鋁點(diǎn)焊電極修磨常見問題及解決方案

摘要：隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，鋁合金材料因其輕質(zhì)、高強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性，在汽車白車身上的應(yīng)用日益廣泛。然而，鋁合金的點(diǎn)焊工藝相較于傳統(tǒng)鋼材料點(diǎn)焊具有更高的技術(shù)難度，特別是在電極修磨方面。探討了鋁點(diǎn)焊電極修磨過程中常見的問題，并提出相應(yīng)的解決方案，以提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：鋁點(diǎn)焊；電極材質(zhì)；電極修磨；刀片

輕量化一直是汽車工業(yè)發(fā)展追求的方向，輕量化已成為提升新能源汽車?yán)m(xù)駛能力、提升車輛燃油經(jīng)濟(jì)性、減少排放以及增強(qiáng)車輛性能的關(guān)鍵因素。鋁合金因其出色的比強(qiáng)度、良好的耐腐蝕性和可回收性，正逐步取代傳統(tǒng)的鋼材，成為汽車車身結(jié)構(gòu)中的重要材料。然而，鋁合金材料的應(yīng)用也給汽車制造工藝帶來了新的挑戰(zhàn)，特別是在焊接工藝方面。

鋁點(diǎn)焊作為一種高效、經(jīng)濟(jì)的連接技術(shù)，在鋁合金部件的焊接中發(fā)揮著重要作用。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速、高強(qiáng)度的連接，還能保持鋁合金材料的輕質(zhì)特性。然而，與鋼點(diǎn)焊相比，鋁點(diǎn)焊對(duì)焊接條件、電極狀態(tài)以及工藝控制的要求更為苛刻。電極作為鋁點(diǎn)焊過程中的關(guān)鍵部件，其修磨質(zhì)量直接影響焊點(diǎn)表面和內(nèi)部質(zhì)量，影響焊接接頭的質(zhì)量以及整個(gè)焊接過程的穩(wěn)定性。

在鋁點(diǎn)焊電極的修磨過程中，存在一系列常見問題，如電極與鋁合金材料的合金化反應(yīng)導(dǎo)致的燒損、電極表面氧化層的形成與黏著、修磨精度難以控制等。這些問題會(huì)引發(fā)焊接缺陷，影響焊點(diǎn)外觀質(zhì)量，甚至影響汽車的整體質(zhì)量和安全性。

因此，深入研究鋁點(diǎn)焊電極修磨過程中的常見問題，并提出有效的解決方案，對(duì)于提升鋁合金焊接質(zhì)量、延長(zhǎng)電極使用壽命、降低生產(chǎn)成本以及推動(dòng)汽車工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本文將從多個(gè)角度探討鋁點(diǎn)焊電極修磨的難點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出針對(duì)性的解決方案，為鋁合金焊接工藝的優(yōu)化提供有價(jià)值的參考。

鋁點(diǎn)焊常用電極材料介紹

由于鋁合金材料的焊接特性，其焊接電流較鋼點(diǎn)焊電流大很多，因此需要鋁點(diǎn)焊電極材料要具有高導(dǎo)電性。

常用鋁合金點(diǎn)焊所用的電極材料如下：

（1）鎢銅合金 將導(dǎo)電性好的鎢和導(dǎo)熱性好的銅混合制成，具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐磨性，使用壽命較長(zhǎng)，但價(jià)格相對(duì)較高[１]。

（2）銅基合金 如鉻銅、鈹銅、鎢銅等，這些合金通過添加鉻、鈹?shù)仍靥岣吡算~的硬度和高溫軟化性能，適用于鋁合金點(diǎn)焊。鉻銅（CrCu）電極具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和硬度，鉻元素的加入提高了銅的硬度和高溫軟化性能，使得鉻銅電極在高溫和高壓條件下仍能保持穩(wěn)定。鈹銅（BeCu），是一種常用的電極材質(zhì)，具有高強(qiáng)度、高硬度和優(yōu)異的導(dǎo)電性，其高軟化溫度使得鈹銅電極在焊接過程中不易變形，從而保證了焊接質(zhì)量。鎢銅（WCu）電極是將導(dǎo)電性好的鎢和導(dǎo)熱性好的銅混合制成，具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐磨性，使用壽命較長(zhǎng)。但其價(jià)格相對(duì)較高，焊接量大時(shí)成本較高。

