一种防翘曲多层板点焊焊接方法与流程

1.本发明涉及焊接工艺技术领域，具体涉及一种防翘曲多层板点焊焊接方法。


背景技术：

2.点焊是指焊接时利用柱状电极，在两块搭接工件接触面之间形成焊点的焊接方法。点焊时，先加压使工件紧密接触，随后接通电流，在电阻热的作用下工件接触处熔化，冷却后形成焊点并使工件得到连接效果。
3.电缸中频逆变点焊机(可在焊接过程中改变压力大小)适合中心梁等板厚比差较大的部件焊接，高低压力和高低电流变化配合焊接，用于替代传统单一段固定电流固定压力的局限焊接方式，焊接时分两步骤进行，焊接放电时前半段小压力大电流，后半段则为大压力低电流。此多段焊接技术对常规焊接方式难以焊合的薄板、中板边缘的稳定性和高质量化有很大的提高。
4.授权公告号为cn 109773321 b的“一种差强差厚多层板点焊方法”中记载了：在s1预压和s4焊接之间加入s2预成型和s3预成型维持，通过重构被焊工件的接触电阻，使其在s4焊接时，工件上的焊接区域的电阻分布变得均匀，各接触面间的焊接电流密度分布均匀，最终让焊接形成的熔核均匀生长分布，解决了差厚差强多层板组合点焊时，较薄且/或较低强度板材侧熔核偏小或虚焊、以及较厚且/或较高强度板侧飞溅的问题，在实际应用过程中得到了较为理想的使用效果。
5.但是，上述点焊方式中，由于增加了预成型步骤s2，与原有焊接步骤s4 相加实际延长了点焊时间，使得焊接瞬时应力和焊接残余应力增加。而焊接瞬时应力会导致焊接过程中板材之间发生翘曲，特别是较薄且/或较低强度板材；焊接残余应力会导致在使用过程中振动、撞击等导致焊点翘曲断裂。
6.因此，如何提供一种防翘曲多层板点焊焊接方法，从而减少焊接瞬时应力和焊接残余应力导致的翘曲问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

