镀锌板电阻焊质量掌握的研讨
摘要：近十年来，我国汽车工业成长迅速，随之而来的汽车车体防蚀问题也日渐崛起，镀锌板热轧卷板的使用也大幅增加。
镀锌板电阻焊质量掌握的研讨：
近十年来，我国汽车工业成长迅速，随之而来的汽车车体防蚀问题也日渐崛起镀锌板热轧卷板的使用也大幅增加。据有关查询拜访注解，一般国产新车运行一年即涌现腐化雀斑，3至4年即涌现腐化穿透，为此全国年维修费用达数十亿元人平易近币。是以，为了进步车体应用寿命和加强车体资料的抗腐机能，外面带镀层的低碳钢板被普遍应用，但今朝用得最多的是镀锌钢板或热轧卷板，欧美国度汽车用镀锌钢板占全部车体资料的60%阁下，日本则更多。我国也早就制定了相干政策勉励汽车制作业推广应用国产镀锌钢板，还曾把镀锌薄板的焊接列入国度基金项目。
镀锌钢板固然具有较好的抗腐化机能，但在国表里汽车车体系体例造中，年夜量采取的都是电阻点焊办法，与无镀层钢板比拟，镀锌钢板的点焊进程中存在以下问题：先于钢板融化的锌层形成锌环而分流，致使焊接电流密度减小；锌层外面烧损、粘连、污染电极而使电极寿命下降；锌层电阻率低，接触电阻小；轻易发生焊接飞溅、裂纹、气呼呼孔或组织软化等缺点。恰是因为镀锌钢板的点焊存在上述问题，因而引起国表里相干范畴的普遍存眷，并做了年夜量的研讨工作。今朝对于镀锌钢板点焊工作的研讨重要从四个方面着手：一是镀锌板的点焊焊接性，二是电极资料和外形的准确选择，三是重要工艺参数对点焊质量的影响，四是点焊质量掌握的模式和办法。
2 镀锌方法和厚度对点焊的影响
依据镀锌工艺的分歧，镀锌钢板年夜致可分为电镀锌钢板和热镀锌钢板，还有一种合金化渗锌钢板，是在热浸锌后保温在450ºC以长进行合金化处置。这三者相比拟而言，电镀锌板镀层薄，焊接性相对较好，但造价高；热镀锌钢板镀层厚，耐蚀性好，但焊接性差；合金化渗锌钢板的焊接性相对热镀锌钢板则有所改良；在锌层厚度雷同的情形下，热镀锌板比电镀锌板具有更优秀的焊接性。锌层对于钢板来说厚度固然异常小，但对于焊接性的影响却很年夜。一般以为，跟着锌层厚度的增长，所需焊接电流越年夜，但程轩挺等经由过程实验比拟，发明在必定镀层厚度规模内乱，锌层越厚，所需电流越年夜；但当锌层到达必定厚度时，则所需电流不和减小。而美国金属学会主编的有关材料则明白提出，镀锌钢板在镀层厚度增长时（锌层厚度在0.005～0.025mm规模内乱），焊接性下降，但锌层厚度在1.52mm以上时，焊接性不受镀层厚度的影响。在国表里汽车车体系体例造中，应用的电镀锌板镀层厚度一般为20～90g/m2(0.003～0.013mm)，热镀锌钢板镀层厚度为40～180g/m2(0.006～0.025mm)，可见汽车用镀锌钢板的点焊须要合理选择工艺参数以包管焊接质量。但笔者工场实践证实，尽管有锌层的存在，但只要选择恰当的装备、工艺等，镀锌钢板的电阻点焊质量完整可以到达车体系体例造的技巧请求。所以镀锌钢板自己的镀锌方法或锌层厚度，并不是影响车体点焊质量利害的决议身分。
3 电极材质及外形的选择与设计