（3）特殊材料 如氧化鋁彌散強(qiáng)化銅，這種材料具有優(yōu)異的抗蘑菇狀變形特性和抗黏連特性，能夠顯著提高焊接電極的使用壽命[3]。

電極自動(dòng)修磨流程和參數(shù)介紹

1.電極修磨流程

電極修磨流程如圖1所示。點(diǎn)焊開始后，點(diǎn)焊機(jī)器人開始計(jì)算所焊焊點(diǎn)的數(shù)量并反饋給PLC，PLC判斷達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)定的修磨條件后，PLC調(diào)取點(diǎn)焊機(jī)器人修磨程序進(jìn)行自動(dòng)修磨，修磨完成后焊點(diǎn)計(jì)數(shù)自動(dòng)清零。

2.電極修磨參數(shù)構(gòu)成

鋁點(diǎn)焊電極修磨參數(shù)主要由修磨頻次、電極壓力、修磨器刀片轉(zhuǎn)速和修磨時(shí)間構(gòu)成[4]。

（1）修磨頻次 指連續(xù)兩次修磨期間焊槍所焊接焊點(diǎn)的數(shù)量。由于鋁材質(zhì)點(diǎn)焊過程中電極表面極易黏接鋁液，如果不及時(shí)清理會(huì)影響電極導(dǎo)電性從而影響焊點(diǎn)表面和內(nèi)部質(zhì)量。鋁點(diǎn)焊電極修磨頻次一般為10～25點(diǎn)/次，如果對(duì)焊點(diǎn)外觀要求高的部位可適當(dāng)增加電極修磨頻次。

（2）電極壓力 指電極修磨過程中上下電極被施加的壓力，電極壓力常用設(shè)定值為500～1200N，實(shí)際一般根據(jù)電極材質(zhì)硬度在此區(qū)間進(jìn)行設(shè)置。

（3）修磨器刀片轉(zhuǎn)速 指電極修磨時(shí)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)速度，部分廠家也用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表示。常見轉(zhuǎn)速設(shè)定值為300～400r/min，一般工況配置的修磨器出廠后轉(zhuǎn)速為固定值，不可調(diào)整。轉(zhuǎn)速快慢影響電極壽命和修磨后電極表面清潔度，鋁點(diǎn)焊一般用低轉(zhuǎn)速進(jìn)行修磨。

（4）修磨時(shí)間 指電極在加壓狀態(tài)下修磨器刀片切削電極所持續(xù)的時(shí)間。鋁點(diǎn)焊電極修磨時(shí)間常用設(shè)定值為0.5～1.5s，修磨時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)減小電極使用壽命，修磨時(shí)間過短導(dǎo)致修磨不充分，影響修磨效果。

電極修磨常見問題及解決方案

鋁點(diǎn)焊常見電極修磨問題有表面振紋、表面凹陷凸起、表面黏銅屑、表面裂紋、中心偏移、表面刮痕及表面修磨不凈等。

1.表面花紋

產(chǎn)生原因及影響：電極修磨時(shí)電極中心軸線與刀具旋轉(zhuǎn)中心不同軸，電極桿剛性不足，修磨時(shí)電極發(fā)生橫向振動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生表面振紋。表面花紋可能導(dǎo)致焊點(diǎn)內(nèi)部質(zhì)量不良，焊核直徑不達(dá)標(biāo)，強(qiáng)度不足。

解決方案：

1）調(diào)整電極修磨時(shí)電極姿態(tài)即調(diào)整電極中心軸線與刀具旋轉(zhuǎn)中心同軸。

2）更換剛性更高的電極桿，確保剛性滿足要求。

3）增加修磨次數(shù)，采用兩次或多次修磨。

2.表面凹陷凸起

產(chǎn)生原因及影響：刀片有缺損，修磨時(shí)焊槍姿態(tài)有變化，上下電極釋放壓力不同步均可能導(dǎo)致電極表面凹陷凸起。電極表面凹陷凸起會(huì)引起焊點(diǎn)外觀凹陷、凸起等外觀缺陷，甚至引起焊點(diǎn)焊核小，影響焊點(diǎn)強(qiáng)度。

解決方案：

1）更換刀片。

2）調(diào)整修磨姿態(tài)，修磨后上下電極同步釋放壓力并同步退出修磨位。

3.表面黏銅屑

產(chǎn)生原因及影響：由于鋁點(diǎn)焊電極修磨量大，每次修磨時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的銅屑，銅屑容易黏到電極表面，再焊接時(shí)容易產(chǎn)生焊點(diǎn)表面凹陷、焊點(diǎn)表面花紋。如果表面銅屑較多會(huì)影響電極導(dǎo)電性從而影響焊點(diǎn)內(nèi)部質(zhì)量。

