车身镀锌钢板电阻点焊试验与质量控制

摘要：文章探讨了车用镀锌钢板的电阻点焊技术，概括分析了影响电阻点焊质量的影响因素，并以通过设计试验的方式来研究获得最有焊接效果的电极帽、焊接电流和焊点数量之间的关系，得到了在试验条件下采用铬锆铜电极帽为更优的结论。

关键词：镀锌钢板；电阻点焊；焊接质量控制；熔点焊核直径；焊点数量优化

中图分类号：TG453

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）18

1　镀锌钢板电阻点焊概况

电阻点焊是一类综合了力学、热学、电磁学和冶金学等学科的较为复杂的焊接技术，尽管电阻点焊已经有较长时间的研究，但仍然存在较多的技术问题需要解决。国内在这一方面的研究相对落后，尤其在对车用镀锌钢板的电阻点焊技术方面的研究差距较为明显。车用镀锌钢板的电阻点焊质量控制也需要进一步提高技术水平。从现有的研究成果来看，对车用镀锌钢板的质量控制主要从电阻点焊工艺的设计和参数优化、电极使用寿命、新型电阻点焊设备的研发、电焊过程的数字化仿真模拟以及对点焊过程中的质量实时监控与检测等五个主要的方面来展开。本文将利用现有的研究成果结合车用镀锌钢板的电阻点焊来展开研究，重点分析影响焊接质量的因素，并探讨改进的技术措施。

2　影响镀锌钢板电阻点焊质量的因素分析

采用不同的焊接工艺会对钢板的焊接质量产生不同影响，各焊接工艺的影响因素也不尽相同。从使用的频率和实际操作中的经验总结来看，对镀锌钢板的点焊质量影响的主要因素有基本的三类：焊接母材、电极帽和工艺参数。这三类因素对焊接质量的影响方式各不相同，现分别概述如下：

2.1　焊接母板对焊接质量的影响

焊接母板对焊接质量的影响主要和母板上的镀锌层数和母板厚度有关。在选定某种厚度和镀锌层数的母板后，可通过试验方法来确定不同的焊接电流、焊接压力、焊接时间和焊接质量之间的关系。不同厚度和镀锌层数的母板焊接特性应当以试验为基础来进行确定。

2.2　电极帽对焊接质量的影响

电极帽对焊接质量的影响最主要的表现形式是点焊电极的失效问题，其原因在于电阻帽本身具有电阻而在焊接过程中发生软化而失效，因此电极帽的质量对于焊接质量的影响是不能忽视的。

2.3　工艺参数对焊接质量的影响

镀锌钢板的焊接工艺参数较多，和焊接的时间、焊接压力以及焊接的电流大小有关，这些因素和焊接质量之间是多因单果的关系，因此可以在通过试验确定合理参数范围的情况下来进行优化，以提高焊接的质量。

对于以上三个主要的影响因素，本文只针对在焊接过程中较常见的电极发热软化和磨损问题来展开讨论，以模型试验和优化参数的方式来探讨点焊的质量控制。

3　模型试验

3.1　概述

电极帽在点焊过程中的发热软化和磨损都是电阻点焊中的重要问题，容易导致焊接质量不稳定。电极帽的抗磨损程度和电极帽的材质有关，电极帽在点焊过程中的发热情况主要和焊接电流大小有关。因此在电极帽的选材和电焊过程中的电流优化控制是控制点焊质量的关键步骤之一。本节中将以具体试验的方法来确定电极帽的选材和电流控制范围的问题。

