采用電阻點焊工藝焊接凸焊螺栓應用研究

王浩名 范林

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

1 前言

凸焊螺栓作為白車身上常用的1 種標準件，其凸焊工藝常常需要將沖壓件運輸到凸焊機工位進行螺栓凸焊，最后再運輸至焊接工位進行下一序焊接。而點焊螺栓只需在點焊夾具上裝配凸焊螺栓，通過點焊工藝將凸焊螺栓與鈑金連接。在汽車制造工業中大量使用電阻點焊，只有對不同材料、不同料厚選擇不同的焊接工藝參數，才能實現優質焊接接頭[1]。 選用厚度 1.8 mm，材料GX420LAD+ZF 鍍鋅鋼板為對象，驗證了M6 凸焊螺栓通過電阻點焊連接的可行性。

2 螺栓電阻點焊的優越性

a.物流成本低。相比凸焊工藝，電阻點焊無需將零件物流運輸到凸焊工位。

b.生產成本低。無需購買凸焊機，無需布置凸焊場地。同時，可以節省1名螺栓凸焊操作工，降低人工成本約12萬元/年；節省物流費用約2萬元/年。

c.操作工勞動強度低。對于縱梁等大件的螺栓焊接，操作工無需扛著大件在凸焊機上凸焊螺栓，勞動強度大大降低。

3 試驗材料和設備

3.1 試驗材料

試驗材料為GX420LAD+ZF鍍鋅板，厚度1.8 mm，母材化學成分和力學性能如表1 和表2 所示，試片外形和尺寸如圖1 所示。螺栓選用M6 的3 點凸焊螺栓。

表1 GX420LAD+ZF化學成分（質量分數） %

表2 GX420LAD+ZF力學性能

圖1 試片外形和尺寸

3.2 試驗設備

試驗采用UCH-C5872 工頻點焊機進行焊接，電極材料為銅，電極帽尺寸為16 mm。焊接工裝如圖2 所示。

圖2 M6螺栓點焊焊接工裝

4 試驗方法

本試驗選取凸焊螺栓外觀質量、撕破壞外觀質量、扭矩、剝離力和螺紋通過性檢查5 個指標作為M6 凸焊螺栓焊接質量考核指標。

a.在試片上預先用激光割直徑為6.2 mm螺栓底孔，然后通過調節焊接參數獲得最佳點焊焊接參數，再用電阻點焊槍將M6凸焊螺栓與試片焊合；

b.檢查點焊螺栓外觀質量是否滿足標準要求；

c.通過錘子施加外力作用在M6 凸焊螺栓上面，將螺栓與母材徹底剝離，檢查是否有2 個以上焊腳從母材剝離；

d.使用扭力扳手檢測扭矩是否滿足標準要求；

e.通過拉伸機進行頂出壓潰試驗，將焊接好的M6凸焊螺栓和試片進行破壞性分離，獲得剝離力值并進行撕破壞檢測，驗證是否滿足破壞試驗要求；

f.用M6 螺母擰緊M6 凸焊螺栓，檢查螺母是否能擰到底，能否順利裝配。

5 試驗過程

5.1 參數調試

根據焊接經驗逐步調試焊接參數，確定材料為GX420LAD+ZF鍍鋅板，厚度1.8 mm凸焊M6凸焊螺栓的最佳焊接參數。影響焊接質量的主要因素有焊接時間、焊接壓力、焊接電流，通過調整這3 個參數得出最佳組合。試驗采用16 mm 電極帽，總共進行11 組試驗，每組試驗焊接3 片試片，每片試片焊接4個螺栓。檢查剝離力、外觀質量、剝離后的外觀質量及飛濺情況4個質量指標，如表3所示。

表3 焊接參數調試數據

根據檢驗標準要求發現，在這11 組試驗中，1～4 組參數虛焊，不符合要求，5～8 組參數焊接不穩定，10 組、11 組參數焊接飛濺過大。第9 組焊接參數滿足各項指標要求。因此，本次焊接試驗參數選擇壓力為4.15 kN、焊接電流1 為8.8 kA、焊接時間1 為400 ms、焊接電流2 為12 kA、焊接時間2為520 ms。

