镀锌钢板焊接工艺研究

【摘要】用正交试验法优选镀锌钢板点焊工艺参数，通过分析各因素对焊点焊强度的影响，可以用较少的试验次数得到不同镀锌钢板点焊的最佳工艺参数。

关键词镀锌钢板正交试验工艺参数

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1引言

为了提高汽车的耐蚀性及使用寿命，镀锌钢板得到了广泛应用。20世纪70年代，欧美各国开始在车身上采用镀锌钢板，而且在汽车行业的应用比例不断增长。近年来各国焊接工作者就镀锌钢板的焊接工艺规范及电极寿命等问题开展了大量研究。随着镀锌钢板的大量采用，汽车车身薄壁件的焊接质量问题比较突出，由于每辆轿车有3500～5000个焊点，而轿车的生产模式采用大批量自动化生产，因此对镀锌板可焊性恶化带来一系列问题。

2焊接特点

（1）锌的熔点为 419℃，沸点为 907℃，均远远低于铁的熔点 1500℃，因此，焊接过程中，与铜电极接触的镀锌层先于工件被连接部位的钢板而熔化。熔化的锌不但在电极压力的作用下易飞溅出来，而且还会与电极粘连，致使电极表面形成 Cu-Zn 合金层。由于 Cu-Zn 合金电阻率大，易于过热变形，这不但降低了电极寿命，而且改变了 焊接规范，破坏了焊接过程的稳定性和焊接质量，严重时甚至不能形成熔核。

（2）由于锌比较软，同样电极尺寸下，电极与镀锌钢板的接触面积以及镀锌板与镀锌板之间的接触面积均较大， 使工件中的电流密度减小，易于产生未焊透缺陷。

（3） 焊接过程中，工件连接点（熔核）部位的锌层熔化后应充分挤出，否则会显著降低焊点的连接强度。因此，为了保证将这部分液态锌充分挤出，应使用较大的电极压力，一般比非镀锌钢高 20％～ 25％。

（4） 电极压力过大或电流过大时，与电极接触的锌层可能会因粘到电极上而剥落下来，使工件失去了耐蚀性，也影响了表面美观。为了避免这种现象，应采用较大尺寸的电极，加强电极的冷却。

3研究方案

（1）电极电极材料选用铬锆铜，电极形状采用锥头平面电极，电极直径比相同料厚的无镀层钢板增加2mm，电极锥角为120º～140º，便于电极修磨，延长电极使用寿命，采用外水冷，防止电极头迅速过热变形。

（2）工艺参数焊接电流比非镀锌钢增大50%左右，镀层越厚，越不均匀，所需电流越大；焊接时间也相应增加25%～50%，以使两焊件间的熔化锌层能均匀地挤于焊接区周围，这样焊后锌层均布于熔核周围，仍可保持原有保护作用。

4工艺试验

4.1选择设备采用现有设备D(T)N-100，电流1和电流2分别为预热电流和焊接电流，其数值不是通常意义上的电流值，而是以相对于焊机输出能量的一个百分数，本试验不选用预热电流（电流1为0）。

4.2选择试样材料：热镀锌板Q235A，厚度0.6mm

为了实现优质焊接，必须选择合适的工艺规范参数，而点焊工艺参数的选取取决于金属材料的性质、板厚以及所使用的设备。当设备、电极材料、端面形状和尺寸选定以后，焊接规范参数的选择主要是焊接电流、电极压力（气动点焊机表现为气体压力）及焊接时间三大要素。采用上升加热方式进行焊接试验，对焊接参数进行正交试验优化。

4.3确定正交试验试验水平

试验采用正交试验法，从大量的试验中挑选出具有代表性、典型性的试验点，合理安排试验过程。

(1)试验的考核指标：进行轴向拉力试验，以径向力的大小衡量焊点的强度。

(2)因素位级表：

(3)选用正交表:根据试验中影响因素有3个,位级3个,决定选用L9(33)正交表。

注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ———代表各列3个位级的试验结果的总和。

R———代表各列最大值与最小值之差。

对其进行试验结果分析。 比较各列的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的大小，第一列Ⅰ

级差R的大小用来衡量试验中相应因素作用的大小，级差大的因素(电流2)，意味着它的三个位级对于焊点轴向拉力的影响较大，通常是重要因素，而级差较小的因素 (例如第3列焊接时间) 对于轴向拉力的影响相对较小，是不太重要的因素。

由此次试验可见，对于镀锌钢板点焊，电流是最重要的因素，气体压力在这里是相对次要的因素，只要保证凸点被压溃而又不产生飞溅即可，而焊接时间对焊点强度影响不大，所以计算得到的最佳焊接工艺参数为:电流50,气体压力0.45Mpa，焊接时间7个周波。

本次试验中有3个3位级因素,可产生33=27个试验条件，由正交表选出的9个条件只是其中的一部分，即1/3。然而，凭借正交表的正交性，这9个条件均衡分散在这27个试验条件中,它们的代表性很强，所以，直观分析得到好的工艺参数在全体27个试验条件中的效果会是相当好的，本次试验也证明了这一点。

从正交实验中得出的最佳工艺参数是正交设计方案中所没有的,为此进行了工艺验证性实验,采用同样的测试方法,用通过正交实验设计出的最佳工艺参数进行试验，焊点轴向断裂拉力为2.90kN。说明通过本试验很好地实现了焊接工艺参数的优化。

5结论

通过试验，确定了0.6mm厚的热镀锌板Q235A采用D(T)N-100焊接时的最佳工艺参数，用于指导生产实践，提高了焊接质量的稳定性。

6参考文献

［1］陈祝年编著：焊接工程师手册（第2版），机械工业出版社。

［2］刘云龙主编：焊工技师手册，机械工业出版社。