汽車用鋼板電阻點焊工藝參數優化選擇

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司，重慶401120）

汽車用鋼板電阻點焊工藝參數優化選擇

唐 科，梁 翠，黃微晏，黃 靖

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司，重慶401120）

焊裝車間多采用多層板搭接進行電阻電焊，而電阻電焊過程的不確定性因素較多。為了用較少的試驗次數得到滿足生產要求的試驗結果，以板厚0.8mm+1.4mm+1.8mm的三層低碳鋼板搭接為研究對象，分析各因素對多層板材搭接焊點熔核質量的影響，獲得了最優焊接工藝參數。試驗結果表明：板厚為0.8mm+1.4mm+1.8mm的三層低碳鋼板搭接最佳焊接工藝參數為多脈沖軟規范焊接參數，即三周波，焊接電流8.8/11.1/9.6kA、焊接時間5/19/5cyc、電極壓力3kN，得到各層搭接板之間熔核直徑大于等于φ6mm。

電阻點焊；焊接工藝參數；熔核尺寸；焊接質量

0 前言

電阻點焊是汽車制造行業中最普遍的連接方式。微型汽車車身共有5 000多個焊點，分布在車身地板、頂蓋、前車體等部位，在發生碰撞時不同區域承擔了吸能、連接、承托等功能。實際應用中需要將不同厚度、材料的鋼板進行點焊連接[1-2]，同一工位會出現不同強度、厚度的兩層板或三層板搭接，目前的電阻點焊工藝參數很難適用于不同厚度的兩層/三層鋼板的連接[3-5]。

在此以五菱宏光S生產線前車體區域1#工位（該工位焊接左前大梁焊合件與前圍板焊合總成搭接）為研究對象，為五菱宏光S車型的不同搭接方式電阻點焊工藝參數優化選擇提供新的思路和方法。

1 試驗材料和方法

采用小原品牌一體式電阻點焊機（型號ST21，額定功率180kVA），配套X型手工焊槍（型號UXHC9625）進行焊接，如圖1所示。

左前大梁和前圍板零件材料均為寶鋼牌號BLD低碳鋼板，試驗用鋼板的化學成分如表1所示。前大梁與前圍板搭接共11個焊點，其中：兩層板搭接焊點10個，板厚0.8 mm+1.2 mm；三層板搭接焊點1個，板厚0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm。首先選擇同樣板材、厚度的試片模擬三層板搭接，使用不同的焊接工藝參數在三層板試片上進行測試，獲取不同板厚下的工藝參數，以確定符合技術要求的焊接工藝參數。然后在左前大梁和前圍板連接區域進行驗證，獲得最終的工藝參數。

圖1 試驗用電阻點焊機和手工焊槍Fig.1 Test with resistance welding machine and hand gun

表1 試驗用鋼板的化學成分Table 1 Chemical composition of the test plate %

根據搭接零件的主導板厚，參照《上汽通用五菱電阻點焊焊接參數推薦值》選擇試驗用電阻點焊工藝參數。電阻點焊初始工藝參數如表2所示。

表2 電阻點焊初始工藝參數Table 2 Initial process parameters of resistance spot welding

2 試驗結果分析

2.1 初始焊接工藝參數對焊接的影響

使用板材、厚度、工藝一致的3塊試片（0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm），根據表2的焊接工藝參數，選擇電流8.5 kA、電極壓力3 kN、焊接時間9 cyc進行電阻點焊測試。焊點熔核尺寸如圖2所示。

用游標卡尺測量焊點熱影響區大小為8.59 mm（見圖2a）；將焊接試片撕裂后，0.8 mm+1.4 mm板材搭接處存在焊接熔核，熔核尺寸為4.86 mm（見圖2b）；但1.4 mm+1.8 mm板材搭接處未形成熔核，撕裂后焊點脆斷表面呈顆粒狀態（見圖2c）。

試驗結果表明，初始焊接工藝參數不適用于現場實際搭接狀態，需要逐一調整焊接工藝參數，使三層板材焊接均有符合要求的焊點熔核。

圖2 使用初始焊接工藝參數的焊點熔核尺寸Fig.2 Nugget size of the solder joint using the initial welding process parameters

2.2 左前大梁和前圍板連接區域點焊試驗

影響試片焊點熔核尺寸的主要因素有焊接電流、焊接時間、電極壓力和脈沖，其他參數保持不變。本試驗電極采用球形電極帽，端面尺寸φ7 mm，采取逐一對比方式進行試驗，焊接工藝參數見表3。

（1）試驗2。保持焊接時間和電極壓力不變，增加焊接電流至10.0 kA（見表3）。試驗2的熔核尺寸如圖3所示，將焊接試片撕裂后，0.8 mm+1.4mm板材搭接處存在焊接熔核，尺寸φ5.69mm，如圖3a所示；但1.4 mm+1.8 mm板材搭接處未形成熔核，撕裂后焊點脆斷表面呈顆粒狀態如圖3b所示。

表3 試驗用焊接工藝參數Table 3 Test with welding process parameters

圖3 試驗2的熔核尺寸Fig.3 Nugget size of test 2

（2）試驗3。保持焊接電流為10.0 kA，增加焊接時間到14 cyc，電極壓力保持3.0 kN（見表3）。試驗3的熔核尺寸如圖4所示，將焊接試片撕裂后，0.8 mm+1.4 mm板材搭接處存在熔核，但1.4 mm+1.8 mm板材搭接處仍未形成熔核，且焊點脆斷表明呈顆粒狀態，如圖4c所示。由于該板材三層板材厚度差異較大，焊接參數單項逐步增加已無法得到符合標準的焊點熔核，考慮選用2個焊接脈沖來增加焊接前的預熱焊接。

