 0.04 ms，對于短周期螺柱焊來言，焊接時間通常在20～100ms之間。泰勒螺柱焊雖可無級調整焊接時間，但無法精準輸入焊接時間值，一般只能取到參考值的近似值，在實際使用中以滿足焊接要求為原則，通過“焊接時間選擇檔位”及“焊接時間調節旋鈕”來組合設定；圖克螺柱焊則可在面板上精準輸入焊接時間數值，同樣，圖克螺柱焊的焊接時間可通過Weld Monitor實時檢測，確保與設定值一致，泰勒則無法對其實際輸出進行閉環檢測。

焊接時間與焊接電流共同組成拉弧式螺柱焊的焊接輸入能量，因此可根據實際焊接效果配合使用，靈活調節。嚴格意義上講，在短周期模式下選擇焊接參數時，不僅僅要考慮螺柱直徑，還需考慮工件的厚度和焊槍本身特點，原則上，開始時應選擇設備的最大電流和最短時間，然后在試驗中調整到最佳參數。焊接能量過小會導致焊接熔合面小于螺柱焊接面，而焊接能量過大又會導致螺柱熔化過多，焊接熔合面變小，工件熔化過薄，甚至焊穿（見圖2）。2.3 螺柱伸出長度

螺柱伸出長度指焊接前，壓縮空氣推動焊槍頂針將螺柱頂出后，自由狀態下，螺柱法蘭端面超出防濺套部分的垂直距離（見圖3）。一般情況下，螺柱伸出長度約為2-3mm。實際使用時，加工人扣動焊接扳機前，已靠外力將伸出部分螺柱壓下至與防濺套端面齊平。螺柱伸出長度是為了保證焊接時的浸入量（伸出長度必須大于螺柱熔化的長度與工件熔池深度之和），否則螺柱在熔池中運動會中途停止，造成縮孔缺陷。此外，圖克螺柱焊槍之所以能實現垂直檢測，也是通過將加工人實際壓下的長度與調試時依靠磁柵尺記錄并保存的長度進行比較，判斷螺柱伸出長度值，進而作出焊槍是否垂直的反饋。2.4 螺柱提升高度

在很多有關螺柱焊的文獻中，對螺柱提升高度規定較為模糊。一般來說，螺柱提升高度特指焊接時的引弧高度，即在壓縮空氣推動焊槍頂針將螺柱頂出的條件下，螺柱被提升機構提升到位后，螺柱法蘭端面與防濺套端面的垂直距離（以圖克螺柱焊槍為例進行說明，見圖4），泰勒螺柱焊機通過電磁線圈提升螺柱，提升高度一般設定為1.2mm左右，而圖克螺柱焊機則通過直線電機提升螺柱，提升高度約為1.5mm。

為了更好地說明提升高度和螺柱伸出長度的相互關系及含義，本文引入“總提升高度”，并規定總提升高度為：焊槍提升機構可縮進的總體高度，從機械原理上分析，總提升高度=螺柱提升高度+螺柱伸出長度。

泰勒半自動螺柱焊槍可通過旋轉焊槍尾部的端蓋調節總提升高度，其調節原理為：端蓋通過螺栓與提升調節器相連接，提升調節器與電磁圈外蓋通過左旋螺紋連接，旋轉端蓋時，端蓋及提升調節器的軸向位置不變，在左旋螺紋的作用下，電磁圈外蓋帶著電磁線圈軸向移動，此時，總提升高度便會發生變化（見圖5）。而圖克螺柱焊焊槍的總提升高度為其直線電機的固有屬性，現場無法調節（見圖6）。

在總提升高度一定的情況下，通過調整槍嘴三角架位置可靈活改變螺柱伸出長度及提升高度。對于泰勒螺柱焊槍，還可以通過在焊槍頂針活塞前增減襯墊改變螺柱伸伸出長度及提升高度。

3、結束語

實際使用中影響螺柱焊焊接質量的因素很多，除了設備本身原因外，料厚、偏弧、加工人操作素養等也很重要。整體而言，圖克螺柱焊在設計方面優于泰勒螺柱焊，且增加了焊接時的垂直檢測功能。應用事實也證明圖克螺柱焊焊接質量明顯優于泰勒螺柱焊，當然，其整套價格也高于泰勒螺柱焊，盡管如此，為了確保產品質量，很多汽車廠在新生產線建設時更傾向于選用圖克螺柱焊或同級別產品。

[1]《螺柱焊焊接技術及其應用》，張義等編著，機械工業出版社，2009.9；

[2]《淺談螺柱焊接技術》，魏國旗、陳有福著，金屬加工報2011年，第18期；

[3]《泰勒螺柱焊操作說明書》，泰勒螺柱焊接系統有限公司;

[4]《圖克螺柱焊焊槍說明書》，Emhart Teknologies;

[5]《德國KOCO拉弧式螺柱焊機說明書》，Koster&Co.GmbH Germany.

Short-cycle drawn arc stud welding app lications

He Qi, Liu Xiaofeng
(Shaanxi Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi, Xi'an 710200)

On the impact of short-cycle drawn arc stud welding quality analysis of several factors, combined w ith the two body assembly plant commonly stud welding products, summarizes several key parameters to adjust the specifications and the pros and cons of two welding products.

Short-cycle d rawn arc；Stud Welding；Welding quality

U466

A

1671-7988(2014)06-91-03

何琪，就職于陜西重型汽車有限公司。