重型卡車電阻點焊合梁的質量控制研究

□ 畢寶鵬 □ 范 坤 □ 葸淑苗

陜西重型汽車有限公司 西安 710200

1 研究背景

重型卡車在國防建設、快遞運輸、采礦等行業都有廣泛的應用。車架作為重型卡車的脊梁,影響著重型卡車使用的安全性及壽命。隨著焊接技術和設備的不斷推陳出新,各種焊接工藝在重型卡車上的應用也越來越多。重型卡車的車架結構基本相同,主要零件為縱梁總成、橫梁總成及各種支架。縱梁總成分為兩層板結構和三層板結構,兩層板結構為縱梁+內加強梁,三層板結構為縱梁+內加強梁+內加強板。目前,對于縱梁兩層板結構,國內外部分廠家使用電阻點焊作為主要連接工藝。通常一根縱梁上有18～30個焊點,焊接質量的優劣直接影響重型卡車整車的外觀和使用性能。筆者對重型卡車電阻點焊合梁的質量控制進行研究。

2 電阻點焊原理

電阻焊屬于以電阻熱為能源的焊接方法,以熔渣電阻熱為能源的焊接方法稱為電渣焊,以固體電阻熱為能源的焊接方法稱為電阻焊。電阻焊是壓焊的一種。目前使用的點焊機是浮動式三相次級整流點焊機,主要用于縱梁內外梁合梁時的焊接。電阻點焊是一種形成永久結合焊點的金屬連接方式,在焊接時,焊件由于焊接電流處局部發熱而發生塑性變形,同時在焊件加熱接觸處施加壓力,形成熔核。目前,電阻焊已廣泛應用于航空、航天、汽車、電子、儀器儀表等工業領域。

電阻點焊過程如圖1所示。由焦耳定律可知:

Q=I2Rt

(1)

式中:Q為產生的熱量,cal;R為兩個電極間電阻的總和,Ω;I為電流,A;t為電流通過的時間,s。

▲圖1 電阻點焊過程

R為焊件與電極之間接觸電阻、焊件電阻,以及焊件間接觸電阻的總和。一般情況下,焊件與電極之間的接觸電阻取決于焊件表面狀況和電極壓緊力,焊件電阻取決于焊件電阻率,與所焊的金屬種類有關,焊件間的接觸電阻取決于焊件表面狀況及電極壓緊力。

在點焊過程中,主要的控制參數為焊接電流、焊接壓力、焊接時間。焊接電流對熱產生的影響比電阻和通電時間大,屬于必須嚴格控制的重要參數。焊接壓力增大時,內外梁的接觸電阻減小,散熱增加,導致總熱量減少,焊點的熔核變小,會出現未焊透現象。所以在通常情況下,為保證焊點強度,在電極壓力增大的同時,焊點電流必須增大或者焊接時間必須增加。電極壓力減小時,內外梁之間電阻增大,總電阻增大,但內外梁之間接觸不良,焊點極易出現飛濺和燒穿現象。焊接時間指電流脈沖持續的時間,對焊點強度的影響和焊接電流相似。焊接時間增加,熔核變大,但過長的焊接時間會引起焊接區域過熱、飛濺等質量問題。焊接時間過短,會導致熔核減小、焊點強度不夠等質量問題。

3 電阻點焊試驗

筆者所在單位的車架縱梁內外梁采用點焊合梁的方式,點焊機型號為DZ-3X125FD,主要質量問題為焊點飛濺,如圖2所示。焊點飛濺是點焊過程中經常出現的一種問題,根據發生的時間可分為前期飛濺和后期飛濺。前期飛濺產生的原因主要是內外梁表面的清理工作未做好,造成縱梁表面存在雜質,從而導致焊接部位壓強分配不均,電流無法平均,最終造成焊點飛濺。后期飛濺的原因主要是熔核增大速度過快,電極無法承受過大的壓力,從而產生后期飛濺。如果不解決焊點飛濺問題,會造成縱梁外觀質量差,使用壽命縮短等問題。

通過查看加工現場,圖2所示焊點飛濺屬于后期飛濺,需要優化點焊合梁加工過程中的焊點壓力和焊接時間。筆者擬采用正交試驗法對影響焊點飛濺的因素進行分析,避免出現焊點飛濺等質量問題。

保持焊接時間不變,焊接電流分別設為12 000 A、14 000 A,焊接壓力分別設為0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa,對(8+7)mm、(8+5)mm、(8+4)mm的縱梁內外梁分別點焊,點焊試驗結果見表1。

▲圖2 焊點飛濺

表1 點焊試驗結果

內外梁規格為(8+7)mm,點焊合梁電流為14 000 A,焊接壓力為0.3 MPa時,焊點的直徑及外觀質量符合工藝要求。內外梁規格為(8+5)mm、(8+4)mm,點焊合梁電流為12 000 A,焊接壓力為0.3 MPa時,焊點的直徑及外觀質量符合工藝要求。

對不同內外梁規格進行試驗,以確定最優點焊參數。試驗方案見表2、表3,1周波為1/50 s。因為加壓時間和焊點參數是影響焊點不平整、焊點過深的主要因素,因此在保持焊接參數和焊接后參數不變的情況下,對不同加壓周期和焊點參數進行試驗。

表2 (8+7)mm內外梁規格試驗方案

表3 (8+5)mm、(8+4)mm內外梁規格試驗方案

經過對表2中12個方案進行試驗驗證,最終確定(8+7)mm內外梁規格的最優點焊參數為加壓周期70周波、加熱周期15周波、冷卻周期10周波、焊接周期12周波、焊接電流占額定電流百分比36%、保壓周期12周波、冷卻周期10周波。多次試驗發現,焊點焊接效果及外觀質量均符合工藝要求,且透孔后內外梁間隙無開焊現象發生。

經過對表3中12個方案進行試驗驗證,最終確定(8+5)mm、(8+4)mm內外梁規格的最優點焊參數為加壓周期30周波、加熱周期15周波、冷卻周期10周波、焊接周期12周波、焊接電流占額定電流百分比33%、保壓周期12周波、冷卻周期10周波。多次試驗發現,焊點焊接效果及外觀質量均符合工藝要求,且經過透孔后內外梁間隙無開焊現象發生。

4 改進措施實施效果

點焊合梁編程調試人員在日常工作中按照上述參數進行操作,嚴格執行不同規格合梁使用不同參數,車間及相關科室加強操作人員技能培訓和工藝紀律檢查等。在隨機抽查的七個批次中,焊點壓痕及內外表面壓痕高度無超差,焊點外觀符合工藝要求。電阻點焊效果如圖3所示。

▲圖3 電阻點焊效果

5 結束語

筆者研究了重型卡車電阻點焊合梁的質量控制,基于電阻點焊原理,對現有點焊工藝加工參數進行優化,采用正交試驗法對不同規格車架縱梁的點焊參數進行優化,最終確定最優的焊接壓力及焊接時間,從而提高了生產效率,降低了生產成本,進而提高了重型卡車車架的整體質量,提升了筆者單位的市場競爭力。