凸焊工艺控制浅析

凸焊工艺控制最主要的几个方面在于凸焊设备的选择、凸焊电极的改造、凸焊工艺参数与设备参数的正确编制以及凸焊工件的检测手段，控制好这4个主要因素可以明显减少制造缺陷，使凸焊在汽车行业应用更加广泛。

随着汽车行业的飞速发展，越来越多的汽车厂商更偏爱使用凸焊这种快捷而又方便的方式来焊接凸焊螺母（螺栓）类标准件。然而凸焊电极种类繁多、工艺控制困难、方式较多及凸焊质量控制等技术难题一直困扰着业内工作人员。本文将详细介绍凸焊的工艺参数和凸焊质量的控制方法。

凸焊与点焊的差异

凸焊是在一工件的贴合面上预先加工出一个或多个突起点，使其与另一工件表面接触并通电加热，然后压塌，使这些接触点形成焊核的电阻焊方法。凸焊是点焊的一种变形，主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件，板件凸焊最适宜的厚度为0.5～4mm，通常凸焊母材不得小于0.25mm。

从搭接方式上看，点焊的被焊接件之间的搭接间隙基本要求不超过1.5mm即可完成焊接，而凸焊类的被焊接工件必须带有一定数量的凸点，且对凸点在高度和大小上也有一定要求。从参数配比上看，点焊一般采用小电流、长周波的方式，而凸焊恰好相反。由于需要电流短时间内熔化凸点达到焊接效果，电流相对又必须集中，故凸焊时一般都会采用大电流、短周波的方式，来保证其焊接螺母（螺栓）类工件丝牙不被其熔化压溃。

凸焊种类

凸焊种类繁多，包括单点凸焊、多点凸焊、环焊和T形焊。

1. 单点、多点式凸焊

单点、多点式凸焊接头形式为凸点设计成球面形、圆锥形和方形，并预先压制在薄件或厚件上，这类焊接方式运用较广。某些为解决一部分设计问题而开发的工件，接触面积较小，点焊电极难以完成，通常就会采用单点或多点凸焊的方式来焊接。如我厂前期生产的520车身翼子板外板电泳效果不良，为了增加翼子板外板与装配的钣金件之间的间隙，使其电泳充分，特补充设计的一种小件就是采用多点凸焊的方式进行焊接。

2. 环焊式凸焊

环焊式凸焊的接头形式为在一个工件上预先制出凸环或利用工件原有的型面、倒角构成的锐边，焊后形成一条环焊缝，这类焊接方式在汽车的标准件凸焊中常会用到，一般的凸焊方螺母和焊接螺栓都是采用这种凸焊方式。我厂也采用该方式对凸焊螺母（螺栓）进行焊接。

3. T形凸焊

T形凸焊接头形式为在杆形上预制出单个或多个球面形、圆锥形、弧面形及齿形等凸点，一次加压通电焊接。这类焊接方式主要运用在车身的前围隔热罩装配螺栓、前地板隔热罩等动载荷不大的装配螺栓上。比如我厂各车型地板的储能凸焊螺栓就是利用该方式进行焊接的。

凸焊设备及设备调试方法

凸焊设备按缸体分可分为200型、100型、80型和60型，不同缸体的凸焊机使用的电极压力不一，我厂选用的是天津七所生产的200型和100型凸焊机。凸焊机一般由机身、变压器、控制柜、上下电极、气水电循环管路和控制开关构成（见图1）。

直接影响凸焊工件类质量的是电控柜和凸焊上下电极，电控柜的主要作用在于参数的编制和转化控制，而直接通电作用于工件上的是上下电极。凸焊参数主要控制的是焊接电流、预压力、休止时间、焊接时间和电极压力。由于我厂使用的是天津七所生产的焊机，故其余均为预设值。

我厂设备由于设计时只考虑到普通工件和规整板材的焊接，故未经调试的凸焊机并不满足我厂的实际需要。以520车身工件为例，未经调试的凸焊机其电极高度过高，导致其放电时间很难掌握，时常出现螺母烧蚀、电极损坏和螺母焊接不牢的质量问题。同时电极过小，定位所使用的台阶销不能满足其定位精度，时常出现焊偏、挡孔和飞溅过小等现象。而且原厂电极头并不满足凸焊螺栓类的焊接功能。基于上述现象，我独立完成了对电极头的第一次改制，并联系我厂工程部对改后电极进行加工，实现了提高定位精度的目标。第一次改制后下电极已具备了凸焊类螺栓的焊接功能，其后为解决飞溅，又引用了气动电极（见图2）。通过将上下电极距离控制在（50±10）mm间，配合电流、焊接时间的参数调整，解决了该凸焊机螺母（螺栓）脱落的质量问题。同时通过修改控制开关，由原有的脚踏板式控制开关转变为了手按式，有效降低了工伤频率。

