CN114700572A - 一种薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，根据板厚的不同，对焊点位置、焊丝干伸长、焊接时间、保护气体流量、焊接电流、弧长修正值以及推力修正值进行适应性设置，并采用冷金属过渡焊接工艺进行焊接。焊接完成后，由若干焊点连接的内板与外板之间具有足够的连接强度，在搬运过程中内板与外板不会产生错位等问题。该工艺的焊接热输入较小，被焊钢板热变形较小。焊接过程中熔融态的金属液态熔滴在大流量的保护气体的冲击下向四周铺展开并迅速凝固，最终形成的焊缝余高较低。
Description
技术领域
本申请属于金属材料加工领域，具体涉及一种薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法。
背景技术
镀锌钢板具有良好的耐腐蚀性，汽车前、后盖等部件常采用镀锌钢板制成。在汽车前、后盖的生产制作过程一般包含涂胶、压合、滚边和烘干四个步骤。其中，在滚边工艺结束后，需要将产品搬运至烘干车间进行烘干，由于汽车前、后盖的内板和外板由密封胶和机构胶进行粘结，在较短时间内胶体无法产生足够的连接强度，而内板和外板的质量较大，因此，在搬运过程中，汽车前、后盖的内板和外板常常会发生移位甚至部分脱落的现象。为了防止内板和外板移位或脱落，在滚边操作完成后，常使用激光焊接或电阻点焊工艺将内、外板进行点固。然而，对于激光焊接工艺而言，一方面，由于激光束的热输入量过高，焊接接头的温度梯度较大，这使得焊接接头内的残余应力较大而导致焊缝的强度不足；另一方面，过高的热输入也会导致被焊钢板产生较大的热变形。对于电阻点焊工艺而言，在点焊过程中存在对板材进行挤压的过程，这会导致被焊工件被挤压处的变形量过大。
上述两种焊接工艺会导致汽车前、后盖外板的变形量较大，外板的平整度无法满足下一步喷涂工艺的要求。后期需要对外板进行打磨和修复处理，会严重影响生产效率，增加生产成本。此外，锌的沸点仅为960℃，上述两种焊接过程过高的热输入会使板材表面的镀锌层大量气化和挥发，使工作环境恶化，严重损害车间内操作工人的健康。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请提供一种薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法。
本申请的技术方案如下：
一种薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，包括以下步骤：
S1：选定焊点位置；
S2：移动焊枪至被焊工件表面所选定焊点位置的正上方；
S3：调整焊丝干伸长L1，并使焊丝与被焊工件表面相接触，其中焊丝干伸长L1与待焊钢板的板厚L之间满足：L1＝3.75L+0.5；
S4：设定焊接时间为t，其中焊接时间t与板厚L之间满足：t＝0.125L-0.05；
S5：使用惰性气体作为保护气体，保护气体流量设置为25-30L/min；
S6：设置焊接电流A，其中焊接电流A与板厚L之间满足：A＝12.5L+45；
S7：设置弧长修正值为-25～-30，推力修正值为-25～-30；
S8：执行冷金属过渡焊接过程。
作为优选，所述冷金属过渡焊接过程具体包括：
S81：电弧引燃，焊丝末端熔化并形成液态熔滴；
S82：电弧熄灭，电流、电压值迅速下降，焊丝回抽；
S83：金属液态熔滴与焊丝分离，保护气体通过焊枪末端对熔滴向下挤压，使熔滴高度下降并迅速凝固。
可选地，所述的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，还包括以下步骤：
S0：焊接前，用丙酮清理待焊钢板表面的水渍和油污，并将清理干净的待焊钢板固定在工作台上。
作为优选，在步骤S1中，焊点等距分布，两焊点间的距离100mm≤d≤200mm。
作为优选，在步骤S3中，焊丝干伸长设置的范围为5mm～10mm。
作为优选，在步骤S4中，焊接时间设置的范围为0.01-0.8秒。
作为优选，在步骤S5中，采用的保护气体为99.999％的氩气，所述保护气体流量设置为30L/min。
作为优选，在步骤S7中，设置弧长修正值为-30，推力修正值为-30。
作为优选，在步骤S2中，将焊枪移动到被焊工件表面所选定焊点位置的正上方并使得焊丝垂直于待焊钢板所在平面。
作为优选，在步骤S2中，采用六轴机械臂将焊枪移动到被焊工件表面所选定焊点位置的正上方位置；