在镀锌板的点焊研讨中，电极资料是一个注目标核心，研讨重要集中在现有电极与镀层之间的互相感化特色剖析， 以及开辟新的电极资料。国外镀锌板点焊用电极资料重要有Cu-Cr(0.8%Cr)、Cu-Zr(0.15%Zr)、Cu-Cr-Zr，以及含Al3O2粒子的弥散强化铜(简称DSC)。美国有人采取铬铜上嵌钨电极头的复合电极做试验，成果证实这种电极应用寿命很长，但因钨极的导热性差，只能采取低电流的焊接规范，故难以在车体系体例造业推广应用。也有人主意在电极外面喷涂一层高熔点资料，如钴、氧化钛、铑等，或在镀锌板间预置氧化铝粉末，以增长接触电阻，缩短焊接时光，从而进步电极寿命。国内乱研讨年夜都是经由过程实验研讨上述几种材质电极的应用机能，年夜量试验证实，在焊接前提不太幻想的情形下，无论是价钱较廉价的Cu-Cr、Cu-Zr合金电极，照样较贵的DSC电极，其应用情形邻近，但工场经验注解，在现实临盆的某些情形下，应用DSC20级合金电极时，电极粘着性减小。
至于电极的外形及端面尺寸方面，圆锥台形被以为是最好。同时，文献指出，在应用移动焊钳时，推举采取端面半径为1～2in的球面电极，但文献却强调要避免应用这种球面电极。
国外研讨者很早就熟悉到，对于镀锌钢板的点焊而言，电极寿命取决于电极头与融化金属产生合金化反响的难易水平，一些合金电极可在5 周波（60Hz）时光内乱完成合金化进程，越轻易产生合金化反响的电极其寿命越短。别的年夜量的点焊实验注解，电极在焊接进程中其外面温度比焊接通俗钢板时有明显进步。是以，电极的冷却十分主要，冷却水流必需充足，包管电极接近室温，如许能力将电极与镀层的合金反响减至最小，并防止因电极软化而发生的“凸起”或电极胀年夜。然而，冷却水流速度多年夜，温度多高才不至于引起电极端部过热，今朝尚无结论。文献推举，对于直径为16mm的圆锥台形电极而言，水流速度不小于1 加仑/分，进水最高温度为32ºC。
4 工艺参数对镀锌板点焊进程和质量的影响
在今朝缺少靠得住适用的检测或自顺应掌握手腕的前提下，靠人工选择（输入）合适的工艺参数是件特殊艰苦的工作，因为对于最常用的恒流掌握点焊机来讲，镀锌板点焊时可应用焊接电流的调节规模异常小，并且点焊质量还涉及到网压波动、装备特征、焊机(焊钳)回路、各类分流、电极磨损、电极压力波动、资料状况及特征、料厚组合、接头情势、冷却前提、功课方法等二十余种影响身分，而这些身分又互相感化，任何一种身分的波动或异常，都邑导致设定焊接规范值与焊点现实获得值的差别，从而影响工艺参数的优化匹配。而对于企业临盆来说，合理选择工艺参数则是掌握焊点质量的最重要门路，所以这方面的研讨工作极有现实意义。
有学者对镀锌钢板的点焊工艺进行了研讨。上海交年夜的王晶等人经由过程比较通俗冷轧钢板、电镀锌钢板和二种分歧锌层厚度的热镀锌钢板的点焊工艺及力学机能试验成果，剖析以为，就熔核尺寸和接头强度随电流变更的纪律而言，电镀锌钢板与通俗钢板基原形同，呈抛物线型，而热镀锌钢板则为单调上升的对数曲线；镀锌钢板点焊时当电极压力年夜于2.0kN后，电极压力的进步对减小飞溅并无显著感化；镀锌钢接头强度随通电时光的变更纪律同通俗钢板基原形同，也是先显著增长尔后趋于平缓或有所降低。这与宝钢研讨院的阎启从热镀锌板的点焊工艺试验中所获得的结论是相吻合的。
