螺柱焊在車身焊接工藝中的應用

【摘要】隨著焊接技術的不斷發展，螺柱焊具有全截面焊接、標準化作業以及焊接效率高和質量可靠等優勢，被廣泛應用于汽車車身的焊接工藝中。因此，本文將著重探討螺柱焊在車身焊接工藝中的應用，以期能夠為螺柱焊工藝技術在車身焊接工藝中的發展有所參考。

1 前言

隨著客戶對整車密封性和 NVH 性能的要求越來越高，在車身的設計上需要重點參考密封性能和防噪等性能，為了避免造成泄漏現象，這就要求需要在車身構件上盡可能少的開口。而汽車車身是由許多焊接性能很好的低碳鋼組成，通過將數百種薄板件焊接連結共同組成了車身，是典型的焊接構件。而螺柱焊接具有速度快、可靠、操作簡便以及無孔連接等優點，逐漸替代了汽車制造中的鉚接、攻螺紋、鉆孔等連接技術，廣泛的應用在汽車車身的焊接工藝中。

2 螺柱焊的概述

螺柱焊是將螺柱的一端通過與板件表面的接觸，利用電引弧，等接觸面熔化后，給螺柱一定的壓力，從而完成焊接。它是一種壓力熔焊方法，兼有熔焊和壓焊的雙重特征，因此它也具有弧焊和壓力焊的雙重屬性。螺柱焊機是進行螺柱焊的設備，通常根據焊機的原理不同，可分為儲能式和拉弧式螺柱焊機兩類。由螺柱焊電源和焊槍組成的拉弧式螺柱焊機主要用于異型釘和螺柱圓柱頭焊釘的焊接，焊接直徑在 Φ3mm~30mm。通常，可以通過如拉弧式螺柱焊、電阻焊、儲能式螺柱焊、凸焊等多種方法來實現螺柱焊接，其中，根據根據拉弧式螺柱焊周期的長短，又可以分為長周期和短周期螺柱焊，現階段，采用逆變
式焊接電源的短周期拉弧式螺柱焊是目前汽車行業應用最為廣泛的焊接工藝。

3 螺柱焊的工作原理和特點

不同的螺柱焊機的工作原理不同，一般來講，拉弧式螺柱焊機主要采用晶閘管來對弧焊整流器進行控制，而相對先進的拉弧式螺柱焊電源主要采用了逆變式變壓器電源來實現焊接。拉弧式螺柱焊的工作原理主要是通過夾在焊槍夾持器內的焊柱，并將焊槍內的焊柱移動到焊接的位置使螺柱接觸工件。在焊接的過程中，通過提升焊槍中的磁力提升，將螺柱上升，并與焊接工件脫離接觸，在控制焊槍提升磁力機構的同時，施加引弧電壓于螺柱與焊接工件之間，并在螺柱端面與焊接工件之間引出電弧，進而使螺柱端面與工件融化。隨著螺柱提升到預定的高度后，并將工件之間的電壓施加到焊接電壓，在焊接時間達到設定的時間后，切斷焊接電壓，并提升結構電磁鐵，使之斷電。螺柱在焊槍彈簧機構的彈力作用下，侵入工件熔化后形成的熔池，擠出部分液態金屬后，進而待熔池金屬冷卻結晶后形成螺柱與工件共同連接的接頭。螺柱焊相對于其他的焊接工藝具有眾多優點，主要有：

（1）效率高，成本低。由于螺柱焊的功率相對較高，一般在批量生產的工件上，能在很短的時間內約 3ms~980ms 內便可達到 8~40 個 /min（這主要是由螺柱的直徑和焊接功率決定的）。而自動送料螺柱焊機則可達到每分鐘 60 個的高效率。也正是由于螺柱焊的結構工藝簡單，不用鉆孔、精整等工序，加上螺柱焊所用的時間短，焊接后工件很少變形，在汽車車聲焊接完成后也不許精整，從而使得造價成本也相應的降低。

