薄板点焊工艺及性能研究

薄板点焊工艺及性能研究

温家伶1　黄志军2　　黄小军1　包立斌1

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(1.武汉交通科技大学,武汉430063;2.武汉钢铁集团公司,武汉430081)

摘　要:采用镀锌钢板点焊、试样拉伸、焊点凹陷测量等试验方法,进一步了解镀锌钢的点焊焊接性能,以正交设计和方差分析法对点焊工艺进行优化,从中选出最佳工艺参数。

关键词:电阻点焊;镀锌钢板;工艺参数;优化设计;正交设计;方差分析中图分类号:U671.83　　　文献标识码:A

Abstract:Spot2weldingiscarriedoutwithgalvanizedsteelplate.Sampledrawing,measuringtestofweldingpointhollow.Furtherunderstandtheweldingperformanceofthespot2weldingofgalvanizedsteelplate.Usecross2designandmathematicalmethodofsquaredifferenceanalysis,selectingoptimumweldingtechnologyparameter.

Keywords:Resistancespotwelding;Galvanizedsteelplate;Technologyparameter;Optimumdesign;Crossdesign;Squaredifferenceanalyze

1　前言

随着科学技术的发展,电阻点焊作为电阻焊重要的一种焊接技术,越来越受到焊接界的青睐。与此同时,焊接自动化的发展为点焊技术的发展提供了广阔的前景。据调查表明[1],早在1981年,日本对电阻焊机使用最多的74个企业调查表明,在这些企业拥有的16826台电阻焊机中,点焊机占97.3%,而在80年代,在日本电阻焊机总产值约占总焊机的30%左右。点焊机能在焊接技术中占如此重要的地位,归结于它的特性:低能耗、低成本、高质量、高效率且便于实现自动化、使用方便。而且随着自动化技术的不断发展,点焊将成为最有发展潜力的焊接技术之一。目前,点焊广泛应用于薄板冲压焊接结构的生产,如汽车驾驶室、轿车车身、飞机机翼、航空发动机扰流器、建筑用钢筋网,另外,家用电器如电冰箱、洗衣机、电风扇及电炉、家具等也大量采用点焊工艺。

微机技术的发展大大提高了电阻焊机的控制水平,特别在使用面最广的点焊方面国内外许多公司已采用微机控制[2],可以方便储存多焊接规范,获得各种形式的焊接循环,又可以比较简便地实现质量监控与群控,使点焊的质量更加可靠。如OBM-0120微处理机在汽车车门玻璃导轨多点

收稿日期:1999212228

作者简介:温家伶(19552),男,学士,副教授

焊机中的应用[3],效果良好。70年代初,美国、日本首先将点焊机器人用于汽车生产线,现在几乎每个现代化汽车厂都已配置数十台至数百台点焊机器人,具有视觉触觉等传感器的第二代点焊机器人已完全成熟。点焊机器人完全采用微机控制[4]并采用电伺服驱动,消除了液压元件漏油等隐患。如IR761󰃗125型点焊机器人[5]在汽车驾驶室生产线上的广泛应用。

2　试验的意义

随着镀锌钢的大量应用,也就要对其焊接性能及点焊工艺参数有所了解。本试验研究基于热镀锌钢(03AlZn)的点焊,用正交设计法和方差分析法对焊接工艺参数进行优化处理,从而获得最佳工艺参数。近年来,为防腐蚀,国内外汽车大量使用镀锌钢板,因为车身腐蚀部位常常是漆不能完全涂到的地方。锌对钢板的防护有两方面。首先是屏障作用,即生锈时先腐蚀锌,后腐蚀钢,但锌比钢的腐蚀速度慢;其次是锌对钢的阴极保护作用。据有关资料介绍,当镀锌层厚度大于40g󰃗223

m(平均厚度5.56×10mm)时,该值难以保证10年内汽车零部件不出现蚀孔。只有当镀层重量

223

大于60g󰃗m(平均厚约8.3×10mm),才能达

到这一要求[6]。

3　镀锌钢板的点焊焊接特点

镀锌钢的焊接比低碳钢困难得多,镀锌钢板

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薄板点焊工艺及性能研究——温家伶　黄志军　黄小军　包立斌

点焊规范有下列主要特点:

1)　焊接电流大,适用电流范围窄。

点焊时由于电流分布变化的影响使两焊件间的接触面上热源强度降低,为保证焊接区必要的电流密度,必须加大焊接电流。试验证明:锌层越厚,越不利均匀,所需的焊接电流越大。

2)　焊接时间长

镀锌钢点焊焊接时间比同厚的低碳钢稍长,以使两焊件间的熔化锌层能均匀挤于焊接区周围,焊后锌层均布于焊点周围,可保持原有的保护作用。

3)　电极压力稍大

镀锌钢点焊所需焊接电流很大,为避免产生飞溅,在加大焊接电流、增加焊接时间的同时,要求采用略高的电极压力,将熔化的锌层挤到焊接区周围,降低残余在熔核内部的锌含量,减少发生裂纹的可能性。

焊点强度试验采用140mm×20mm试片,长度方向搭接(搭接长度20mm),在拉伸机上进行拉伸,失效破坏过程中最大力为该接头的拉剪强度。

4.2　镀锌板与镀锌板焊接工艺参数

预选试验的焊接工艺参数见表1。针对各因素对点焊焊接质量影响的程度,选择焊接时间、焊接压力和焊接电流作为试验的重点工艺参数,根据正交表的选用原则,选用L9(34)正交表,见表2。其中A表示电流,B表示时间,C表示压力。