也有学者对镀锌钢板点焊时熔核形态进行了剖析，从微不雅特点评论辩论了镀锌板工艺参数对点焊质量的影响。文献以为，镀锌钢板点焊时的熔核结晶形态均为偏向性很强的粗年夜柱状晶；增长或减小焊接电流对改良镀锌板点焊熔核结晶形态无显著感化，而增年夜电流反而会使柱状晶更粗年夜；增长通电时光和进步焊接压力可改良镀锌板点焊熔核结晶形态，前者感化最为显著，根本可形成等轴晶组织。然则有学者以为，即使焊接性好的通俗钢板点焊时，在一般情形下也很难获得等轴晶组织。而文献也指出，即使优质通俗钢板点焊接头，其熔核也是由“柱状+等轴”构成。所以，对于焊接性差的镀锌钢板来说，仅依附工艺参数调剂就可获得“等轴+柱状”晶或年夜量等轴晶组织，颇值得疑惑。并且，有人采取正交试验办法对08Al镀锌钢板进行研讨，获得的结论是焊接电流是接头强度的第一影响身分，其次才是通电时光，这与通俗钢板的点焊特征是一致的，但却与文献相抵触。
别的，尽管国表里年夜多威望焊接机构都推举了镀锌钢板的点焊规范表，但相干数据并不同一。笔者也曾在同样点焊前提下，用同种资料去验证IIW、JIW 所推举的焊接规范，点焊后果却均不睬想。并且上述一些文献从试验中所获得的最佳规范在雷同焊接前提下也多纷歧致。
或许，对于焊接进程庞杂、影响身分许多的镀锌钢板点焊来说，这些抵触或差别在必定的试验前提下都是合理的，这也恰是工艺参数工资优化选择的难点地点。今朝，已有很多研讨者提出集成隐约体系(Fuzzy)、专家体系(ES)和人工神经收集(ANN)的人工智能体系及其它综合体系来优化选择点焊工艺参数，有的已在试验室里获得了胜利，这将推进镀锌钢板点焊工艺参数优化研讨工作的深刻开展，甚至从基本上解决工艺参数优化传统办法的弊病。
5 点焊质量掌握办法方面的研讨近况
今朝汽车车体临盆中，点焊质量根本上都是靠工艺试验、目视检测和损坏性实验来检讨，而缺少便利有用靠得住的质量掌握手腕。然则，因为电阻点焊的普遍运用和质量稳固的急切须要，点焊质量掌握始终是列国学者和装备制作商们存眷的重点，并做了最为普遍的研讨。
如今已经提出的质量掌握办法包含电参数法、热膨胀法、红外辐射法、超声波法、声发射法以及综合掌握法等，个中红外线辐射线、超声波法、声发射法因为受各方面前提的限制而难以推广运用。电参数法包含恒流、动态电阻、能量积分、电极间电压法等。固然，这些掌握办法的研讨已取得了很多可喜进展，但至今尚没有一种办法可以在现实临盆中赔偿各类身分的影响，并且还因各自的局限性，都未在临盆中获得推广运用。所以十多年前就有学者指出进一步的研讨应当是成长多参数综合掌握。
在AWS国际焊接博览会上，国外某公司曾展出了一种可检测点焊进程中每个焊点的多个参数(电流、电压、动态电阻、电极位移、电极压力等)的电阻焊测温器，应用后果不错。西北工年夜用STD 工业掌握微机研制的电阻焊多参数监测仪，也可实现多个参数的检测，已在实验室前提下获得了较满足的成果。曹彪等人则用IBM—80286树立的点焊进程动态参数测试体系，也能靠得住地获得点焊进程的多种动态参数。这些掌握办法精度虽高，但缺陷是检测体系庞杂，笔者以为也很难在临盆中获得推广应用。
值得一提的是，逆变式电阻点焊机今朝在国内乱汽车、电器等制作业已有推广应用之势，其工作道理是将输入的三相交换电桥式整流、滤波成直流电，再经逆变器发生中频交换电(f=600～1000Hz)，然后反馈给焊接变压器输出低电压交换电，最后经单相整流后输出脉动很小的直流电。该种掌握办法本来采取脉宽调制法(PWM)，到20世纪90年月已趋于采取“零转换-PWM”或“零开关-PWM”变换器的方法，如许不只经济节能，并且焊接规范调节规模扩年夜3～4倍，这对焊接参数选择规模很小的镀锌钢板点焊来说无疑是个福音。
总体来说，点焊质量掌握的成长趋向为掌握模式及掌握办法的综合化、进程及质量掌握纪律描写的数目化和掌握决议计划的智能化。当然，任何一种掌握办法要有好的市场远景，起首必需有用靠得住、操作简略、成本合理。