（2）拓展了設計結構的空間。由于螺柱焊是一種時間短、電流大和較小的熔深，使得工件可以焊接到很薄的板材上，例如拉弧式的板厚可達到 0.6mm，而儲能式螺柱焊接工藝的板厚更薄，可達到 0.5mm。同時，螺柱焊的接頭強度很高，這樣在產品設計的時候就有足夠的擴展空間。

（3）具有很好的經濟性。通常螺柱焊的質量較高，再現率和廢品率都較小，并且螺柱焊槍類型眾多，標準的螺柱成本也不高，材料和設備的費用都相對較低。因此，采用螺柱焊具有很好的經濟性。

4 螺柱焊的相關參數

首先，焊接電流。螺柱的直徑是選擇焊接電流的決定因素，一般來講，普通低碳鋼螺柱的直徑與焊接電流的關系為：對于汽車來說，常用的是短周期螺柱焊，則：

I=（95~110）d，d=3~15mm

若是鍍鋅螺柱焊，則電流需要在此基礎上增加 20% 左右。其次，焊接時間。對于汽車車身采用的短周期螺柱焊，焊接時間在控制在 20ms~100ms 范圍內，短周期螺柱焊的時間為：

Tw=（4~5）d，d=3mm~15mm

需要注意的是，不論是短周期還是長周期的螺柱焊，其焊接時間都要根據焊接的熱量來靈活調整，以保證焊接的質量。再次，螺柱的提升高度也是影響焊接質量的重要因素，它也與螺柱的直徑有關，呈現正相關關系。由于提升的高度可以有效的防止熔滴過渡造成的電弧不穩定和焊接不良的影響，因此，提升的焊接高度要合理，過高過低都會影響汽車車身的焊接質量。一方面，電弧增漲易發生磁偏吹現象，進而嚴重影響焊接的質量；另一方面，提升的高度過高，容易增加焊縫氣孔的數量。因此，對于汽車車身的短周期螺柱焊來講，利用電磁感應提升螺柱的高度應控制在 1.2mm 左右，而利用伺服電機提升的高度應控制在 1.5mm 左右。

最后，螺柱伸出的長度。該項工藝參數主要是針對汽車車身所使用的短周期拉弧式螺柱焊工藝而言的，通常，不同的焊接設備，螺柱伸出的長度要求也不一樣，例如，電磁式焊槍的螺柱伸出長度為螺柱融化長度與工件的熔深，一般為 1.2mm 左右，而伺服電機式焊槍的螺柱伸出的長度則控制在 2.2~3 毫米范圍內，以便于螺柱與焊接工件之間形成穩定的電流。

5 螺柱焊注意的事項及質量的檢驗

（1）在焊接前需要檢查焊接電纜連接是否有效可靠，并保證焊機的壓縮空氣氣路和焊機的電源接通，并認真檢查所使用的螺柱材質、類型是否正確。

（2）在焊接的過程中需要注意焊槍應當與焊接的工件表面保持垂直，否則要及時的調整相關的角度，避免出現焊接的質量問題。此外還要注意檢查螺柱焊接器的燒損情況，若發現問題要及時更換，并定期清理防護套內壁和焊接后工件表面的焊接飛濺。

（3）焊工的選擇需要經過專門的培訓，并具備相關的及技能，熟練掌握螺柱焊的施工工藝、施工參數等，并了解焊接的原則，進而保證焊接的質量。在焊接完成后，還要對螺柱焊接的質量進行評定，合格后
才能進行下一步工序，質量的評價包括螺柱的位置、數量、規格以及焊接的強度等。通常可以采用外觀檢查法、錘擊檢查法、扭矩檢查法等方法來對焊接的質量進行評價。

6 結語

隨著螺柱焊工藝技術的不斷進步與發展，目前在國內的汽車行業越來越多的被采用，有效的提升了汽車的質量，并解決了客戶所關心的汽車密封性、防泄漏等問題，并在降低造價成本方面也具有一定的作用用。在隨著汽車車身技術的發展，螺柱焊技術在廣泛應用的同時，也將朝著自動化、自能化方向發展。