CN106425070B - 镀锌钢板的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种镀锌钢板的焊接方法，包括如下的步骤：预压步骤，将待焊接的镀锌钢板贴合并由焊接电极对焊接点施加预压压力。预热步骤，焊接电极接通预热电流并持续预热时间，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力。预冷却步骤，切断焊接电极的电流但保持焊接电极的焊接压力，预冷却步骤持续预冷却时间。爬坡焊接步骤，焊接电极接通爬坡电流并持续爬坡时间，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力，所述爬坡电流在爬坡时间内由起始电流逐步增加至最终电流。稳定焊接步骤，焊接电极维持接通最终电流并持续稳定时间，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力。冷却步骤，切断焊接电极的电流但保持焊接电极的焊接压力，直至熔核冷却结晶。

Description

镀锌钢板的焊接方法
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，更具体地说，涉及汽车钢板的焊接技术。
背景技术
近年来，汽车的耐腐蚀性能有了越来越严格的要求，传统的冷轧钢板已不能满足这方面的需求，镀锌钢板由于其表面致密的镀锌层能有效阻止钢铁的腐蚀受到越来越多汽车厂商的使用。
在汽车的制造过程中，需要大量使用到焊接技术来对钢板进行焊接。镀锌钢板与传统无镀层冷轧钢板相比，由于其表面镀锌层的存在，会对焊接工艺造成影响。由于锌的熔点较低，在通电加热时锌先于钢板融化从而在熔核周围形成锌环，锌环具有分流作用，同时由于电流边缘效应的影响，部分液态锌在锌环上聚集形成明显的锥形凸起，称之为镀锌钢板点焊凸点。镀锌钢板焊凸点会影响板材的表面质量。比如常见的车用点焊标准中对钣金件(板材)的焊点表面质量有着严格要求，其中对于汽车外覆盖件(如四门、前盖、后盖)处焊点要求表面质量等级为OG1：经过“金属表面最终处理”之后，板材表面上必须没有标记和杂质，从而使标记和杂质在油漆涂装后不能被看到(可视范围)，超过板件厚度的10％的标记必须在尤其涂装前进行处理。
随着客户购车眼光的愈发挑剔，汽车外覆盖件的镀锌钢板点焊凸点使板材表面不平整，影响车身钣金平整度和整体美观的问题被急剧放大，也受到客户的极大抱怨。为了消除这些点焊凸点，现有技术中采用的方式是在焊接完成后对焊点表面进行打磨，以打磨的方式来消除镀锌钢板点焊凸点。但焊点打磨需要耗费大量的人力物力，严重降低劳动生产率。
发明内容
本发明旨在提出一种镀锌钢板的焊接方法，在焊接过程中就能减少点焊凸点的产生。
根据本发明的一实施例，提出一种镀锌钢板的焊接方法，包括如下的步骤：
预压步骤，将待焊接的镀锌钢板贴合并由焊接电极对焊接点施加预压压力；
预热步骤，焊接电极接通预热电流并持续预热时间，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力；
预冷却步骤，切断焊接电极的电流但保持焊接电极的焊接压力，预冷却步骤持续预冷却时间；
爬坡焊接步骤，焊接电极接通爬坡电流并持续爬坡时间，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力，所述爬坡电流在爬坡时间内由起始电流逐步增加至最终电流；
稳定焊接步骤，焊接电极维持接通最终电流并持续稳定时间，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力；
冷却步骤，切断焊接电极的电流但保持焊接电极的焊接压力，直至熔核冷却结晶。
在一个实施例中，预压压力为焊接压力的1.1～1.3倍。
在一个实施例中，焊接压力为2KN～6KN。
在一个实施例中，预热电流为4KA～6KA，预热时间为40ms～100ms。
在一个实施例中，预冷却时间为20ms～50ms。
在一个实施例中，起始电流与预热电流满足预热电流≤起始电流≤1.2* 预热电流。
在一个实施例中，爬坡电流在爬坡时间内由起始电流线性增加至最终电流。
在一个实施例中，起始电流为4KA～7KA，爬坡时间为50ms～150ms。
在一个实施例中，最终电流为6KA～12KA，稳定时间为200ms～400ms。
在一个实施例中，焊接电极的端面直径为5mm～7mm，焊接电极的材质是铬锆铜或氧化铝铜。
