螺柱焊在车身焊接工艺中的应用

【摘要】随着焊接技术的不断发展，螺柱焊具有全截面焊接、标准化作业以及焊接效率高和质量可靠等优势，被广泛应用于汽车车身的焊接工艺中。因此，本文将着重探讨螺柱焊在车身焊接工艺中的应用，以期能够为螺柱焊工艺技术在车身焊接工艺中的发展有所参考。

1 前言

随着客户对整车密封性和 NVH 性能的要求越来越高，在车身的设计上需要重点参考密封性能和防噪等性能，为了避免造成泄漏现象，这就要求需要在车身构件上尽可能少的开口。而汽车车身是由许多焊接性能很好的低碳钢组成，通过将数百种薄板件焊接连结共同组成了车身，是典型的焊接构件。而螺柱焊接具有速度快、可靠、操作简便以及无孔连接等优点，逐渐替代了汽车制造中的铆接、攻螺纹、钻孔等连接技术，广泛的应用在汽车车身的焊接工艺中。

2 螺柱焊的概述

螺柱焊是将螺柱的一端通过与板件表面的接触，利用电引弧，等接触面熔化后，给螺柱一定的压力，从而完成焊接。它是一种压力熔焊方法，兼有熔焊和压焊的双重特征，因此它也具有弧焊和压力焊的双重属性。螺柱焊机是进行螺柱焊的设备，通常根据焊机的原理不同，可分为储能式和拉弧式螺柱焊机两类。由螺柱焊电源和焊枪组成的拉弧式螺柱焊机主要用于异型钉和螺柱圆柱头焊钉的焊接，焊接直径在 Φ3mm~30mm。通常，可以通过如拉弧式螺柱焊、电阻焊、储能式螺柱焊、凸焊等多种方法来实现螺柱焊接，其中，根据根据拉弧式螺柱焊周期的长短，又可以分为长周期和短周期螺柱焊，现阶段，采用逆变
式焊接电源的短周期拉弧式螺柱焊是目前汽车行业应用最为广泛的焊接工艺。

3 螺柱焊的工作原理和特点

不同的螺柱焊机的工作原理不同，一般来讲，拉弧式螺柱焊机主要采用晶闸管来对弧焊整流器进行控制，而相对先进的拉弧式螺柱焊电源主要采用了逆变式变压器电源来实现焊接。拉弧式螺柱焊的工作原理主要是通过夹在焊枪夹持器内的焊柱，并将焊枪内的焊柱移动到焊接的位置使螺柱接触工件。在焊接的过程中，通过提升焊枪中的磁力提升，将螺柱上升，并与焊接工件脱离接触，在控制焊枪提升磁力机构的同时，施加引弧电压于螺柱与焊接工件之间，并在螺柱端面与焊接工件之间引出电弧，进而使螺柱端面与工件融化。随着螺柱提升到预定的高度后，并将工件之间的电压施加到焊接电压，在焊接时间达到设定的时间后，切断焊接电压，并提升结构电磁铁，使之断电。螺柱在焊枪弹簧机构的弹力作用下，侵入工件熔化后形成的熔池，挤出部分液态金属后，进而待熔池金属冷却结晶后形成螺柱与工件共同连接的接头。螺柱焊相对于其他的焊接工艺具有众多优点，主要有：

（1）效率高，成本低。由于螺柱焊的功率相对较高，一般在批量生产的工件上，能在很短的时间内约 3ms~980ms 内便可达到 8~40 个 /min（这主要是由螺柱的直径和焊接功率决定的）。而自动送料螺柱焊机则可达到每分钟 60 个的高效率。也正是由于螺柱焊的结构工艺简单，不用钻孔、精整等工序，加上螺柱焊所用的时间短，焊接后工件很少变形，在汽车车声焊接完成后也不许精整，从而使得造价成本也相应的降低。