凸焊缺陷及参数控制

引起螺母（螺栓）脱落、烧黑和内螺纹变形等缺陷的主要原因为形成焊核过程不良、参数配比不正确，或上下电极修锉后平整度误差较大。

1.形核

凸焊螺母的焊接是多个凸点的同时焊接，在螺母的下端面沿圆周均匀分布3～4个半径相同的凸点。在焊接过程的加压阶段，当电极压力达到预定值时，所有凸点的高度应均匀变化且被同时压塌1/3左右，被焊板与凸点接触处的表皮被压破形成略小一点的压坑，此时各处的接触电阻相等。通电后，电流分几路通过凸点接触面，由于电流的热效应，凸点开始熔化且所余高度被迅速压溃，螺母下端面与被焊板贴合。此间形成较大的加热区，触点处的熔化迅速加快，形成足尺的核和塑性区，切断电流后，熔核快速结晶形成焊核。

2.参数调节与电极平整度

参数关键控制为焊接时间t2、电极压力F、焊接电流I和预压时间t1。

焊接时间t2不同于点焊时的点焊时间，因为凸点从通电熔化到整个高度被压平需要时间t21，凸点与被焊板接触处形成熔化区需要时间t22，所以t2≥t21＋t22。若t2＜t21＋t22，凸点还未完全压平时切断电流，两焊接工件尚未完全贴合，中部形成缝隙极易脱落。

电极压力F的大小应使通电前多个凸点的高度被均匀压塌约1/3，被焊板相应部位表皮被挤破或有稍小凹坑。然而压力过大就会引起飞溅和螺纹变形等缺陷，压力过小则无法压溃凸点。

焊接电流I能起到瞬间熔化凸点的作用，一般都会和焊接时间t2套用。它们之间可以相互作出微调，调整时必须满足t2≥t21＋t22，才可满足其焊接性能，但电流过大同样会导致螺纹变形或出现螺母退火和发黑现象。

预压时间t1是控制电极通电后螺母（螺栓）能否焊接良好的另一关键因素。如果t1过小，电极刚接触，被焊工件便开始通电，将引起瞬间放电，使被焊工件烧穿，电极头损坏；t1过大则会导致螺母内工件变形。

综上所述，主要控制的参数离不开以上4种参数，当然也有气压不足或过大的影响、电网波动的影响以及电极行程过高的影响等，但我厂采用的控制手段均已将风险降至较小的阶段。

凸焊检测手段

凸焊检测一般分为破坏性检测和非破坏性检测，极少数的车厂或设计公司也会采用拉伸试验和X光检验。

1.破坏性检测

破坏性检测通常是采用螺栓套螺母或螺母套螺栓，然后使用榔头敲击的方法来观察其焊点、焊核。一般情况下凸点均带有母材而被撕裂，如未带母材或只有1～2个凸点上有母材视为假焊。这类检测根据各大主机厂的要求不同抽查频次也不一样，但一般这类检测频率不会很高。

2.非破坏性检测

非破坏性检测一般采用专用凸焊螺母套筒联合扭力扳手进行检测（如M8≥40N.m）。不带螺纹的凸焊件，强度可以达到采用套管套住凸焊件使套管倾斜15°不开焊。具体扭力参数如表所示。

我厂以上述两种检测手段为主，破坏性检验抽查频次一般为每焊接300～500颗同规格螺母（螺栓）抽查1～2件。敲击工件如可修复，则需在螺母两端补焊CO2保护焊进行加固处理。同时，每天开班前需对相同板厚的试片进行标件焊接，焊接完后的试片需进行破坏性实验。而非破坏性检测则是每焊接200～300颗凸焊螺母（螺栓）按照表中所示扭力范围进行扭力校核，未达扭力值的工件全部进行CO2保护焊加固处理。现在我厂基本杜绝了假焊事故的发生。

结语

凸焊工艺控制最主要的几个方面在于凸焊设备的选择、凸焊电极的改造、凸焊工艺参数与设备参数的正确编制以及凸焊工件的检测手段。控制好这4个主要因素可以明显减低制造缺陷，使凸焊在汽车行业应用得更加广泛。