本发明的镀锌钢板的焊接方法采用两段式的焊接工艺，根据镀锌钢板的特点设计了大电流短时间的焊接方案，能显著减少在焊接过程中产生的点焊凸点。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明的一实施例的镀锌钢板的焊接方法的流程图。
图2揭示了根据本发明的一实施例的镀锌钢板的焊接方法中焊接电流变化的示意图。
具体实施方式
通过试验，申请人发现镀锌钢板点焊凸点的产生与焊接时间存在直接关系。焊接时间越长，点焊凸点的凸起越大，表面越不平整。焊接时间越短，点焊凸点的凸起越小，表面越平整。而点焊凸点的产生与焊接电流的大小关系不大，焊接电流的大小并不显著影响点焊凸点的平整度。因此，镀锌钢板点焊凸点是对焊接时间十分敏感的。根据热量输入公式Q＝I2Rt可知，大电流短时间和小电流长时间可以获得相同的热量输入，并且由于电流是平方关系，增大电流后可以使得焊接时间显著缩小。基于镀锌钢板点焊凸点对于焊接时间敏感而对于焊接电流不敏感的特点，采取大电流短时间的焊接方式可获得足够的热量输入，保证焊点表面质量。
为了避免大电流焊接引发局部温度突变给镀锌钢板造成损伤，本发明的焊接方法采用了两段式的焊接：先进行预热，再采用大电流焊接。本发明的焊接方法所使用的焊接电极的端面直径为5mm～7mm，焊接电极的材质是铬锆铜或氧化铝铜。其中，采用氧化铝铜焊接电极更佳，氧化铝铜焊接电极中加入了细小的氧化铜颗粒，能产生弥散强化，使得热稳定性更好，软化温度高达930℃，同时具有良好的导电导热性，氧化铝铜焊接电极寿命是铬锆铜焊接电极的5倍以上。
参考图1所示，图1揭示了根据本发明的一实施例的镀锌钢板的焊接方法的流程图。该镀锌钢板的焊接方法包括：
102.预压步骤。将待焊接的镀锌钢板贴合并由焊接电极对焊接点施加预压压力Fn。在预压步骤中，将两张待焊接的镀锌钢板贴合并固定，然后通过焊接电极对焊接点施加预压压力Fn。施加预压压力Fn的目的是建立稳定的电流通道，以保证焊接过程获得重复性好的电流密度。预压压力Fn会略微大于焊接过程中所施加的焊接压力F。在一个实施例中，预压压力Fn为焊接压力F的1.1～1.3倍。在板材厚度或刚度不大时，预压压力Fn可以选择为焊接压力F的1.1～1.2倍。在板材厚度或刚度较大时，预压压力Fn可以选择为焊接压力F的1.2～1.3倍。
104.预热步骤。焊接电极接通预热电流I1并持续预热时间t1，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力F。在焊接过程中由焊接电极施加焊接压力F 的目的同样是建立稳定的电流通道，以保证焊接过程获得重复性好的电流密度。在一个实施例中，焊接压力F为2KN～6KN。需要留意的是，焊接压力需要根据板材的厚度和刚度来进行调节。相对于板材的厚度和刚度而言，如果焊接压力F过大，则焊接区域接触面积变大，焊接电流密度和总电阻缩小，焊接散热加速，会造成熔核尺寸缩小，焊点压痕过深，同时也会造成焊点表面锌环凸点。因此，对于常见的板材的厚度和刚度来说，焊接压力F的较佳取值为2.5KN～4KN。如果板材的厚度和刚度较小，则可以减小焊接压力F，比如减小至2KN～2.5KN之间，如果板材的厚度和刚度较大，则可以增加焊接压力F，比如增加至4KN～6KN之间。当焊接压力F的取值有所不同时，相应的预压压力Fn的取值也会相应变化，预压压力Fn的大小与焊接压力F的大小之间满足前述的要求。在预热步骤中，镀锌钢板表面的镀锌层在预热电流I1的作用下先融化形成锌的导电流体，锌的导电流体在焊接压力F的作用下被挤出熔核区域。在一个实施例中，预热电流I1为4KA～6KA，预热时间 t1为40ms～100ms。
106.预冷却步骤。切断焊接电极的电流但保持焊接电极的焊接压力F，预冷却步骤持续预冷却时间t2。在一个实施例中，预冷却时间t2为 20ms～50ms。
108.爬坡焊接步骤。焊接电极接通爬坡电流并持续爬坡时间t3，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力F，爬坡电流在爬坡时间t3内由起始电流I2 逐步增加至最终电流I3。在爬坡焊接步骤中，爬坡电流分为两段：短时爬坡电流和稳定的焊接电流。爬坡电流在爬坡时间t3内由起始电流I2逐步增加至最终电流I3。在一个实施例中，爬坡电流在爬坡时间t3内由起始电流I2线性增加至最终电流I3。起始电流I2与预热电流I1满足下述关系：I1≤I2≤1.2*I1。在一个实施例中，起始电流I2为4KA～7KA，爬坡时间为50ms～150ms，最终电流I3为6KA～12KA。
