10.16638/jki.1671-7988.2021.04.058
吕宗敏，史光辉，郭艳杰，邢文涛，李琦
（奇瑞商用车（安徽）有限公司河南分公司，河南开封475000）投篮训练机
摘要：文章分析了拉弧式螺柱焊的良品条件，包含焊接电流、焊接时间、螺柱提升高度、螺柱伸出长度、焊状态等。焊接电流和焊接时间是对接头质量影响最大的焊接规范参数。文章结合实际生产案例，为螺柱焊接质量问题解决提供了模式化思路。弧焊对搭铁螺栓组合件影响较大，导致力矩衰减，需增加预紧力矩。 关键词：拉弧式电弧螺柱焊；焊接质量；焊接规范
珍珠风
中图分类号：U461.99 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)04-189-03
Quality Specification of Stud Welding
料罐
Lv Zongmin, Shi Guanghui, Guo Yanjie, Xing Wentao, Li Qi
（Chery Commercial Vehicle (Anhui) Co., Ltd. Henan Branch, Henan Kaifeng 475000）
Abstract: The good conditions of drawn-arc stud are analyzed, including welding current, welding time, stud lifting height, stud elongation length, welding gun status and so on. Welding current and time are the two important determinants of joint quality in welding conditions. Based on the actual production case, this paper provides a model idea for solving stud welding quality problems. Arc welding has a great influence on the bonding, which leads to the moment attenuation, the pretightening moment needs to be increased.
Keywords: Drawn-arc stud; Welding quality; Welding conditions
CLC NO.: U461.99 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)04-189-03
1 引言
螺柱焊接是将直径2~25mm的螺柱或柱状金属高效、低成本、全断面熔合焊接在金属表面的一种特种焊接工艺。其随汽车工业的发展而得到广泛应用，因其具有如下几方面的优点：焊缝全断面熔合，焊缝强度高、焊接瞬间完成，工作效率高、金属材料的应用范围广、热影响区小，焊接母材变形小。对
于白车身焊接工艺，螺柱焊接质量直接影响整车装配，为提高螺柱焊接质量，需规范焊接控制方法，提高整车装配性。2 螺柱焊工艺规范
2.1 螺柱材质
螺柱材质一般分为两大类：一类是钢芯+镀层，镀层为铜或铬，防腐蚀性，镀铜或镀铬处理不仅提高其焊接导电性，而且起到防锈蚀的作用，稳定焊接过程，提高焊接质量；一类为铝制螺柱，铝具有良好的导电性、导热性、抗腐蚀能力。铝焊接时的特征是和氧的高亲和力，氧化层的熔点较高，密度大，增加夹渣、未熔合地风险；熔点为660℃左右，铝的焊接温度区间比较窄[1]。鉴于铝焊接特殊性，多采用短周期焊接方式，采用“直流反接”，利用正离子的轰击雾化作用，清除工件表面的氧化层。