所采用的焊枪为Robacta焊枪。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请所采用的冷金属过渡钎焊方法能够使由若干焊接焊点连接的内板与外板之间具有足够的连接强度，在搬运过程中不会产生错位、脱落等问题，而且该工艺的焊接热输入较小，被焊钢板热变形较小。焊接过程中熔融态的金属液态熔滴在高流量的保护气体的冲击下向四周铺展，最终形成的焊缝余高较低。
另外，本申请提供的冷金属过渡钎焊方法能够显著减少焊接过程所产生的热输入，使焊接过程中镀锌钢板的镀锌层烧损更少，并且焊接过程中几乎没有焊接飞溅的产生。
经测试采用本工艺进行焊接后，焊点处的板材背面变形量极小，板材背面的平整度好，不需要额外的打磨修复工序便可进行面漆的喷涂。该工艺的设备成本为电阻点焊的三分之一，为激光焊接的六分之一。
附图说明
图1是本申请一种实施方式的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法的流程示意图；
图2是本申请一种实施方式的冷金属过渡钎焊方法的流程示意图；
图3是本申请提供的方法所采用的一种实施方式的焊接设备的结构示意图；
图4是一种实施方式的焊枪的结构示意图；
图5是完成焊接之后的薄镀锌钢板焊点处结构示意图；
图中编号：
1：冷金属过渡焊接电源；2：送丝机；3：Robacta焊枪；4：六轴机械臂；5：控制器；6：焊枪夹持机构；7：气瓶；8：内板；9：外板。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本申请的技术方案进行详实的阐述，然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
值得理解的是，尽管附图可能示出了方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可与所描绘的顺序不同。此外，可同时地或部分同时地执行两个或更多个步骤。这样的变型将取决于所选择的软件和硬件以及设计者选择。所有这样的变型都在本公开的范围内。
所述的实施方式仅仅是对本申请的优选实施方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。
图1是根据本申请的一种实施方式的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括如下几个步骤：
S1：选定焊点位置；
S2：移动焊枪至被焊工件表面所选定焊点位置的正上方；
S3：调整焊丝干伸长L1，并使焊丝与被焊工件表面相接触，其中焊丝干伸长L1与待焊钢板的板厚L之间满足：L1＝3.75L+0.5；
S4：设定焊接时间为t，其中焊接时间t与板厚L之间满足：t＝0.125L-0.05；
S5：使用惰性气体作为保护气体，保护气体流量设置为25-30L/min；
S6：设置焊接电流A，其中焊接电流A与板厚L之间满足：A＝12.5L+45；
S7：设置弧长修正值为-25～-30，推力修正值为-25～-30；
S8：执行冷金属过渡焊接过程。
采用上述方法对汽车前、后盖的内板和外板等部位进行焊接，金属液态熔滴在大流量保护气体冲击下向四周铺展开并迅速凝固，能够有效地减小焊缝余高。焊接完成后，由若干焊接焊点连接的内板与外部之间具有足够的连接强度，在搬运过程中内板与外板不会产生错位、脱落等问题，被焊钢板热变形较小，焊接过程无需对钢板进行挤压，焊点处不存在因挤压而产生的形变问题。
具体地，如图2所示，S8进一步包括以下步骤：
S81：电弧引燃，焊丝末端熔化并形成液态熔滴；
S82：电弧熄灭，电流、电压值迅速下降，焊丝回抽；
S83：金属液态熔滴与焊丝分离，保护气体通过焊枪末端对熔滴向下挤压，使熔滴高度下降并迅速凝固。上述冷金属过渡焊接过程，其送丝过程与熔滴过渡过程相配合，焊接过程中采用“冷+热”交替的过渡模式，通过焊丝的回抽使金属液态熔滴与焊丝末端分离。这种熔滴过渡模式能够显著降低焊接的热输入量，与激光焊接相比，焊接接头的温度梯度较小，因而焊接接头内不会产生过大的残余应力，从而避免了由于较大的残余应力而导致焊点强度不足的问题。另一方面，较低的热输入量也有效地减小了被焊钢板的热变形，镀锌层烧损更少，降低了焊接成本。此外，该工艺的熔滴过渡过程是在电流为零的条件下完成的，焊接过程中几乎没有焊接飞溅产生。
可选地，如图1所示，本申请提供的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法还包括以下步骤：
