CN108161201A - 电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢焊接的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢焊接的应用，该方法是将销轴的凸点与热成形马氏体钢零件紧密接触后置于电容储能焊机的圆柱上电极和圆环下电极之间，圆柱上电极和圆环下电极进行电流脉冲后，其能将销轴凸点与热成形马氏体钢零件接触的部位瞬速熔化、并在快速冷却后形成焊接熔核，从而使两部件实现紧密牢固连接在一起，而圆柱上电极和圆环下电极再通过第二个电流脉冲对焊接熔核作回火热处理，以消除熔核脆化的现象，与现有技术相对比，电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢B柱零件的焊接应用能减小热影响区出现软化和飞溅的现象，焊接接头的强度得到显著提高，零件的表面质量好、焊接质量稳定，其且生产效率高。

Description

电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢焊接的应用

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢焊接的应用。

背景技术

随着节能减排法规的日趋严格，“节能、环保、安全”是汽车未来发展的方向，热成形马氏体钢凭借其强度高、能量吸收效率高和防撞性能好等优势成为实现车身轻量化和提高碰撞安全性的最佳使用钢材。国内外的汽车厂商已增加热成形马氏体钢在车身结构上的应用，例如车门防撞钢板、防撞横梁、前后保险杠、汽车的A柱、汽车的B柱、汽车的C柱、上边梁、中顶梁等白车身结构部件。现代车身制造中将紧固件销轴、螺母、螺柱、螺纹衬套等焊接到车身结构上，广泛应用于车身零部件装配，例如将销轴、螺母、螺柱、垫片等焊接到汽车B柱、A柱等上面。销轴是一类标准化的紧固件，既可静态固定连接，亦可与被连接件做相对运动，其主要用于两零件的铰接处，从而构成铰链连接。这些紧固件焊接质量的好坏对汽车的整车质量有重要影响。紧固件的虚焊松动脱落不但会带来噪声、振动而影响驾驶舒适性，还会造成安全隐患。

热成形马氏体钢强度高，其含有B、Mn、Cr等多种合金元素，往往难以进行有效电阻焊，并且成分不均匀、有裂纹和气孔的铝硅（铝硅合金）抗氧化保护涂层不但大大缩短了电极寿命，而且容易导致不可预测的焊接结果。热成形马氏体钢电阻焊接容易出现热影响区软化、熔核脆化、飞溅等一系列问题，焊接过程中的热循环影响钢的组织结构，导致接头力学性能明显下降；销轴紧固件的材料往往为低碳钢，其与热成形马氏体钢是两种不同材料的焊接，容易出现接头承载小，产生飞溅和破坏抗氧化保护涂层的问题。

经对现有技术文献检索发现，现有销轴焊接工艺中，大多采用的是焊条焊接和二氧化碳保护焊，这两种焊接工艺在现实生产中生产效率低下，自动化程度低，焊接质量受技术工人操作水平的限制，无法适应现代汽车产业快速发展的需求。为提高焊接效率保证焊接质量，CN103406703A专利公开了一种用于销轴焊接的全自动焊接设备，该自动化设备由电机驱动安装在支撑杆上的焊枪来实现焊接，其虽然在一定程度上提高了生产效率和降低了对工人的焊接作业要求，但该设备对焊接零件的形状和尺寸大小有限制，无法实现将销轴焊接在汽车B柱上。

因此，为了实现热成形马氏体钢与销轴的焊接，提高焊接质量，缩短焊接周期，提高生产效率和克服上述问题的不足，本申请人研发了一种采用电流脉冲的电容储能焊方法来实现对销轴与热成形马氏体钢进行焊接。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可减小销轴与热成形马氏体钢零件焊接时热影响区出现软化、熔核脆化和飞溅等现象，其能大大提高焊接接头的强度，确保零件表面的焊接质量好和焊接质量稳定，其焊接过程全自动化操作，实现了大大缩短焊接周期和提高焊接效率，产能高，并大大降低了对工人的焊接作业要求，适应现代汽车产业批量化发展的需求的电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢焊接的应用。本发明是通过以下技术方案来实现的：