3.2　试验方法

为降低试验的难度和不确定性，焊接母板选用B型镀锌钢板，而电极帽的型号选用铬锆铜电极帽和氧化铝铜电极帽。试验用焊接电流的强度从基准电流的90%起按2%作为步长递增，当焊接电流强度达到基准电流的120%时停止递增。对上述两类电极帽分别设计两组试验，每组试验选用不同的镀锌钢板，第一组试验的钢板类型为2层0.7mm镀锌钢板，第二组试验的钢板类型为3层0.7mm镀锌钢板。两组试验中的焊点数量均为500个。在试验中的焊接参数分别为：（1）第一组 焊接时间12cycles，焊接压力2.1kN，基准焊接电流11kA；（2）第二组 焊接时间12cycles，焊接压力2.3kN，基准焊接电流12kA。

3.3　试验结果

3.3.1　第一组试验结果

第一组试验的配置为2层0.7mm镀锌钢板+铬锆铜电极帽和氧化铝铜电极帽。在铬锆铜电极帽一组的试验中，随着焊接电流的台阶式递增，在电流递增曲线的末尾段所完成的焊点质量下降明显。具体而言，当焊接电流超过基准焊接电流的110%时，焊点质量明显下降，主要表现为熔核直径不符合要求，为弱焊，但焊接电流接近基准电流的120%时，焊点质量几乎都不能满足要求，多数表现为虚焊。从电极帽的磨损情况来看，当累计焊点数量达到70个左右时，电极端面开始出现斑点，随着累计焊点数量的增加，斑点呈现出较为明显的增长趋势。在氧化铝铜电极帽一组的试验中，表现出的情况类似，在接近电流台阶末端时焊点出现弱焊、虚焊。在焊点累计数量达到100时电极帽的开始出现可辨别的斑点，随着焊点数量的累计，斑点呈现明显地增长趋势，电极压印也会逐渐增大。

3.3.2　第二组试验结果

第二组试验的配置为3层0.7mm镀锌钢板+铬锆铜电极帽和氧化铝铜电极帽。在铬锆铜电极帽一组的试验中，随着焊接电流的台阶式递增，在电流递增曲线的末尾段所完成的焊点质量下降明显。和第一组试验中2层镀锌钢板的结果相比，在相同的焊接电流递增过程中合格的焊点数量更多，在接近电流递增曲线末尾时3层镀锌钢板的焊点熔核直径要大于2层镀锌钢板，且满足要求的焊点数量要明显多于2层镀锌钢板。从电极帽的磨损情况来看，当累计焊点数量达到90个左右时，电极端面开始出现斑点，随着累计焊点数量的增加，斑点呈现出较为明显的增长趋势。在氧化铝铜电极帽一组的试验中，表现出的趋势和铬锆铜电极帽类似。

4　熔点焊核直径与焊点数量的优化

在第3节的模型试验中，采用了多种的组合方式并得到了不同的结果，其中最关心的结果是熔点焊核直径和焊点数量之间的关系。在这里采用多组数据进行熔点焊核直径与焊点数量之间的关系曲线绘制，可得到铬锆铜电极帽和氧化铝铜电极帽的试验结果曲线。通过分析曲线可得出焊点熔核直径和焊点数目之间的关系。

经过对比3层镀锌钢板和2层镀锌钢板的焊点质量，总体上3层镀锌钢板的焊点质量要优于2层镀锌钢板的焊点质量，且熔核直径更大。在3层镀锌钢板一组的试验数据中分别选取在各焊接电流条件下最优的焊点数目，并绘制相应曲线，即可得到铬锆铜电极帽和氧化铝铜电极帽在不同的焊接电流强度和最优焊点数量之间的关系曲线，通过该曲线可获得焊接电流和最优焊点数量之间的对应关系，从而可为焊接质量的控制提供定量参考。

在此基础上，再通过对比铬锆铜电极帽和氧化铝铜电极帽的磨损程度来选择最优的电极帽类型，从而可确定最后电极帽选型。从电极帽的磨损情况来看，在相同的焊接电流和焊点数量条件下，铬锆铜电极帽的磨损程度要小于氧化铝铜电极帽的磨损程度，在经过修复后可继续使用。

综合来看，选用3层镀锌钢板作为母材和铬锆铜电极帽是最优的选择。

参考文献

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