電機懸置凸焊螺母間隙優(yōu)化方法

徐文玲，閆闖，楊炎貴

(廣汽埃安新能源汽車有限公司，廣東 廣州 511434)

0 前言

由于國際石油價格的不斷上漲和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，新能源汽車應(yīng)運而生，緩解了石油能源短缺和環(huán)境污染問題。隨著我國新能源汽車的快速發(fā)展，螺紋連接被廣泛應(yīng)用于汽車零部件制造領(lǐng)域，大到白車身、副車架及轉(zhuǎn)向節(jié)，小到高壓線束支架、制動軟管支架等。凸焊、摩擦焊、點焊和弧焊是汽車制造中的重要焊接工藝，其中凸焊用于整車連接占比90%以上，其質(zhì)量直接影響后續(xù)工序。螺栓和螺母連接主要有焊接螺母、焊接螺栓和均不焊接3種形式，其中將螺母焊接到零件上，可防止螺母轉(zhuǎn)動，保證空間避讓。因此，大部分零件采用焊接螺母式螺紋連接。

1 凸焊螺母間隙的產(chǎn)生機理

凸焊是指在零件上預(yù)先加工幾個凸點，使凸點與對手件接觸，通過電極加熱凸點并施加壓力壓塌凸點，從而使凸點熔化成焊點的1種電阻焊。凸焊螺母的焊接間隙主要受螺母凸點的高度、對手件焊接平面的平面度、焊接參數(shù)等影響，如幾個凸點高度存在差異且焊接平面不夠平整，凸焊時易產(chǎn)生不均勻間隙，或焊接關(guān)鍵參數(shù)不合適時，易造成熔深過小或燒穿焊接不良，形成局部焊瘤，產(chǎn)生焊接間隙。

螺栓連接的有效工作高度如圖1所示，螺栓越長，其安裝孔的垂直度要求越高，因此連接緊固跨距較大的螺栓時，對孔的精度要求較高。螺栓有效工作高度與垂直度的關(guān)系如圖2所示，其中表示螺栓軸線與鉛垂線的夾角。當(dāng)螺栓有效工作高度一定時，越大，螺栓軸線在水平方向上的分量越大；當(dāng)一定時，螺栓有效工作高度越大，螺栓軸線在水平方向上的分量也越大。

圖1 螺栓有效工作高度

圖2 螺栓有效工作高度與垂直度的關(guān)系

螺栓有效工作高度過大或者過大都會引起螺栓過孔量和垂直度偏大的現(xiàn)象。在凸焊螺母結(jié)構(gòu)中，由螺母軸線決定，而螺母軸線由凸焊螺母四腳凸點焊接的均勻性決定。因此，為了保證裝配性，在設(shè)計階段需要從結(jié)構(gòu)上規(guī)避螺栓有效高度過大的問題，管控凸焊螺母的焊接間隙。

綜上可得，當(dāng)焊接間隙不均勻時，會導(dǎo)致螺母中心軸線偏斜，使垂直度增大，而由于螺母軸線決定螺栓軸線，所以螺栓也會跟著傾斜。當(dāng)傾斜過多，超過安裝孔的過孔量、孔的尺寸公差和形位公差時，螺栓與安裝孔干涉，此時螺栓將發(fā)生偏孔，影響裝配。

2 凸焊螺母焊接間隙的優(yōu)化過程

以純電動汽車電機懸置總成為對象，研究其凸焊螺母的焊接間隙優(yōu)化問題。焊接設(shè)備為DN250氣動程控點凸焊機，底座為SAPH400板(厚度4.0 mm)，焊接螺母為SWRCH35K四方螺母。通過控制變量法，逐一研究焊接關(guān)鍵參數(shù)(焊接電流、焊接時間和電極壓力)對間隙的影響，確定最優(yōu)焊接參數(shù)，減少焊接間隙，改善懸置總成裝配良率，提高生產(chǎn)效率。

2.1 單品精度確認(rèn)

影響凸焊螺母焊接間隙的因素，除了焊接參數(shù)外，還有螺母和支架單品的精度，即螺母四腳的高度差和焊接平面的平面度。

測量了100個凸焊螺母四腳高度差，極大值為0.160 mm，極小值為0.030 mm，均值為0.082 mm。圖紙要求腳長1.0～1.2 mm，滿足要求。分別取四腳差異最大和最小的6組螺母進行焊接，焊接電流為26 kA，焊接時間為11 cyc(1 cyc=0.02 s，下同)，電極壓力為0.4 MPa。結(jié)果表明，螺母四角高度差對焊接間隙無顯著影響。

測量100個懸置底座平面度，極大值為0.098 mm，極小值為0.034 mm，均值為0.064 mm，圖紙要求平面度0.200 mm，滿足要求。使用同樣方法焊接。結(jié)果表明，懸置底座平面度對焊接間隙的影響較小。

凸焊螺母四腳高度差和懸置底座平面度對焊接間隙影響較小，因此，本文僅討論焊接參數(shù)對焊接間隙的影響，視其他相關(guān)因素為理想狀態(tài)。

2.2 最佳焊接電流

分別收集30個四腳高度差較小的凸焊螺母和30個狀態(tài)相近的懸置底座組成30個樣件，分為3組(每組10個)，使用不同的焊接電流(焊接時間和電極壓力相同)完成焊接試驗，得到使焊接間隙最小的最佳焊接電流，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 焊接電流對間隙的影響

由表1可得，當(dāng)焊接電流為26 kA時，凸焊螺母焊接間隙較小，為0.02～0.03 mm，且滿足懸置總成與前副車架的裝配性要求，未出現(xiàn)偏孔情況。

2.3 最佳焊接時間

將30個樣件分為3組開展試驗，使用相同的焊接電流與電極壓力，研究焊接時間對焊接間隙的影響，具體數(shù)據(jù)見表2。

由表2可得，當(dāng)焊接時間為11 cyc時，凸焊螺母焊接間隙較小，為0.02 mm，滿足懸置與副車架的裝配要求。

表2 焊接時間對間隙的影響

2.4 最佳電極壓力

將30個樣件分為3組進行試驗，使用相同的焊接電流和焊接時間，研究電極壓力對焊接間隙的影響，具體數(shù)據(jù)見表3。

由表3可得，當(dāng)電極壓力為0.45 MPa時，凸焊螺母焊接間隙較小，為0.02～0.03 mm，滿足懸置與副車架的裝配要求。電極壓力對焊接間隙的影響較小，在調(diào)試焊接時，先調(diào)試焊接電流和焊接時間，再修改電極壓力，以控制焊接間隙。

表3 電極壓力對間隙的影響

焊接電流、焊接時間和電極壓力分別為26 kA、11 cyc和0.45 MPa時，焊接10個樣件，凸焊螺母間隙最小為0.02 mm，見表4。

表4 最優(yōu)焊接參數(shù)焊接間隙

3 結(jié)語

在汽車零部件焊接領(lǐng)域，提升凸焊螺母焊接質(zhì)量具有重要意義。當(dāng)分別優(yōu)化焊接電流、焊接時間和電極壓力這3個焊接參數(shù)后，在保證凸焊螺母焊接間隙最小的前提下，確定了最佳焊接參數(shù)，即焊接電流、焊接時間和電極壓力分別為26 kA、11 cyc和0.45 MPa時，焊接間隙最小，為0.02 mm。在焊接強度滿足廣汽《鋼板氣體保護焊強度技術(shù)規(guī)范》要求的同時，降低了懸置總成與前副車架裝配偏孔的不良率，極大地提高了總裝車間的裝配效率。