近十年来，我国汽车工业成长迅速，随之而来的汽车车体防蚀问题也日渐崛起镀锌板热轧卷板的使用也大幅增加。据有关查询拜访注解，一般国产新车运行一年即涌现腐化雀斑，3至4年即涌现腐化穿透，为此全国年维修费用达数十亿元人平易近币。是以，为了进步车体应用寿命和加强车体资料的抗腐机能，外面带镀层的低碳钢板被普遍应用，但今朝用得最多的是镀锌钢板或热轧卷板，欧美国度汽车用镀锌钢板占全部车体资料的60%阁下，日本则更多。我国也早就制定了相干政策勉励汽车制作业推广应用国产镀锌钢板，还曾把镀锌薄板的焊接列入国度基金项目。
镀锌钢板固然具有较好的抗腐化机能，但在国表里汽车车体系体例造中，年夜量采取的都是电阻点焊办法，与无镀层钢板比拟，镀锌钢板的点焊进程中存在以下问题：先于钢板融化的锌层形成锌环而分流，致使焊接电流密度减小；锌层外面烧损、粘连、污染电极而使电极寿命下降；锌层电阻率低，接触电阻小；轻易发生焊接飞溅、裂纹、气呼呼孔或组织软化等缺点。恰是因为镀锌钢板的点焊存在上述问题，因而引起国表里相干范畴的普遍存眷，并做了年夜量的研讨工作。今朝对于镀锌钢板点焊工作的研讨重要从四个方面着手：一是镀锌板的点焊焊接性，二是电极资料和外形的准确选择，三是重要工艺参数对点焊质量的影响，四是点焊质量掌握的模式和办法。
2 镀锌方法和厚度对点焊的影响
依据镀锌工艺的分歧，镀锌钢板年夜致可分为电镀锌钢板和热镀锌钢板，还有一种合金化渗锌钢板，是在热浸锌后保温在450ºC以长进行合金化处置。这三者相比拟而言，电镀锌板镀层薄，焊接性相对较好，但造价高；热镀锌钢板镀层厚，耐蚀性好，但焊接性差；合金化渗锌钢板的焊接性相对热镀锌钢板则有所改良；在锌层厚度雷同的情形下，热镀锌板比电镀锌板具有更优秀的焊接性。锌层对于钢板来说厚度固然异常小，但对于焊接性的影响却很年夜。一般以为，跟着锌层厚度的增长，所需焊接电流越年夜，但程轩挺等经由过程实验比拟，发明在必定镀层厚度规模内乱，锌层越厚，所需电流越年夜；但当锌层到达必定厚度时，则所需电流不和减小。而美国金属学会主编的有关材料则明白提出，镀锌钢板在镀层厚度增长时（锌层厚度在0.005～0.025mm规模内乱），焊接性下降，但锌层厚度在1.52mm以上时，焊接性不受镀层厚度的影响。在国表里汽车车体系体例造中，应用的电镀锌板镀层厚度一般为20～90g/m2(0.003～0.013mm)，热镀锌钢板镀层厚度为40～180g/m2(0.006～0.025mm)，可见汽车用镀锌钢板的点焊须要合理选择工艺参数以包管焊接质量。但笔者工场实践证实，尽管有锌层的存在，但只要选择恰当的装备、工艺等，镀锌钢板的电阻点焊质量完整可以到达车体系体例造的技巧请求。所以镀锌钢板自己的镀锌方法或锌层厚度，并不是影响车体点焊质量利害的决议身分。
3 电极材质及外形的选择与设计