电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，：首先，将销轴的凸点与热成形马氏体钢零件紧密接触后置于电容储能焊机的圆柱上电极和圆环下电极之间，圆柱上电极和圆环下电极共同通过1周波20ms的电流脉冲能将销轴的凸点与马氏体钢零件接触的部位区域马上熔化且冷却后形成焊接熔核，从而使销轴与马氏体钢零件紧密牢固连接，然后，圆柱上电极和圆环下电极共同通过第二次电流脉冲对熔核进行回火热处理后便完成焊接操作，回火热处理能消除熔核脆化的现象。

电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，首先，将销轴的凸点与热成形马氏体钢零件紧密接触后置于电容储能焊机的圆柱上电极和圆环下电极之间，销轴超出马氏体钢零件的部份置于圆环下电极中但不与其接触，启动电容储能焊机，圆柱上电极向下压，销轴上的法兰的上表面与圆柱上电极的端面紧密接触，销轴的凸点与热成形马氏体钢零件的表面紧密接触，热成形马氏体钢零件的下表面与圆环下电极紧密接触；接着，将圆柱上电极的压力在焊接前提前增压或预压，使电容储能焊机放出电流脉冲对销轴的凸点与热成形马氏体钢零件接触的部位区域进行焊接，销轴的凸点与热成形马氏体钢零件接触的部位区域经焊接熔化且冷却后便形成焊接熔核，然后，圆柱上电极和圆环下电极共同通过第二次电流脉冲对熔核进行回火热处理，以消除熔核脆化的现象后即完成销轴与热成形马氏体钢零件的焊接。

作为优选，所述销轴的凸点呈球形设置。

作为优选，所述圆柱上电极的预压压力为21kN,焊接压力为28kN。

作为优选，所述电容储能焊机的焊接电流脉冲的有效值RMS为75.2kA，峰值电流为118.4kA,焊接时间为1周波20ms。

作为优选，所述第二次电流脉冲对熔核进行回火热处理的有效电流RMS为68kA，峰值电流为108.5kA，保压时间为10周波200ms。

作为优选，所述圆环下电极的圆环内径为销轴直径的1.1-1.2倍，圆环下电极的圆环外径为法兰直径的1-1.2倍；圆柱上电极的圆柱直径为法兰直径的1-1.2倍。

作为优选，所述电容储能焊机的电容为90000uF，额定容量为45000J，最大短路电流为205A，最小短路电流为190A。电容储能焊机配备有用于检测电流、电极位移和检测焊接电压的第一检测装置和用于检测焊接质量的第二检测装置。

作为优选，法兰的厚度大于热成形马氏体钢的厚度。

与现有技术相比，本发明采用电容储能焊工艺对销轴与热成形马氏体钢零件进行焊接，其克服了销轴与热成形马氏体钢零件采用焊条焊和采用二氧化碳保护焊来焊接时具有接头承载力小、生产效率低、自动化程度低等不足；本发明采用电容储能放电，大电流脉冲来进行焊接，其不但焊接时间短，还能在短时间内使焊接区域升温到金属熔化的温度，从而形成熔核，其能减小热成形马氏体钢零件在焊接过程中出现热影响区软化、飞溅和熔核偏移等问题。本发明的焊接方法不但能解决销轴与热成形马氏体钢B柱的焊接问题，还保证了销轴的焊接质量好和确保了焊接的稳定性，大大提高焊接接头的强度，其焊接过程全自动化操作，实现了大大缩短焊接周期和提高焊接效率，产能高，并大大降低了对工人的焊接作业要求，适应现代汽车产业批量化发展的要求。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明方法进行详细说明。

电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，首先，将销轴的凸点与热成形马氏体钢零件紧密接触后置于电容储能焊机的圆柱上电极和圆环下电极之间，圆柱上电极和圆环下电极共同通过1周波20ms的电流脉冲能将销轴的凸点与马氏体钢零件接触的部位区域马上熔化且冷却后形成焊接熔核，从而使销轴与马氏体钢零件紧密牢固连接，然后，圆柱上电极和圆环下电极共同通过第二次电流脉冲对熔核进行回火热处理后便完成焊接操作，回火热处理能消除熔核脆化的现象。