110.稳定焊接步骤。焊接电极维持接通最终电流I3并持续稳定时间t4，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力F。在爬坡电流增加至最终电流I3后，持续稳定时间t4进行稳定焊接。在一个实施例中，稳定时间t4为 200ms～400ms。
112.冷却步骤。切断焊接电极的电流但保持焊接电极的焊接压力F，直至熔核冷却结晶。在焊接电极的电流切断后，熔核散热冷却结晶。此散热冷却结晶的阶段，液态金属处于封闭的塑性壳中，冷却收缩时易形成缩孔、裂纹等缺陷，因此需要焊接电极保持焊接压力来压缩熔核体积。
图2揭示了根据本发明的一实施例的镀锌钢板的焊接方法中焊接电流变化的示意图。如图2所示，可以见到本发明的镀锌钢板的焊接方法中焊接电流的变化过程：
首先是接通预热电流I1并持续时间t1。然后切断电流进行预冷却，预冷却的持续时间是t2。之后再次接通电流，电流开始爬坡，在爬坡时间t3内爬坡电流由起始电流I2线性增加至最终电流I3。在爬坡电流到达最终电流I3 后进行稳定焊接，以最终电流I3维持稳定时间t4。
本发明的镀锌钢板的焊接方法采用两段式的焊接工艺，根据镀锌钢板的特点设计了大电流短时间的焊接方案，能显著减少在焊接过程中产生的点焊凸点。
下面的表1为一实施例中不同焊接参数对应的焊点表面质量和熔核直径的评价结果。两种板材的厚度分别为h1和h2，且h1≤h2。关于焊点表面质量，根据表面质量评价标准，对于外覆盖件表面的焊点，其凸点厚度不超过最小板厚的10％，即凸点厚度h0≤0.1h1，若满足该条件则记为○，不满足该条件则记为×。关于焊点熔核直径，根据接触点焊标准，熔核直径应满足若满足该条件则记为○，不满足该条件则记为×。
表1
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种镀锌钢板的焊接方法，其特征在于，包括：
预压步骤，将待焊接的镀锌钢板贴合并由焊接电极对焊接点施加预压压力(Fn)；
预热步骤，焊接电极接通预热电流(I1)并持续预热时间(t1)，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力(F)；
预冷却步骤，切断焊接电极的电流但保持焊接电极的焊接压力(F)，预冷却步骤持续预冷却时间(t2)；
爬坡焊接步骤，焊接电极接通爬坡电流并持续爬坡时间(t3)，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力(F)，所述爬坡电流在爬坡时间(t3)内由起始电流(I2)逐步增加至最终电流(I3)；
稳定焊接步骤，焊接电极维持接通最终电流(I3)并持续稳定时间(t4)，同时由焊接电极对焊接点施加焊接压力(F)；
冷却步骤，切断焊接电极的电流但保持焊接电极的焊接压力(F)，直至熔核冷却结晶。
2.如权利要求1所述的镀锌钢板的焊接方法，其特征在于，所述预压压力(Fn)为焊接压力(F)的1.1～1.3倍。
3.如权利要求2所述的镀锌钢板的焊接方法，其特征在于，所述焊接压力(F)为2KN～6KN。
4.如权利要求1所述的镀锌钢板的焊接方法，其特征在于，所述预热电流(I1)为4KA～6KA，所述预热时间(t1)为40ms～100ms。
5.如权利要求1所述的镀锌钢板的焊接方法，其特征在于，所述预冷却时间(t2)为20ms～50ms。
6.如权利要求1所述的镀锌钢板的焊接方法，其特征在于，所述起始电流(I2)与预热电流(I1)满足预热电流(I1)≤起始电流(I2)≤1.2*预热电流(I1)。
7.如权利要求6所述的镀锌钢板的焊接方法，其特征在于，所述爬坡电流在爬坡时间(t3)内由起始电流(I2)线性增加至最终电流(I3)。
8.如权利要求7所述的镀锌钢板的焊接方法，其特征在于，所述起始电流(I2)为4KA～7KA，所述爬坡时间(t3)为50ms～150ms。
9.如权利要求1所述的镀锌钢板的焊接方法，其特征在于，所述最终电流(I3)为6KA～12KA，所述稳定时间(t4)为200ms～400ms。
10.如权利要求1所述的镀锌钢板的焊接方法，其特征在于，所述焊接电极的端面直径为5mm～7mm，所述焊接电极的材质是铬锆铜或氧化铝铜。
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