表1　镀锌板与镀锌板焊接工艺参数

参　　数电流(A)A焊机焊接电流档数焊接时间(Hz)焊接压力(N)焊机焊接压力档数1850061235003.8295006.51040004.5

375005.8845005

4　试验方法

4.1　试验条件和方法5　试验结果分析及讨论

5.1　正交设计结果分析

试验材料采用1.2mm双面镀锌钢板,牌号为03AlZn。点焊设备采用上海电焊机厂生产的SO432NT-5A型脚踏开关气动加压式焊机,电极直径为5mm。

列　　号

试验号

1234567

1A1112223330.9281.3920.7320.6601634017416142383178

234C1233122311.0400.8841.1280.24416080162701626

根据试验结果运用正交表进行极差分析计算,其结果见表2。

表2　镀锌钢板焊接结果正交分析表

焊点凹陷深度

(mm)

0.30.3080.2560.5920.5040.2960.2800.2800.172

凹陷深度拉剪力

󰂪󰂫󰂬极差󰂪󰂫󰂬极差

因　　子BA×B1122331223311321321.2360.9401.0921.0720.7241.0400.5120.132

16816312150341614

1638015734158806

拉剪力

(N)

5818596858165557025014486043

焊点质量无飞溅未开焊无飞溅未开焊无飞溅未开焊稍微飞溅未开焊稍微飞溅未开焊无飞溅未开焊无飞溅未开焊无飞溅未开焊无飞溅开焊(1)焊点凹陷深度高因子主次顺序为:ABC;(2)拉剪力因子主次顺序为:ABC;(3)最优点焊工艺参数组合为A1B1C1。

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武汉造船　2000年第1期(总第130期)

　　由于在试验中主要以拉剪力衡量焊点质量因此在进行参数优化时首先应保证拉剪力满足要求,而焊点凹陷深度是衡量汽车点焊时焊点外观美观程度的主要指标。通过极差分析便可判断在9个试验点中,拉剪力最大的是第5号试验点,其次为第1号试验点。因此较优参数组合为A2B2C1,其次为A1B1C1。从极差中也可看出各因子的主次顺序为A、B、C。对于焊点质量而言,我们希望既无飞溅,焊点抗拉剪强度又最大,从而制定出最佳工艺参数。由于组合参数A2B2C1首先稍有飞溅,再者焊点凹陷深度又最大,这将在汽车点焊中产生不良影响,因此选取参数A1B1C1作为最佳工艺参数。其点焊后非但焊点凹陷深度较浅,而且拉剪力也和参数A2B2C1差不多。所以由极差分析法得到的最佳工艺参数为:

焊接电流(A)=8500A;焊接时间(B)=12Hz;焊接压力(C)=3500N。5.2　方差分析

表3　试验结果方差分析表方差来源

ABC所示。方差分析正是将因子水平(或交互作用)的变化所引起的试验结果间的差异与误差的波动所引起的试验结果间的差异区分开来的一种数学方法。

　　由上述正交设计和方差分析表明:正交设计中由焊点凹陷深度和拉剪力的极差表明,因子的主次顺序为ABC,这说明焊接电流对焊点质量影响最大,焊接时间次之,焊接压力最小。用方差分析也得到了相同的结论。

6　结论

1)运用正交设计,可以做少量试验而得出优

化的结果,从正交设计中得出焊接电流对焊点质量影响最大,通过方差分析也得出同样的结论。

2)镀锌板在焊接中,焊接电流、焊接时间、焊接压力与低碳钢相比都要稍大。

3)确定了厚度为1.2mm的03AlZn双面镀锌钢板应采用A1B1C1为最佳点及焊工艺参数。

参考文献

1　中国机械工程学会焊接学会电阻焊(󰂬)专业委员会.

偏差平方和1741762.667483468674.667

自由度F比

222

190885.521.13

显著性高度显著有一定影响不显著

电阻焊理论与实践.北京:机械工业出版社,1994.1

2　林之宝,黎明,吴林.计算机在焊接中应用现状及发展

前景.焊接,1998(1):2～4

3　于宝晨,郭迎春,张轶傅.OBM2D120微处理机在多点

极差分析法只要对试验做少量的分析计算,通过综合比较即可得出最优生产条件。但极差分析法

不能把改变试验条件引起的数据波动和试验误差引起的数据波动区别开来,也不能判断所考察的因素对性能作用的显著性。为了弥补极差分析法的这个缺点,我们采用方差分析,分析结果如表3

焊机中的应用.电焊机,1987(4):18～20

4　朱锦洪,黄石生,李发兴.点焊机器人焊接系统的控制

研究.电焊机,1995(1):14～17

5　熊腊森,彭振国,陈一坚.IR761󰃗125型点焊机器人在平头

驾驶室总生产线上的应用.电焊机,1998(5):10～13

6　韩新洲.镀锌钢板中的点焊研究.电焊机,1994(4):34

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武昌造船厂承接

国内内河最大液化气运输船建造任务

　　2月15日,武昌造船厂与武汉长茂公司签订了2300m3液化汽船建造合同,该船是目前我国内河运输能力最大的液化气运输船。

该船的建造是借鉴国外先进内河液化气运输方式,利用长茂公司原有的1500t甲板驳改装成液化气运输驳船;采用大马力推轮顶推(拖),组建

大吨位长江(内河)液化气运输船队,实现液化气船在长江(湘江)一带内河流域运输延伸服务的设想。

这种借鉴国外成熟的造船经验、先进技术的改建方式是长茂公司的新的尝试。该船改建工程预计2000年底完成。

杨

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