热成形钢板凸焊工艺介绍及参数说明

热成形钢板凸焊工艺介绍及参数说明

1.前言：

由于热成形钢板的超高强度，具有极高的机械安全性，因此在汽车行业越来越多的被采用，使用部位集中在汽车的前/后保险杠骨架、A柱/B柱、中央通道及前后门防撞板等重点部位，这些部件上均有螺母及螺栓需要凸焊；而中频逆变式点凸焊机、电容储能式点凸焊机是热成形钢板与螺母、螺栓焊接的首选电阻焊设备。

前保险杠

A/B/C柱

门槛

2.工艺分析：

热成形钢板主体为马氏体，具有较高的屈服强度（大于1100MPa），较高的抗拉强度度（大于是1500 MPa），较高的硬高（大于45HRC），较小的延伸率（小于10%）；而且工件表面一般有镀层和氧化层；而凸焊螺母和螺栓则多为8.8级，少数为10.9级；两者不容易生成熔核或有效的固相联接，因此对凸焊设备的要求比较高；

在汽车行业用到的电阻焊设备主要有三种：工频交流点焊机、中频逆变直流焊机和电容储能式焊机，凸焊因其需要硬规范来焊接，即较短的焊接时间、较大的焊接电流和较大的焊接压力，因此两种直流焊机成为欧美汽车零部件企业凸焊设备的首选：中频逆变点凸焊机和电容储能式凸焊机；热成形钢板特殊的物理性能，使其对凸焊设备的要求更高：需要更高的峰值电流和更短的焊接时间，而电容式储能焊机具有极高的峰值和极短的焊接时间，因此其成为目前热成形钢板凸焊的最佳选择；

储能焊机是利用电容储存能量而在瞬时释放出电流，（有效焊接时间为5MS-16MS），集中大电流穿过凸点或凸台等小面积点时产生巨大热量而达致熔接效果，（达数万安培到几十万安培的次级电流）；

电容式储能焊机放电波形图

3.案例分析：

例1：苏州安嘉为某车型A柱螺母凸焊，板材为BTR165H热成形钢，厚度1.8MM;螺母为M10凸焊法兰螺母，三段月牙凸台；焊接要求：扭矩130N.M，推脱力8KN，螺纹无损伤，外观无明显损伤；

凸焊螺母示意图

汽车A柱示意图

3．1焊机：机型为DR-30000J，采用山形电极垂直加压；

电容式储能

名称

凸焊机

型号DR-30000J

充电电

100V-800V

压

加压方

气动加压

式

最大短

160000A

路电流

最大焊

29000 N

接压力

电极材铬锆铜

3．2焊接规范调整：

3．2．1在常规电阻焊工艺参数调整时，三个基本要素：焊接时间、焊接电流、焊接压力缺一不可，而在电容式储能焊机则无焊接时间调整这一项，焊接电流也是通过充电电压反映出来的，因此储能焊机规范调整主要是在焊接压力和充电电压之间匹配，特殊情况下会再加一项回火电压用于细化晶粒；

3．2．2本案热成形钢螺母凸焊工艺调整时需要克服的难点：1.焊接压力的设定，由于热成形钢板的强度较高，熔接时需要更大的压力，但凸焊螺母的强度较低，较大的压力会导致凸点过早的压溃，因此焊接压力最好采用马鞍形压力曲线，实用情况是阶梯状的二段压力更为普遍些，这样能保证凸点不过早压溃变形，又能在熔核生长后期不会产生太多的飞溅；2.充电电压的设定，过高的充电电压在焊接时产生过大的热量，螺母金属表现为挤出、飞溅，会造成两种情况，一是飞溅导致熔合联接面积减少（过烧），螺母推脱力下降，二是螺纹塞规无法通过；较低的充电电压则会导致熔接深度不够，出现螺母推脱力不达标和虚焊；

3．2．3工艺规范调整方法，两个焊接要素（充电电压和焊接压力）调整时需以其中一个为基础对另一数值做出调整匹配，不可同时调做出两项调整；此处应考虑到经验的运用，有类似的螺母凸焊的参数可以做为参考，能有效减少调整的次数，只是热成形板材的焊接需要更大的电流和压力，可以从同规格在普通材料上的测试数据做为起点开始调整，经过试焊及试验室验证找出最佳的数值；需要注意的时，在批量生产时应在试焊数据基础上加大3-5%，以满足产品其它原因造成的波动下限；

3．3焊接参数确认：

3．4工件推脱力及破坏测试：

测试设

备

扭力钣手、万能实验机、螺纹塞规

测试结

果

扭力﹥180 N.M；推脱力﹥12KN，螺纹无异常，外观无

损伤

例2：某车型B柱螺栓凸焊，板材为BTR165H热成形钢，厚度2.0MM;螺栓为M10凸焊螺栓，三凸点；焊接要求：推脱力8KN，螺纹无损伤，外观无损伤；

3．5焊接参数确认：

3．6工件推脱力及破坏测试：

4．电极部分工艺补充：

4．1在热成形钢版凸焊时由于焊接压力巨大、峰值电流非常高，因此焊接时对电极材料的要求很高，需要较高的软化温度、较高的导电率和较高的硬度，而弥散铜（氧化铝铜）具有这几种优势，（软化温度达950°），成为目前热成形钢板凸焊最合适的电极材料；

4．2定位销常用用的材质有胶木、陶瓷、KCF等，而近年欧美车企有用到氮化硅做为热成形钢板凸焊的定位销，因其使用寿命更长（20万次）、绝缘效果好、硬度高等特点，使其成为凸焊定位销材质的新宠，但因其价格昂贵，目前尚无普遍使用，但这是未来定位销的方向。

4．3热成形钢板凸焊时由于其物理特性和采用硬规范焊接，金属挤出的机率比较高，采用下电极吹气的方法能有效改善，在焊接时用较大的气压对焊接区域吹气，可以使挤出金属迅速氧化、燃烧，大幅减少挤出金属的粘附，保证螺纹的合格。

5．结束语

苏州安嘉通过对热成形钢板凸焊件的测试，在使用电容式储能焊机和合理工艺情况下，焊接后均能达到技术要求，甚至远高于技术要求，是理想的凸焊设备，也使得

热成形钢板的凸焊变得不那么困难；近年由于逆变技术的突飞猛进，中频逆变直流焊机的输出电流也不断提升，控制电流的爬升速率也越来越也高效，能模拟出电容式储能焊机的输出波形，使得中频逆变直流焊机凸焊热成形钢板上螺母和螺栓成为可能，也让热成形钢板的凸焊多了一个选择。

苏州安嘉自动化设备有限公司