在镀锌板的点焊研讨中，电极资料是一个注目标核心，研讨重要集中在现有电极与镀层之间的互相感化特色剖析， 以及开辟新的电极资料。国外镀锌板点焊用电极资料重要有Cu-Cr(0.8%Cr)、Cu-Zr(0.15%Zr)、Cu-Cr-Zr，以及含Al3O2粒子的弥散强化铜(简称DSC)。美国有人采取铬铜上嵌钨电极头的复合电极做试验，成果证实这种电极应用寿命很长，但因钨极的导热性差，只能采取低电流的焊接规范，故难以在车体系体例造业推广应用。也有人主意在电极外面喷涂一层高熔点资料，如钴、氧化钛、铑等，或在镀锌板间预置氧化铝粉末，以增长接触电阻，缩短焊接时光，从而进步电极寿命。国内乱研讨年夜都是经由过程实验研讨上述几种材质电极的应用机能，年夜量试验证实，在焊接前提不太幻想的情形下，无论是价钱较廉价的Cu-Cr、Cu-Zr合金电极，照样较贵的DSC电极，其应用情形邻近，但工场经验注解，在现实临盆的某些情形下，应用DSC20级合金电极时，电极粘着性减小。
至于电极的外形及端面尺寸方面，圆锥台形被以为是最好。同时，文献指出，在应用移动焊钳时，推举采取端面半径为1～2in的球面电极，但文献却强调要避免应用这种球面电极。
国外研讨者很早就熟悉到，对于镀锌钢板的点焊而言，电极寿命取决于电极头与融化金属产生合金化反响的难易水平，一些合金电极可在5 周波（60Hz）时光内乱完成合金化进程，越轻易产生合金化反响的电极其寿命越短。别的年夜量的点焊实验注解，电极在焊接进程中其外面温度比焊接通俗钢板时有明显进步。是以，电极的冷却十分主要，冷却水流必需充足，包管电极接近室温，如许能力将电极与镀层的合金反响减至最小，并防止因电极软化而发生的“凸起”或电极胀年夜。然而，冷却水流速度多年夜，温度多高才不至于引起电极端部过热，今朝尚无结论。文献推举，对于直径为16mm的圆锥台形电极而言，水流速度不小于1 加仑/分，进水最高温度为32ºC。
4 工艺参数对镀锌板点焊进程和质量的影响
在今朝缺少靠得住适用的检测或自顺应掌握手腕的前提下，靠人工选择（输入）合适的工艺参数是件特殊艰苦的工作，因为对于最常用的恒流掌握点焊机来讲，镀锌板点焊时可应用焊接电流的调节规模异常小，并且点焊质量还涉及到网压波动、装备特征、焊机(焊钳)回路、各类分流、电极磨损、电极压力波动、资料状况及特征、料厚组合、接头情势、冷却前提、功课方法等二十余种影响身分，而这些身分又互相感化，任何一种身分的波动或异常，都邑导致设定焊接规范值与焊点现实获得值的差别，从而影响工艺参数的优化匹配。而对于企业临盆来说，合理选择工艺参数则是掌握焊点质量的最重要门路，所以这方面的研讨工作极有现实意义。
有学者对镀锌钢板的点焊工艺进行了研讨。上海交年夜的王晶等人经由过程比较通俗冷轧钢板、电镀锌钢板和二种分歧锌层厚度的热镀锌钢板的点焊工艺及力学机能试验成果，剖析以为，就熔核尺寸和接头强度随电流变更的纪律而言，电镀锌钢板与通俗钢板基原形同，呈抛物线型，而热镀锌钢板则为单调上升的对数曲线；镀锌钢板点焊时当电极压力年夜于2.0kN后，电极压力的进步对减小飞溅并无显著感化；镀锌钢接头强度随通电时光的变更纪律同通俗钢板基原形同，也是先显著增长尔后趋于平缓或有所降低。这与宝钢研讨院的阎启从热镀锌板的点焊工艺试验中所获得的结论是相吻合的。
也有学者对镀锌钢板点焊时熔核形态进行了剖析，从微不雅特点评论辩论了镀锌板工艺参数对点焊质量的影响。文献以为，镀锌钢板点焊时的熔核结晶形态均为偏向性很强的粗年夜柱状晶；增长或减小焊接电流对改良镀锌板点焊熔核结晶形态无显著感化，而增年夜电流反而会使柱状晶更粗年夜；增长通电时光和进步焊接压力可改良镀锌板点焊熔核结晶形态，前者感化最为显著，根本可形成等轴晶组织。然则有学者以为，即使焊接性好的通俗钢板点焊时，在一般情形下也很难获得等轴晶组织。而文献也指出，即使优质通俗钢板点焊接头，其熔核也是由“柱状+等轴”构成。所以，对于焊接性差的镀锌钢板来说，仅依附工艺参数调剂就可获得“等轴+柱状”晶或年夜量等轴晶组织，颇值得疑惑。并且，有人采取正交试验办法对08Al镀锌钢板进行研讨，获得的结论是焊接电流是接头强度的第一影响身分，其次才是通电时光，这与通俗钢板的点焊特征是一致的，但却与文献相抵触。