在另一实施例中，电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，首先，将销轴的凸点与热成形马氏体钢零件紧密接触后置于电容储能焊机的圆柱上电极和圆环下电极之间，销轴超出马氏体钢零件的部份置于圆环下电极中但不与其接触，启动电容储能焊机，圆柱上电极向下压，销轴上的法兰的上表面与圆柱上电极的端面紧密接触，销轴的凸点与热成形马氏体钢零件的上表面紧密接触，热成形马氏体钢零件的下表面与圆环下电极紧密接触；接着，将圆柱上电极的压力在焊接前提前增压或预压，使电容储能焊机放出电流脉冲对销轴的凸点与热成形马氏体钢零件接触的部位区域进行焊接，销轴的凸点与热成形马氏体钢零件接触的部位区域经焊接熔化且冷却后便形成焊接熔核，然后，圆柱上电极和圆环下电极共同通过第二次电流脉冲对熔核进行回火热处理，以消除熔核脆化的现象后即完成销轴与热成形马氏体钢零件的焊接。

在其中一实施例中，电容储能焊机包括有圆柱上电极和圆环下电极，且圆环下电极的高度大于销轴的长度，与圆柱上电极连接设置有气缸。

在其中一实施例中，所述销轴的凸点呈球形设置，法兰安装在销轴上。

在其中一实施例中，所述圆柱上电极的预压压力为21kN, 圆柱上电极的焊接压力为28kN。

在其中一实施例中，所述电容储能焊机的焊接电流脉冲的有效值RMS为75.2kA，所述电容储能焊机的峰值电流为118.4kA, 所述电容储能焊机的焊接时间为1周波20ms。

在其中一实施例中，所述第二次电流脉冲对熔核进行回火热处理的有效电流RMS为68kA，第二次电流脉冲对熔核进行回火处理的峰值电流为108.5kA，第二次电流脉冲对熔核进行回火处理的保压时间为10周波200ms。

在其中一实施例中，所述圆环下电极的圆环内径为销轴直径的1.1-1.2倍，圆环下电极的圆环外径为法兰直径的1-1.2倍；圆柱上电极的圆柱直径为法兰直径的1-1.2倍。

在其中一实施例中，所述电容储能焊机采用型号为DR-45000J的智能中压储能焊机，其配备有用于检测电流、电极位移和检测焊接电压的第一检测装置和用于检测焊接质量的第二检测装置。电容储能焊机的电容为90000uF，电容储能焊机的额定容量为45000J，电容储能焊机的最大短路电流为205A，电容储能焊机的最小短路电流为190A。

实施例一：将法兰直径为30 mm、厚度为5mm和带凸点且直径为16 mm、长为20 mm的销轴采用电容储能焊工艺焊接到热成形马氏体钢B柱零件上，热成形马氏体钢B柱零件的厚度为1.7mm，其焊接工艺为：步骤一、首先借助夹具将热成形马氏体钢B柱零件定位到电容储能焊机的工作台上，并将电容储能焊机中焊接区域的下表面与圆环下电极的端面保持平行。

步骤二、将销轴根据装配的要求安装在热成形马氏体钢B柱零件上，销轴长度超过热成形马氏体钢B柱零件的部份装入内径为18mm、外径为35mm的圆环下电极内，此时，销轴的凸点与热成形马氏体钢B柱零件的焊接区域的表面相接触贴合。

步骤三、启动电容储能焊机，圆柱上电极在气缸的驱动下往下压，销轴上的法兰的上表面与圆柱上电极的端面相压紧，销轴的凸点与热成形马氏体钢B柱零件的上表面相接触，热成形马氏体钢B柱零件的下表面与圆环下电极的端面紧密相接触。

步骤四、电容储能焊机在有效电流RMS为75.2kA、电流峰值为118.4kA的电流脉冲驱动下开始焊接。

步骤五、电容储能焊机焊接完毕后，等待1000ms，电容储能焊机再由有效电流RMS为68kA、焊接脉冲电流峰值为108.5kA的回火电流对熔核进行回火热处理。

步骤六、当电容储能焊机完成回火热处理后，其消除了熔核脆化的现象，接着，电容储能焊机恒压保压10周波200ms后，气缸驱动电容储能焊机中的圆柱上电极向上作复位运动便完成一次焊接过程。