解決方案：

1）在電極修磨器刀盒上方增加壓縮空氣氣管，修磨過程中增加吹氣功能。

2）電極修磨器上增加銅刷，同時(shí)在機(jī)器人程序里添加一段軌跡，在電極修磨完成后電極經(jīng)過銅刷清理掉所黏銅屑。

3）更換修磨器刀刃數(shù)量，電極修磨器刀片組常見有兩刃、三刃、四刃，四刃刀片[２]容易堆積銅屑從而黏到電極表面，刀刃數(shù)量減少有利銅屑從刀盒中排出。

4.表面裂紋

產(chǎn)生原因及影響：電極冷卻水異常如流量不足，電極材質(zhì)問題均會(huì)導(dǎo)致電極修磨后表面裂紋。電極表面有裂紋會(huì)導(dǎo)致能量密度發(fā)生變化，產(chǎn)生焊點(diǎn)外觀不良的問題，影響焊點(diǎn)內(nèi)部質(zhì)量，從而引起焊點(diǎn)強(qiáng)度不足等缺陷。

解決方案：

1）檢查并確認(rèn)冷卻水流量是否異常。

2）檢查電極材質(zhì)。

3）手動(dòng)調(diào)用修磨程序進(jìn)行多次修磨，將裂紋清除干凈。

5.中心偏移

產(chǎn)生原因及影響：上下電極軸線錯(cuò)位，修磨時(shí)電極中心軸線與刀具旋轉(zhuǎn)中心不同軸均會(huì)導(dǎo)致修磨后電極中心偏移。中心偏移會(huì)導(dǎo)致焊接時(shí)電極與工件不垂直，焊接時(shí)易產(chǎn)生焊槍滑移，造成焊點(diǎn)外觀扭曲、馬蹄印，嚴(yán)重的還會(huì)引起焊核大小不合格、空洞等內(nèi)部缺陷，從而影響焊點(diǎn)強(qiáng)度。

解決方案：

1）校正上下電極位置，使上下電極軸線垂直。

2）調(diào)整修磨姿態(tài)，電極中心軸線與刀具旋轉(zhuǎn)中心同軸。

6.表面刮痕

產(chǎn)生原因及影響：刀盒中銅屑堆積、刀片上存在異物、修磨后電極打開速度過快均會(huì)導(dǎo)致電極表面刮痕。電極表面刮痕導(dǎo)致焊點(diǎn)表面產(chǎn)生花紋、不平整，還可能引起焊點(diǎn)內(nèi)部質(zhì)量缺陷。

解決方案：

1）清理刀盒中的銅屑。

2）檢查并確認(rèn)吹氣裝置是否工作正常。

3）檢查并確認(rèn)刀片表面狀態(tài)。

4）檢查并優(yōu)化修磨時(shí)電極打開速度。

7.表面修磨不凈

產(chǎn)生原因及影響：修磨器刀片磨損、修磨壓力不足、修磨時(shí)間不足均會(huì)導(dǎo)致表面修磨不凈。電極修磨不凈會(huì)影響電極導(dǎo)電性，會(huì)引起焊點(diǎn)表面凹凸不平、焊瘤等外觀缺陷；還可能會(huì)影響焊核大小從而影響焊點(diǎn)強(qiáng)度。

解決方案：

1）檢查并確認(rèn)刀片是否過渡磨損、及時(shí)更換刀片。

2）增加修磨時(shí)電極壓力。

3）增加修磨時(shí)間。

4）增加修磨次數(shù)。

結(jié)語(yǔ)

鋁點(diǎn)焊是輕量化技術(shù)發(fā)展中一項(xiàng)重要的連接技術(shù)，為工業(yè)發(fā)展帶來了很多的技術(shù)進(jìn)步，但鋁點(diǎn)焊的應(yīng)用過程中也存在一些問題需要不斷的去探索解決，如修磨缺陷。鋁點(diǎn)焊修磨過程中存在的問題是多方面的，但通過采取科學(xué)有效的解決方案，可以顯著提高焊接接頭的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

未來，隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，鋁點(diǎn)焊將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮更大的作用。本文的研究不僅為鋁點(diǎn)焊修磨提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)借鑒，也為后續(xù)的研究工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 劉磊，縱榮榮，李樂樂，等. 輕量化汽車電阻點(diǎn)焊技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].時(shí)代汽車，2019（3）：131-134.

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