别的，尽管国表里年夜多威望焊接机构都推举了镀锌钢板的点焊规范表，但相干数据并不同一。笔者也曾在同样点焊前提下，用同种资料去验证IIW、JIW 所推举的焊接规范，点焊后果却均不睬想。并且上述一些文献从试验中所获得的最佳规范在雷同焊接前提下也多纷歧致。
或许，对于焊接进程庞杂、影响身分许多的镀锌钢板点焊来说，这些抵触或差别在必定的试验前提下都是合理的，这也恰是工艺参数工资优化选择的难点地点。今朝，已有很多研讨者提出集成隐约体系(Fuzzy)、专家体系(ES)和人工神经收集(ANN)的人工智能体系及其它综合体系来优化选择点焊工艺参数，有的已在试验室里获得了胜利，这将推进镀锌钢板点焊工艺参数优化研讨工作的深刻开展，甚至从基本上解决工艺参数优化传统办法的弊病。
5 点焊质量掌握办法方面的研讨近况
今朝汽车车体临盆中，点焊质量根本上都是靠工艺试验、目视检测和损坏性实验来检讨，而缺少便利有用靠得住的质量掌握手腕。然则，因为电阻点焊的普遍运用和质量稳固的急切须要，点焊质量掌握始终是列国学者和装备制作商们存眷的重点，并做了最为普遍的研讨。
如今已经提出的质量掌握办法包含电参数法、热膨胀法、红外辐射法、超声波法、声发射法以及综合掌握法等，个中红外线辐射线、超声波法、声发射法因为受各方面前提的限制而难以推广运用。电参数法包含恒流、动态电阻、能量积分、电极间电压法等。固然，这些掌握办法的研讨已取得了很多可喜进展，但至今尚没有一种办法可以在现实临盆中赔偿各类身分的影响，并且还因各自的局限性，都未在临盆中获得推广运用。所以十多年前就有学者指出进一步的研讨应当是成长多参数综合掌握。
在AWS国际焊接博览会上，国外某公司曾展出了一种可检测点焊进程中每个焊点的多个参数(电流、电压、动态电阻、电极位移、电极压力等)的电阻焊测温器，应用后果不错。西北工年夜用STD 工业掌握微机研制的电阻焊多参数监测仪，也可实现多个参数的检测，已在实验室前提下获得了较满足的成果。曹彪等人则用IBM—80286树立的点焊进程动态参数测试体系，也能靠得住地获得点焊进程的多种动态参数。这些掌握办法精度虽高，但缺陷是检测体系庞杂，笔者以为也很难在临盆中获得推广应用。
值得一提的是，逆变式电阻点焊机今朝在国内乱汽车、电器等制作业已有推广应用之势，其工作道理是将输入的三相交换电桥式整流、滤波成直流电，再经逆变器发生中频交换电(f=600～1000Hz)，然后反馈给焊接变压器输出低电压交换电，最后经单相整流后输出脉动很小的直流电。该种掌握办法本来采取脉宽调制法(PWM)，到20世纪90年月已趋于采取“零转换-PWM”或“零开关-PWM”变换器的方法，如许不只经济节能，并且焊接规范调节规模扩年夜3～4倍，这对焊接参数选择规模很小的镀锌钢板点焊来说无疑是个福音。
总体来说，点焊质量掌握的成长趋向为掌握模式及掌握办法的综合化、进程及质量掌握纪律描写的数目化和掌握决议计划的智能化。当然，任何一种掌握办法要有好的市场远景，起首必需有用靠得住、操作简略、成本合理。