2.2 焊接参数的设定和选取
2.2.1 焊接电流和焊接时间的选择依据
作者简介：吕宗敏（1987-），男，硕士学历，就职于奇瑞商用车（安
徽）有限公司河南分公司，主要从事汽车焊装技术研究。
189
汽车实用技术
190拉弧式电弧螺柱焊的焊接参数主要包含焊接电压、焊接
电流和焊接时间。其可以产生稳定的电弧，加热并熔化螺柱端面和工件接合面。焊接电压取决于电弧长度，也即稳定的螺柱提升高度。提升高度低，容易出现短路现象，电弧燃烧不稳定甚至造成“缩颈”现场；提升高度过大时，焊接热输入增大，但是长电弧易产生“磁偏吹”[2]，影响焊接质量。所以，螺柱提升高度是决定焊接质量的一个重要参数[3]，根据公司实践经验，提升高度设置为1.2 mm~1.5 mm。
根据螺柱焊焊接工艺，在其他条件稳定的情况下，螺柱焊接质量的良品条件主要控制焊接电流和焊接时间。一般螺柱焊接端面直径与焊接电流的关系为I=（φ+1）×100A，与焊接时间的关系为T=φ×4ms。不同规格螺柱的焊接参数设定如表1所示，参数的设置基本符合上述两个公式。
表1 不同规格螺柱的焊接参数
2.2.2 引弧电流和引弧时间
除焊接电流和时间的关键参数外，焊接参数还包括引弧电流和引弧时间，如图1所示。焊接时，接通大电流前，先施加较小电流能起到引弧的作用，主要应用于逆变短周期拉弧焊接。短周期电弧螺柱焊[4]具备普通电弧螺柱焊和电容储能电弧螺柱焊二者工艺的优点。一般都是采用强规范焊接方式，即大电流短时间。在实际案例中，多采用三电流的控制方式，即：1）在焊接开始时，利用一小电流（约30~60A）进行引弧预热，持续几十毫秒；2）瞬间施加大焊电流稳定燃弧，熔化螺柱及板间结合面；3）电弧熄灭，螺柱在弹簧力的作用下侵入熔池，进入顶锻阶段，缓慢冷却；冷却凝固形成全断面熔合的焊缝。其中，小电流触发的先导电弧作用是清除工件表面油污、预热接合面及诱发电弧。引弧电流及引弧时间的设定也具有一定的规则：引弧电流太小或时间太短，则起不到相应作用；引弧电流过大则导致焊接熔池的提前出现，不利于工件表面污物的清理，影响焊接质量。
图1 短周期拉弧螺柱焊焊接过程
2.2.3 顶锻电流和顶锻时间
当达到设定的焊接时间后，电弧熄灭，螺柱在弹簧力的作用下侵入熔池，进入顶锻阶段。顶锻的作用是封闭螺柱与工件间断面的间隙和液态金属，防止熔池被氧化，防止生成氧化物夹渣。顶锻的过程中施加保温电流，能够使熔池缓慢冷却，降低焊缝的残余应力，以达到正火的目的，提高焊缝的强度。
家庭信息箱3 螺柱焊接质量评定规则
作为实施螺柱焊焊接工作的主体，所有对最终的焊接质量产生影响的人员必须通过相关的岗位技能培训后，才可以执行相关工作。螺柱焊接质量的评定标准显得尤其重要，解决质量问题前应该全面地了解缺陷的种类及缺陷外观表现。表2为典型的螺柱焊接后质量对比卡，共计列举了4种常见螺柱焊接后状态和2种螺柱强度检验方法。
表2 螺柱焊焊接后质量对比卡
4 案例分析
后地板后纵梁螺柱出现批量虚焊、过烧等质量问题，螺柱焊接不良率为30%左右，如图2所示。螺柱规格为M6×14（端面Ф7mm），纵梁板厚为1.8mm。针对焊接质量问题，从螺柱焊接的5个因素分析了焊接问题原因，包括焊接参数、螺柱焊、螺柱伸出长度、套筒夹具、地线，如图3所示。1）焊接参数。焊接参数现场核查：I=660A，t=50ms，参数设定在合理范围的下极限。同等参数下出现虚焊和熔池过大的两种情况，初步怀疑为电流输出不稳定。更换为逆变整流焊机。
吕宗敏 等：白车身螺柱焊接质量规范
191