S0：焊接前，用丙酮清理待焊钢板表面的水渍和油污，并将清理干净的待焊钢板固定在工作台上。
具体地，在步骤S1中，焊点等距分布，两焊点间的距离为d，焊点间的距离100mm≤d≤200mm。焊点间的距离等于100mm时，被焊钢板强度已经满足设计要求，再缩小焊点间距离会增加单位长度内的焊点数量，增加生产成本；当d大于200mm时，单位长度内焊点数量过少，连接强度不足。
具体地，在步骤S3中，焊丝干伸长设置的范围为5mm～10mm。焊丝干伸长小于5mm时，熔融后形成的金属液态熔滴过小，所形成的焊缝面积过小，焊点连接强度不足。若焊丝干伸长大于10mm，一方面，同样的焊接次数会消耗更多的焊丝，增加生产成本；另一方面，焊丝的干伸长过长，熔化焊丝所需的热输入量更高，容易引起更大的热变形。
具体地，在步骤S4中，焊接时间设置的范围为0.01-0.8秒。焊接时间随着板厚的改变进行调整。因为不同的板厚对应的焊丝干伸长不同，熔化伸出焊枪部分的焊丝所需的热量不同，焊接时间也就不同。
具体地，在步骤S5中，采用的保护气体为99.999％的氩气。采用保护气体目的在于防止空气进入熔池，对熔池进行有效的保护，提高焊缝质量。常用的保护气体有氩气、二氧化碳、氦气、氮气等，也可采用二元混合气、三元混合气，应用中，视焊材不同，选择不同配比的焊接混合气。
具体地，在步骤S7中，设置弧长修正值为-30，推力修正值为-30。
作为优选，保护气体流量设置为30L/min。保护气体流量设置相对较大，使得金属液态熔滴在保护气体冲击作用下更易铺展开。当然，对于大小不同的金属液态熔滴，保护气体流量可根据实际操作情况做适当调整。
具体地，如图3所示，在步骤S2中，将焊枪移动到被焊工件表面所选定焊点位置的正上方并使得焊丝垂直于待焊钢板所在平面。
具体地，如图3所示，在步骤S2中，采用六轴机械臂将焊枪移动到待焊钢板正上方位置；所采用的焊枪为Robacta焊枪。如图4所示为Robacta焊枪部分结构示意图，由图4可知，从焊枪吹出的保护气体，集中在待焊钢板表面一个相对较小的区域，可以在保护熔池的同时，使金属液态熔滴向四周相对均匀地铺展，有效地减小所形成焊缝的余高。
由图3可知，用于薄镀锌钢板冷金属过渡焊接的设备主要包括：冷金属过渡焊接电源1、送丝机2、Robacta焊枪3、六轴机械臂4、控制器5、焊枪夹持机构6和气瓶7，其中控制器通过通讯电缆分别于冷金属过渡焊接电源和六轴弧焊机器人相连接，Robacta焊枪与送丝机通过送丝软管相连接，Robacta焊枪和气瓶通过气管相连接。
以下结合实施例对本申请进行详细的阐述，值得理解的是，这些实施例仅仅是本申请的优选的一些实施例，并不能理解为对本申请的保护范围进行限制。
实施例1
按照如下方法对薄镀锌钢板进行冷金属过渡焊接，其中，待焊薄镀锌钢板板厚L＝1.2mm；该方法具体包括下列步骤：
S1：选定焊点位置，焊点等距分布，两焊点间的距离为d，d＝200mm；
S2：移动焊枪至被焊工件表面所选定的焊点位置的正上方；
S3：调整焊丝干伸长L1，并使焊丝与待焊钢板相接触，其中焊丝干伸长L1＝3.75L+0.5＝3.75×1.2+0.5＝5mm；
S4：设定焊接时间为t，其中焊接时间t与板厚L之间满足：t＝0.125L-0.05＝0.125×1.2-0.05＝0.1s；
S5：使用惰性气体作为保护气体，保护气体流量设置为25L/min；
S6：设置焊接电流A，其中焊接电流A与板厚L之间满足：A＝12.5L+45＝12.5×1.2+45＝60A；
S7：设置弧长修正值为-30，推力修正值为-30；
S8：执行冷金属过渡焊接过程，即：
S81：电弧引燃，焊丝末端熔化并形成液态熔滴；
S82：电弧熄灭，电流、电压值迅速下降，焊丝回抽；
S83：金属液态熔滴与焊丝分离，保护气体通过焊枪末端对熔滴向下挤压，使熔滴高度下降并迅速凝固。
如图5所示，焊接完成后，焊缝高于外板9的高度d1为0.1mm，焊缝宽度d2为4mm，由焊接热过程引起的外板9的下榻距离d3小于0.01mm，焊接过程无飞溅。焊接完成后板材背面的平整度好，不需要额外的打磨修复工序便可进行面漆的喷涂。
实施例2
按照如下方法对薄镀锌钢板进行冷金属过渡焊接，其中，待焊薄镀锌钢板板厚L＝2mm；该方法具体包括下列步骤：
S1：选定焊点位置，焊点等距分布，两焊点间的距离为d，d＝150mm；
S2：移动焊枪至待焊钢板正上方；
S3：调整焊丝干伸长L1，并使焊丝与待焊钢板相接触，其中焊丝干伸长L1＝3.75L+0.5＝3.75×2+0.5＝8mm；
