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机器人点焊自动化技术基础知识

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机器人点焊自动化技术基础知识

发布日期:2019-10-09 作者: 点击:

汽车生产过程中,点焊是一种重要的工艺,目前在产的镀锌板燃油车,车身有超过2000个焊点,有的车型焊点数甚至超过了5000。


点焊是一种高速、经济的连接方法,它适于制造可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件。


点焊是把焊件在接头处接触面上的个别点焊接起来,要求金属有较好的塑性。

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点焊的基础知识


点焊通常分为双面点焊和单面点焊两大类。


双面点焊时,电极由工件的两侧向焊接处馈电。典型的双面点焊方式是最常用的方式,这时工件的两侧均有电极压痕。大焊接面积的导电板做下电极,这样可以消除或减轻下面工件的压痕。


常用于装饰性面板的点焊。同时焊接两个或多个点焊的双面点焊,使用一个变压器而将各电极并联,这时,所有电流通路的阻抗必须基本相等,而且每一焊接部位的表面状态、材料厚度、电极压力都需相同,才能保证通过各个焊点的电流基本一致采用多个变压器的双面多点点焊。

点焊通常采用搭接接头和折边接头,接头可以由两个或两个以上等厚度或不等厚度的工件组成。


在设计点焊结构时,必须考虑电极的可达性,即电极必须能方便地抵达工件的焊接部位。同时还应考虑诸如边距、搭接量、点距、装配间隙和焊点强度诸因素。

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边距的最小值取决于被焊金属的种类,厚度和焊接条件。对于屈服强度高的金属、薄件或采用强条件时可取较小值。


点距即相邻两点的中心距,其最小值与被焊金属的厚度、导电率,表面清洁度,以及熔核的直径有关。


规定点距最小值主要是考虑分流影响,采用强条件和大的电极压力时,点距可以适当减小。采用热膨胀监控或能够顺序改变各点电流的控制器时,以及能有效地补偿分流影响的其他装置时,点距可以不受限制。


装配间隙必须尽可能小,因为靠压力消除间隙将消耗一部分电极压力,使实际的焊接压力降低。间隙的不均匀性又将使焊接压力波动,从而引起各焊点强度的显著差异,过大的间隙还会引起严重飞溅,许用的间隙值取决于工件刚度和厚度,刚度、厚度越大,许用间隙越小,通常为0.1-2mm。


单个焊点的抗剪强度取决于两板交界上熔核的面积,为了保证接头强度,除熔核直径外,焊透率和压痕深度也应符合要求,焊透率的表达式为:η=h/δ-c×100%。两板上的焊透率只允许介于20-80%之间。

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镁合金的最大焊透率只允许至60%。而钛合金则允许至90%。焊接不同厚度工件时,每一工件上的最小焊透率可为接头中薄件厚度的20%,压痕深度不应超过板件厚度的15%,如果两工件厚度比大于2:1,或在不易接近的部位施焊,以及在工件一侧使用平头电极时,压痕深度可增大到20-25%。


点焊接头受垂直面板方向的拉伸载荷时的强度,为正拉强度。由于在熔核周围两板间形成的尖角可引起应力集中,而使熔核的实际强度降低,因而点焊接头一般不这样加载。通常以正拉强度和抗剪强度之比作为判断接头延性的指标,此比值越大,则接头的延性越好。


多个焊点形成的接头强度还取决于点距和焊点分布。点距小时接头会因为分流而影响其强度,大的点距又会限制可安排的焊点数量。因此,必须兼顾点距和焊点数量,才能获得最大的接头强度,多列焊点最好交错排列而不要作矩形排列。

焊接保证需要强度的地方焊接的间距会比较近,但是考虑到可能会出现的电焊分流的情况,焊点布置的时候应考虑其焊接不牢固性,所以并不是越近越多越好,合理布置焊点才能得到更好的效果,一般来说,三层焊焊点比两层焊焊点的间距稍远一点。

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焊点的施加原则一般不超过5mm,焊接板厚比例不超过1:3,超过这个值会造成焊核不在焊点最中心,甚至焊穿薄板的可能。三层焊焊接最厚跟最薄也不能超过1:3的原则。



焊点的多少应以连接强度是否满足需要为标准,过多、过密的焊点只能增加焊接的成本,同时过密的焊点由于焊接分流的加大,焊接强度降低。


焊点位置是工艺和产品设计协调的结果重要焊点位置应以CAE计算结果来设定,下表为不同料厚焊点剪切强度要求:



焊接时,先把焊件表面清理干净,再把被焊的板料搭接装配好,压在两柱状铜电极之间,施加压力P压紧,当通过足够大的电流时,在板的接触处产生大量的电阻热,将中心最热区域的金属很快加热至高塑性或熔化状态,形成一个透镜形的液态熔池。继续保持压力P,断开电流,金属冷却后,形成了一个焊点。镀锌钢板大致分为电镀锌钢板和热浸镀锌钢板,前者的镀层比后者薄。


点焊镀锌钢板用的电极,推荐用2类电极合金。相对点焊外观要求很高时,可以采用1类合金。推荐使用锥形电极形状,锥角120度-140度。


使用焊钳时,推荐采用端面半径为25-50mm的球面电极。为提高电极使用寿命,也可采用嵌有钨极电极头的复合电极,以2类电极合金制成的电极体,可以加强钨电极头的散热。



通常是根据工件的材料和厚度,参考该种材料的焊接条件表选取,首先确定电极的端面形状和尺寸。其次初步选定电极压力和焊接时间,然后调节焊接电流,以不同的电流焊接试样,经检查熔核直径符合要求后,再在适当的范围内调节电极压力,焊接时间和电流,进行试样的焊接和检验,直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。


最常用的检验试样的方法是撕开法,优质焊点的标志是:在撕开试样的一片上有圆孔,另一片上有圆凸台。厚板或淬火材料有时不能撕出圆孔和凸台,但可通过剪切的断口判断熔核的直径。必要时,还需进行低倍测量、拉抻试验和X光检验,以判定熔透率、抗剪强度和有无缩孔、裂纹等。以试样选择工艺参数时,要充分考虑试样和工件在分流、铁磁性物质影响,以及装配间隙方面的差异,并适当加以调整。


焊点直径的量取由长轴测量数值加上与长轴垂直轴测量值除2来计算,d=(a+b)/2。



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