5.2 穩定性試驗

根據調試的焊接參數壓力4.15 kN、焊接電流1為8.8 kA、焊接時間1為400 ms，焊接電流2為12 kA、焊接時間2 為520 ms，連續焊接了100 片試片，每片焊接4 個凸焊螺栓，共400 個凸焊螺栓用做外觀質量檢查、撕破壞檢查、扭矩測試、剝離力檢測和螺紋通過性檢查。

6 試驗結果和分析

6.1 外觀質量檢查

參照凸焊螺栓強度技術規范，進行外觀質量檢查，如表4 所示。

表4 凸焊螺栓外觀質量檢查

6.2 撕破壞檢查

參照凸焊螺栓強度技術規范，螺栓撕破壞外觀質量要求如表5 所示。

表5 凸焊螺栓撕破壞外觀質量要求

通過錘子等工具施加外力作用在螺栓上面，直到螺栓和試片完全分離，破壞后觀察母材撕裂情況，判斷螺栓焊接質量是否合格。從穩定性試驗中隨機抽取16 個螺栓做全破壞試驗，試驗結果如圖3 所示。

圖3 全破壞試驗

根據全破壞試驗結果，螺栓破壞后從母材上撕裂出2 個孔，合格。

6.3 扭矩檢測

參照凸焊螺栓強度技術規范，M6 凸焊螺栓最小扭矩標準應≥6.96 N·m。將M6 六角法蘭面螺母套入螺栓，用套筒擰緊，套筒擰緊以后離鈑金應有一定的間隙。調節扭力扳手扭矩至規定值后，將扭力扳手接頭套入套筒中施加扭矩“T”來檢測螺栓的抗扭強度，如圖4 所示。

圖4 扭矩檢測方法

檢測時對焊接螺栓施加上述扭力載荷，若螺栓焊接部位無脫落或者裂紋，則螺栓視為滿足抗扭強度要求。從穩定性試驗的試片中選取螺栓，隨機抽取30個螺栓做扭矩試驗，扭矩檢測結果如表6所示。

表6 扭矩檢測結果

根據檢測結果，隨機抽取的30 個點焊螺栓扭矩值全部＞6.96 N·m，滿足標準要求。

6.4 剝離力檢測

參照螺栓凸焊強度技術規范，M6凸焊螺栓凸焊在1.8 mm母材上的最小剝離力標準應≥2 500 N。

檢測時利用輔助工裝將點焊螺栓試片固定以后，施加上述壓力將螺栓與母材頂出，若螺栓的焊接部位無剝落或者裂紋，則焊接強度合格，檢測過程示意如圖5 所示。從穩定性試驗的試片中選取螺栓，隨機抽取40 個螺栓做剝離試驗，剝離力檢測結果見表7 所示。

表7 剝離力檢測結果

圖5 點焊螺栓剝離力檢測

根據檢測結果，隨機抽取的40 個點焊螺栓剝離力值全部＞2 500 N，滿足標準要求。

6.5 螺紋通過性檢查

從穩定性試驗的試片中選取螺栓試片，隨機抽取20 個螺栓做螺紋通過性檢查，要求螺栓螺紋處無殘留焊渣、螺紋無燒蝕缺陷，螺母能完全擰到底。檢查結果如圖6 所示。

圖6 螺紋通過性檢查

7 結論

a.試驗獲得了材料為GX420LAD+ZF 鍍鋅板，厚度1.8 mm 的最佳焊接工藝參數，其中焊接電流是影響點焊M6 螺栓接頭剝離載荷的最大因素。

b.當焊接參數壓力為4.15 kN、焊接電流1 為8.8 kA、焊接時間 1 為400 ms、焊接電流 2 為12 kA、焊接時間2 為520 ms 時，點焊M6 螺栓試片扭矩、剝離力均滿足標準要求，并且外觀質量良好，焊核內部無缺陷。

c.采用電阻點焊工藝焊接M6 螺栓試驗證明是可行的，并且已經搭載在某量產車ET 軟模試制。