（2）拓展了设计结构的空间。由于螺柱焊是一种时间短、电流大和较小的熔深，使得工件可以焊接到很薄的板材上，例如拉弧式的板厚可达到 0.6mm，而储能式螺柱焊接工艺的板厚更薄，可达到 0.5mm。同时，螺柱焊的接头强度很高，这样在产品设计的时候就有足够的扩展空间。

（3）具有很好的经济性。通常螺柱焊的质量较高，再现率和废品率都较小，并且螺柱焊枪类型众多，标准的螺柱成本也不高，材料和设备的费用都相对较低。因此，采用螺柱焊具有很好的经济性。

4 螺柱焊的相关参数

首先，焊接电流。螺柱的直径是选择焊接电流的决定因素，一般来讲，普通低碳钢螺柱的直径与焊接电流的关系为：对于汽车来说，常用的是短周期螺柱焊，则：

I=（95~110）d，d=3~15mm

若是镀锌螺柱焊，则电流需要在此基础上增加 20% 左右。其次，焊接时间。对于汽车车身采用的短周期螺柱焊，焊接时间在控制在 20ms~100ms 范围内，短周期螺柱焊的时间为：

Tw=（4~5）d，d=3mm~15mm

需要注意的是，不论是短周期还是长周期的螺柱焊，其焊接时间都要根据焊接的热量来灵活调整，以保证焊接的质量。再次，螺柱的提升高度也是影响焊接质量的重要因素，它也与螺柱的直径有关，呈现正相关关系。由于提升的高度可以有效的防止熔滴过渡造成的电弧不稳定和焊接不良的影响，因此，提升的焊接高度要合理，过高过低都会影响汽车车身的焊接质量。一方面，电弧增涨易发生磁偏吹现象，进而严重影响焊接的质量；另一方面，提升的高度过高，容易增加焊缝气孔的数量。因此，对于汽车车身的短周期螺柱焊来讲，利用电磁感应提升螺柱的高度应控制在 1.2mm 左右，而利用伺服电机提升的高度应控制在 1.5mm 左右。

最后，螺柱伸出的长度。该项工艺参数主要是针对汽车车身所使用的短周期拉弧式螺柱焊工艺而言的，通常，不同的焊接设备，螺柱伸出的长度要求也不一样，例如，电磁式焊枪的螺柱伸出长度为螺柱融化长度与工件的熔深，一般为 1.2mm 左右，而伺服电机式焊枪的螺柱伸出的长度则控制在 2.2~3 毫米范围内，以便于螺柱与焊接工件之间形成稳定的电流。

5 螺柱焊注意的事项及质量的检验

（1）在焊接前需要检查焊接电缆连接是否有效可靠，并保证焊机的压缩空气气路和焊机的电源接通，并认真检查所使用的螺柱材质、类型是否正确。

（2）在焊接的过程中需要注意焊枪应当与焊接的工件表面保持垂直，否则要及时的调整相关的角度，避免出现焊接的质量问题。此外还要注意检查螺柱焊接器的烧损情况，若发现问题要及时更换，并定期清理防护套内壁和焊接后工件表面的焊接飞溅。

（3）焊工的选择需要经过专门的培训，并具备相关的及技能，熟练掌握螺柱焊的施工工艺、施工参数等，并了解焊接的原则，进而保证焊接的质量。在焊接完成后，还要对螺柱焊接的质量进行评定，合格后
才能进行下一步工序，质量的评价包括螺柱的位置、数量、规格以及焊接的强度等。通常可以采用外观检查法、锤击检查法、扭矩检查法等方法来对焊接的质量进行评价。

6 结语

随着螺柱焊工艺技术的不断进步与发展，目前在国内的汽车行业越来越多的被采用，有效的提升了汽车的质量，并解决了客户所关心的汽车密封性、防泄漏等问题，并在降低造价成本方面也具有一定的作用用。在随着汽车车身技术的发展，螺柱焊技术在广泛应用的同时，也将朝着自动化、自能化方向发展。