圖4 試驗3的熔核尺寸Fig.4 Nugget size of test 3

（3）試驗4。在前3個試驗驗證結果的基礎上，選用雙脈沖進行試驗。第一脈沖：焊接電流7.8 kA，焊接時間7 cyc；第二脈沖：焊接電流10.0 kA，焊接時間14 cyc，電極壓力3.0 kN保持不變（見表3）。焊接完成后，焊點熱影響區明顯變大，直徑為φ9.6mm，如圖5a所示；將焊接試片撕裂后，0.8 mm+1.4 mm板材搭接處存在焊接熔核，熔核尺寸為φ6.05 mm，如圖5b所示；1.4 mm+1.8 mm板材搭接處未形成熔核，焊點脆斷表明呈顆粒狀態，但承受剪切應力明顯大于單脈沖參數時板材焊點，如圖5c所示。綜合來看， 此工藝參數不能滿足規定的熔核尺寸要求。

圖5 試驗4的熔核尺寸Fig.5 Nugget size of test 4

（4）試驗5。在試驗4的基礎上，焊接電流、焊接時間保持不變，增加電極壓力至3.8 kN進行焊接試片驗證（見表3）。焊點熱影響區尺寸φ10.75mm已達到標準上限值，如圖6a所示；撕裂焊點后，0.8mm+1.4 mm板材搭接處存在熔核且增大至φ6.13 mm，如圖5b所示；但1.4 mm+1.8 mm板材搭接處仍未形成明顯熔核，如圖5b所示；如果再單獨增加焊接電流、焊接時間或電極壓力，很難再產生明顯效果，且焊點熱影響區存在過燒風險。

圖6 試驗5的熔核尺寸Fig.6 Nugget size of test 5

（5）試驗6。在試驗5的基礎上，考慮到本工位焊點數量及生產節拍要求，選擇焊接參數中常用的軟規范，增大為三脈沖焊接參數，增加了主焊接前的預熱過程和主焊接后的熔核保持過程（見表3）。第1脈沖：焊接電流8.8 kA，焊接時間5 cyc；第2脈沖：焊接電流11.1 kA，焊接時間19 cyc；第3脈沖：焊接電流9.6 kA，焊接時間5 cyc；電極壓力保持為3.0 kN。撕裂焊點后，0.8 mm+1.4 mm板材搭接存在焊接熔核，測量熔核尺寸為φ6.19 mm，如圖7a所示；1.4 mm+1.8 mm板材搭接處存在明顯焊接熔核，熔核尺寸為φ6.82 mm，如圖7b所示；在中間側板材（1.4 mm厚度）兩側均有明顯熔核，兩側板材（0.8mm和1.8 mm厚度）存在明顯焊點撕裂的孔洞，如圖7c所示。板材焊點熔核質量合格。

所有零件搭接實際工況均比焊接試片情況復雜，采取試驗6數據在實車上進行焊接實驗，用鐵錘和鑿子在三層板焊點處（0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm）進行非破壞實驗，上下扳動鑿子30°，焊點位置未發現虛焊，鈑金表面無毛刺和裂紋，實車非破壞焊點質量合格，如圖8所示。

根據上汽通用五菱公司電阻點焊質量要求，定期對該車型前車體區域焊點進行全破壞實驗，大梁焊點兩側均有焊點熔核，兩側板材出現拉裂孔洞，焊點質量合格，如圖9所示。

圖7 試驗6的熔核尺寸Fig.7 Nugget size and of test 6

圖8 實車非破壞焊點質量Fig.8 Actual non-destructive solder joint quality

圖9 全破壞試驗Fig.9 Full-destructive testing

3 結論

（1）獲得脈沖為1、2、3的電阻點焊熔核尺寸情況，綜合考慮三脈沖焊接參數為：焊接電流8.8/11.1/9.6 kA、焊接時間5/19/5 cyc、電極壓力3 kN，獲得的各層搭接板之間熔核直徑大于等于φ6 mm，適用于0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm厚度差異大的板材搭接點焊。

（2）以左前大梁和前圍板搭接為例，闡述了在兩層板與三層板搭接時，應優先選擇適用于三層板搭接的焊接工藝參數，解決了板材搭接的焊點熔核問題，為其他汽車生產企業提供一種新的思路及方法。

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[5]Nielsen C V，Friis K S，Zhang W，et al.Three-sheet spot welding of advanced high-strength steels[J].Welding Journal，2011，90（2）：32-40.

Resistance spot welding parameters optimal selection for automotive steel plate

TANG Ke，LIANG Cui，HUANG Weiyan，HUANG Jing
（SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Chongqing Branch，Chongqing 401120，China）

In welding workshop，multi plate lapping is used to resistance welding usually，but so many uncertainty factors are there in welding process.In order to use less test times to meet production requirements and solve the welding nugget problem of multilayered panel lap，the optimizing welding parameter for 3 layer of low carbon steel plate with thickness of 0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm was found in this paper.Experimental results show that:the welding current 9.6/8.8/11.1 kA，welding time 5/19/5 cycle，electrode pressure 3 kN is suitable for 3 layer of low carbon steel plate with thickness of 0.8 mm+1.4 mm+1.8 mm，multiple-pulse welding parameter is appropriate for multilayered panel lap，and diameter of nugget on each layer can achieve 6 mm.

resistance spot welding；welding parameters；nugget size；welding quality

TG115.6

A

1001－2303（2017）11－0111-06

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.11.23

本文參考文獻引用格式：唐科，梁翠，黃微晏，等.汽車用鋼板電阻點焊工藝參數優化選擇[J].電焊機，2017，47（11）：111-116.

2017-06-08；

2017-07-20

唐 科（1986—），男，學士，工程師，主要從事汽車制造工藝方面的研究。E-mail：ke.tang@sgmw.com.cn。