2）螺柱焊。对螺柱电极夹头的垂直度进行核查，电极夹头歪斜约30°，且灭弧罩内侧焊渣堆积，电极夹头与焊渣接触，焊接时产生分流，导致实际焊接能量不稳定。更换焊钳，保证螺柱与板件保持垂直。3）伸出长度。螺柱伸出长度对于短周期螺柱焊接，电磁式焊提升高度调整原理：通过调整弹簧压紧量来控制电磁铁间距，灭弧罩调节提升高度和伸出长度分配，伸出长度+提升高度=电磁铁间距。电磁铁间距保持不变的情况下，提升高度会随着伸出长度的变化而变化，伸出长度1.2~1.6mm 为最佳。4）套筒夹具及地线。拉弧式电弧螺柱焊使用强规范（大电流、短时间）焊接，在外部磁场分布不均匀的情况下，易引起磁偏吹。而且会导致很多焊接质量问题，如螺柱端面熔化比例失衡、飞溅加剧导致焊缝填充金属减少，强度降低、焊缝气孔增加等。在焊接过程中，采取一定的措施可以减少磁偏吹的发生：焊接地线在工件两端对称接入，可以减小电流在工件中流过产生的磁场分布不均；定位套筒采用无铁磁性的铝制或材质。针对纵梁螺柱焊接质量问题，套筒已刚换为铝材质。对上述5个良品条件的分析，后地板后纵梁螺柱焊接质量满足要求。
a ）虚焊
b ）熔池过大 图2 后纵梁螺柱焊接质量问题图片
图3 焊接质量问题排查过程
5 其他处理方式对螺柱的影响
焊接设备的关键点在电源，螺柱焊电源的发展经历了四个阶段：直流弧焊发电机→普通整流式焊机→晶闸管整流式焊机→逆变焊机。在实际生产中，由于漏焊、虚焊、设备能力不足等多种原因，需要对螺柱或者搭铁螺栓组合件使用传统的弧焊工艺焊接，势必会引起其他的问题，本文列举两个典型问题进行分析。
划线仪
图4为M8搭铁螺栓组合补焊前后对比照片。搭铁螺栓组合由搭铁螺柱和盖型螺母组成，供应商装配打紧，力矩要求10±1N.m 。由图4a 所示，搭铁从前舱纵梁脱落，从焊接表面状态可以发现，焊接熔核小，搭铁表面与纵梁本体接触面
尺寸不足，造成承载不足。需要在线进行二氧补焊。补焊后的图片如图4b 所示。由于该搭铁涉及力矩为10 N.m ，二氧焊接热输入比较高，会使搭铁热膨胀再冷却，这个过程中会造成力矩的大幅衰减，实验结果显示，力矩衰减均值在3.0~4.0 N.m ，造成过涂电泳不良，导致电路接触不良。目前有两个解决方案：1）更换螺柱焊机，保证电流的稳定输出；2）增加预紧力矩，提高至13±1N.m 。经过验证，方案二稳定有效，如图5所示。
a ）补焊前
b ）补焊后
图4 搭铁螺栓组合补焊前后对比
图5 搭铁螺栓组合过电泳后状态
此外，对于总装车间需要安装螺母的螺柱，在进行二氧补焊时需要对螺柱进行防护，防止焊渣污染螺柱，防止出现螺母固定打滑问题。
6 结论
（1）拉弧式螺柱焊的良品条件包含焊接电流、焊接时间、螺柱提升高度、螺柱伸出长度、螺柱焊的状态等。合格的螺柱焊接质量是这几项良品条件的综合最优体现。
（2）通过现场案例分析，为螺柱焊接质量问题解决提供了模式化思路，对实际生产的螺柱焊接问题做出快速反应。树脂制品
（3）分析了弧焊对螺柱的影响，尤其对有力矩要求的搭铁螺栓组合件，需要在生产时关注力矩的衰减，通过增加预紧力矩达到整车设计效果。
参考文献
[1] 曲凌云，吴振华，刘娟娟.不同MIG 焊方法对6082铝合金焊接接头
力学性能的影响[J].焊接技术,2018,047(03):28-30.
[2] 池强，张建勋，付继飞，等.拉弧式电弧螺柱焊质量影响因素[J].电焊
机,2005,35(4):6-9.
[3] 张彭，陈国强，魏普，等.螺柱焊缺陷分析[J].汽车工程,2015,06:57- 59. [4] 包晔峰，廖海龙，张金辉，等.短周期螺柱焊在线分析系统[J].电焊机,
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