本发明将销轴的凸点与热成形马氏体钢零件置于电容储能焊机中的圆柱上电极和圆环下电极之间，圆柱上电极和圆环下电极通过电流脉冲，使销轴的凸点与热成形马氏体钢零件相接触的部位能瞬速熔化且快速冷却后形成焊接熔核，从而使两部件实现紧密牢固连接，圆柱上电极和圆环下电极之间再通过第二个电流脉冲能对熔核进行回火热处理，以消除熔核脆化现象。采用本发明的方法生产的销轴的顶出压力大小为10000~13000N，该结果远远超出了大众VW60560标准紧固件的标准顶出力在2000~5000N。而销轴与热成形马氏体钢B柱零件在焊接过程中没有出现飞溅的现象，零件表面的质量完好无缺，其焊接质量稳定，其非常适合应用于汽车热成形马氏体B柱零件与销轴的焊接生产上。

上述实施例，只是本发明的一个实例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围，凡与本发明权利要求所述内容相同或等同的技术方案，均应包括在本发明保护范围内。

Claims (8)

1.电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，其特征在于：首先，将销轴的凸点与热成形马氏体钢零件紧密接触后置于电容储能焊机的圆柱上电极和圆环下电极之间，圆柱上电极和圆环下电极共同通过1周波20ms的电流脉冲能将销轴的凸点与马氏体钢零件接触的部位区域马上熔化且冷却后形成焊接熔核，从而使销轴与马氏体钢零件紧密牢固连接，然后，圆柱上电极和圆环下电极共同通过第二次电流脉冲对熔核进行回火热处理后便完成焊接操作，回火热处理能消除熔核脆化的现象。

2.电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，其特征在于：首先，将销轴的凸点与热成形马氏体钢零件紧密接触后置于电容储能焊机的圆柱上电极和圆环下电极之间，销轴超出马氏体钢零件的部份置于圆环下电极中但不与其接触，启动电容储能焊机，圆柱上电极向下压，销轴上的法兰的上表面与圆柱上电极的端面紧密接触，销轴的凸点与热成形马氏体钢零件的表面紧密接触，热成形马氏体钢零件的下表面与圆环下电极紧密接触；接着，将圆柱上电极的压力在焊接前提前增压或预压，使电容储能焊机放出电流脉冲对销轴的凸点与热成形马氏体钢零件接触的部位区域进行焊接，销轴的凸点与热成形马氏体钢零件接触的部位区域经焊接熔化且冷却后便形成焊接熔核，然后，圆柱上电极和圆环下电极共同通过第二次电流脉冲对熔核进行回火热处理，以消除熔核脆化的现象后即完成销轴与热成形马氏体钢零件的焊接。

3.根据权利要求1或2任一项所述的电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，其特征在于：所述销轴的凸点呈球形设置。

4.根据权利要求2所述的电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，其特征在于：所述圆柱上电极的预压压力为21kN,焊接压力为28kN。

5.根据权利要求2所述的电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接应用，其特征在于：所述电容储能焊机的焊接电流脉冲的有效值RMS为75.2kA，峰值电流为118.4kA,焊接时间为1周波20ms。

6.根据权利要求2所述的电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，其特征在于：所述第二次电流脉冲对熔核进行回火热处理的有效电流RMS为68kA，峰值电流为108.5kA，保压时间为10周波200ms。

7.根据权利要求2所述的电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，其特征在于：所述圆环下电极的圆环内径为销轴直径的1.1-1.2倍，圆环下电极的圆环外径为法兰直径的1-1.2倍；圆柱上电极的圆柱直径为法兰直径的1-1.2倍。

8.根据权利要求1或2任一项所述的电容储能焊工艺在销轴与热成形马氏体钢的焊接方法，其特征在于：所述电容储能焊机的电容为90000uF，额定容量为45000J，最大短路电流为205A，最小短路电流为190A。