S4：设定焊接时间为t，其中焊接时间t与板厚L之间满足：t＝0.125L-0.05＝0.125×2-0.05＝0.2s；
S5：使用惰性气体作为保护气体，保护气体流量设置为30L/min；
S6：设置焊接电流A，其中焊接电流A与板厚L之间满足：A＝12.5L+45＝12.5×2+45＝70A；
S7：设置弧长修正值为-30，推力修正值为-30；
S8：执行冷金属过渡焊接过程，即：
S81：电弧引燃，焊丝末端熔化并形成液态熔滴；
S82：电弧熄灭，电流、电压值迅速下降，焊丝回抽；
S83：金属液态熔滴脱落，保护气体通过焊枪末端对熔滴向下挤压，使熔滴高度下降并迅速凝固。
如图5所示，焊接完成后，焊缝高于外板9的高度d1为0.15mm，焊缝宽度d2为5mm，由焊接热过程引起的外板9的下榻距离d3小于0.01mm，焊接过程无飞溅。焊接完成后板材背面的平整度好，不需要额外的打磨修复工序便可进行面漆的喷涂。
Claims (10)
1.一种薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选定焊点位置；
S2：移动焊枪至被焊工件表面所选定焊点位置的正上方；
S3：调整焊丝干伸长L1，并使焊丝与被焊工件表面相接触，其中焊丝干伸长L1与待焊钢板的板厚L之间满足：L1＝3.75L+0.5；
S4：设定焊接时间为t，其中焊接时间t与板厚L之间满足：t＝0.125L-0.05；
S5：使用惰性气体作为保护气体，保护气体流量设置为25-30L/min；
S6：设置焊接电流A，其中焊接电流A与板厚L之间满足：A＝12.5L+45；
S7：设置弧长修正值为-25～-30，推力修正值为-25～-30；
S8：执行冷金属过渡焊接过程。
2.根据权利要求1所述的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，其特征在于，所述冷金属过渡焊接过程具体包括：
S81：电弧引燃，焊丝末端熔化并形成液态熔滴；
S82：电弧熄灭，电流、电压值迅速下降，焊丝回抽；
S83：金属液态熔滴与焊丝分离，保护气体通过焊枪末端对熔滴向下挤压，使熔滴高度下降并迅速凝固。
3.根据权利要求1或2所述的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S0：焊接前，用丙酮清理待焊钢板表面的水渍和油污，并将清理干净的待焊钢板固定在工作台上。
4.根据权利要求1或2所述的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，其特征在于，在步骤S1中，焊点等距分布，两焊点间的距离100mm≤d≤200mm。
5.根据权利要求4所述的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，其特征在于，在步骤S3中，焊丝干伸长设置的范围为5mm～10mm。
6.根据权利要求5所述的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，其特征在于，在步骤S4中，焊接时间设置的范围为0.01-0.8秒。
7.根据权利要求6所述的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，其特征在于，在步骤S5中，采用的保护气体为99.999％的氩气，所述保护气体流量设置为30L/min。
8.根据权利要求7所述的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，其特征在于，在步骤S7中，设置弧长修正值为-30，推力修正值为-30。
9.根据权利要求8所述的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，其特征在于，在步骤S2中，将焊枪移动到被焊工件表面所选定焊点位置的正上方并使得焊丝垂直于待焊钢板所在平面。
10.根据权利要求5-9任一项所述的薄镀锌钢板冷金属过渡钎焊方法，其特征在于，在步骤S2中，采用六轴机械臂将焊枪移动到被焊工件表面所选定焊点位置的正上方位置；
所采用的焊枪为Robacta焊枪。
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2022
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