7.为此，本发明提供一种防翘曲多层板点焊焊接方法，以解决现有技术中存在的相关技术问题。
8.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.一种防翘曲多层板点焊焊接方法，包括如下步骤：
10.s1预压：叠放多层板形成待焊接工件，点焊上电极和下电极接触工件并对工件施加预压压力夹紧工件；
11.s2预成型：点焊上电极和下电极通电，以待焊接点为焊接域扭动上电极和下电极在至少3个倾斜方向上依次间断对工件输出预成型电流，使得较薄且 /或较低强度板材侧接触面形成较小的预成型熔核，较厚且/或较高强度板材侧接触面形成较大的预成型熔核；
12.s3预成型维持：点焊上电极和下电极上的预成型电流被切断，预成型产生的预成
型熔核在预压压力下冷却凝固；
13.s4焊接：点焊上电极和下电极竖向夹持工件并对工件的焊接域中心输出焊接电流，工件上的焊接域被加热并形成最终的熔核；
14.s5维持：点焊上电极和下电极上的焊接电流被切断，焊接形成的熔核在预压压力下冷却凝固；
15.s6休止：点焊上电极和下电极离开工件，直至开始下次点焊。
16.进一步地，在s2预成型步骤中，以待焊接点为焊接域扭动上电极和下电极在至少3个倾斜方向上依次间断对工件输出预成型电流，包括如下步骤：
17.s201：确定焊接域的中心点o和半径r；
18.s202：以焊接域的中心点o为原点，以半径r为长度扭动点焊上电极和下电极，使点焊上电极和下电极以竖向转动第一角度倾斜，以接触点为第一点焊点输出预成型电流；
19.s203：以焊接域的中心点o为原点，以半径r为长度扭动点焊上电极和下电极，以第一点焊点为起点顺时针水平转动第二角度至第二点焊点，在第二点焊点输出预成型电流；
20.s204：以焊接域的中心点o为原点，以半径r为长度扭动点焊上电极和下电极，以第二点焊点为起点顺时针水平转动第三角度至第三点焊点，在第三点焊点输出预成型电流。
21.进一步地，在步骤s203和s204中，第二点焊点和第三点焊点焊接时，点焊上电极和下电极以竖向转动第一角度倾斜状态焊接。
22.进一步地，所述第一点焊点、第二点焊点和第三点焊点以焊接域的中心点 o均匀分布。
23.进一步地，所述第一角度为20-50度，所述第二角度和第三角度均为120 度。
24.进一步地，在步骤s201中，确定焊接域的半径r包括如下计算公式：
[0025][0026]
式中：r为焊接域半径；k为点焊系数；ρ1为上层的较薄且/或较低强度板材的电阻率；ρ2为中间层的较厚且/或较高强度板材的电阻率；ρ3为底层的较厚且/或较高强度板材的电阻率；l1为上层的较薄且/或较低强度板材的厚度；l2为中间层的较厚且/或较高强度板材的厚度；l3为底层的较厚且/或较高强度板材的厚度；p为预压压力值；t为温度。
[0027]
进一步地，由所述第一点焊点、第二点焊点和第三点焊点依次转换时间间隔为100-150ms。
[0028]
进一步地，所述点焊上电极和下电极为中频逆变电焊机的点焊电极。
[0029]
进一步地，在步骤s3预成型维持中，预成型产生的预成型熔核在预压压力下冷却凝固时间为100-150ms。
[0030]
进一步地，在步骤s4焊接中，点焊上电极和下电极竖向夹持工件并对工件焊接的时间为150-200ms。
[0031]
本发明具有如下优点：
[0032]
本技术通过改进步骤s2，根据较薄且/或较低强度板材和较厚且/或较高强度板材的特性，并结合点焊的预压压力和预热温度来得到焊接域的大小，并以焊接域的中心为原点来进行周向扭转点焊，能够大大分散焊接应力，防止翘曲的产生；同时，通过在焊接域内
扭转焊接多点，从而能够减少步骤s4焊接的时间，降低较薄且/或较低强度板材侧熔核和较厚且/或较高强度板材熔核的大小差别，降低了焊接后残余应力导致的焊点翘曲断裂问题。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0034]
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
[0035]
图1为本发明提供的一种防翘曲多层板点焊焊接方法流程图；
[0036]
图2为本发明提供的一种防翘曲多层板点焊焊接方法的焊接条件设定图。
具体实施方式
[0037]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
为了解决现有技术中存在的相关技术问题，本技术实施例提供了一种防翘曲多层板点焊焊接方法，旨在通过改进现有技术对差强差厚多层板焊接存在翘曲问题，提高多层板焊接质量。其中，本技术实施例的焊接方法适用于同种板材组合但板厚差距较大的多层板、同样板厚但板材强度差距较大的多层板、板材强度不同且板材厚度不同的多层差强差厚板材、以及母材和接触电阻分布不均的多层板的组合点焊。
[0039]
其中需要说明的是，本技术中应用的点焊机为中频逆变电焊机，适合中心梁等板厚比差较大的部件焊接，高低压力和高低电流变化配合焊接，用于替代传统单一段固定电流固定压力的局限焊接方式，焊接时分两步骤进行，焊接放电时前半段小压力大电流，后半段则为大压力低电流。
[0040]
具体如图1所示的，包括如下步骤：
[0041]
s1预压：叠放多层板形成待焊接工件，点焊上电极和下电极接触工件并对工件施加预压压力夹紧工件。其中，上电极下压上层板材，下电极上压下层板材，并在预压压力稳定后，读取相应的压力值p，保持此压力稳定进行焊接工作。
[0042]
s2预成型：点焊上电极和下电极通电，以待焊接点为焊接域扭动上电极和下电极在至少3个倾斜方向上依次间断对工件输出预成型电流，使得较薄且 /或较低强度板材侧接触面形成较小的预成型熔核，较厚且/或较高强度板材侧接触面形成较大的预成型熔核。此步骤主要是为了改善现有技术中焊接容易发生翘曲的问题。
[0043]
在s2预成型步骤中，以待焊接点为焊接域扭动上电极和下电极在至少3 个倾斜方向上依次间断对工件输出预成型电流，包括如下步骤：
[0044]
s201：确定焊接域的中心点o和半径r。此步骤中，通过上电极和下电极的夹持后，已经确定了焊接域的位置，同时当上电极和下电极处于竖直状态时，上电极和下电极与上下板材的接触点就为焊接域的中心点o。而焊接域的半径r怎需要通过板材性质、预压压力、温度等条件来确定，以保证焊接过程和焊接后降低焊接应力，防止发生翘曲影响产品质量。本步骤中提供了如下的确定公式：
[0045][0046]
式中：r为焊接域半径；k为点焊系数；ρ1为上层的较薄且/或较低强度板材的电阻率；ρ2为中间层的较厚且/或较高强度板材的电阻率；ρ3为底层的较厚且/或较高强度板材的电阻率；l1为上层的较薄且/或较低强度板材的厚度；l2为中间层的较厚且/或较高强度板材的厚度；l3为底层的较厚且/或较高强度板材的厚度；p为预压压力值；t为温度。
[0047]
每层板材之间的性质存在差异，如板材厚度、强度、温度等存在差异，表现出来的是电阻率的不同，同时给与的预压压力也是重要的参考值。举例说明参数对确定焊接域半径的影响：当各层板材厚度确定的条件下，电阻率也是确定的，从而当预热温度提高使得焊接域半径r减小；同时，当预压压力增大时说明各板材的贴合紧密度比较高，使得焊接域半径r减小。
[0048]
s202：以焊接域的中心点o为原点，以半径r为长度扭动点焊上电极和下电极，在扭动过程中上电极和下电极对多层板的预压压力不变，使点焊上电极和下电极以竖向转动第一角度倾斜，以接触点为第一点焊点输出预成型电流。此步骤中，根据计算的半径r的不同，上电极和下电极以中心点o偏转，使得上电极和下电极偏转的第一角度为20-50度，也就是上电极和下电极为偏转状态对板材进行点焊第一点焊点。
[0049]
通过这一过程，并根据板材焊接性能对工件输出短时间大强度的预成型电流，由于工件厚度或强度不一致，会因电阻不同造成预成型电流的密度不均匀、工件上的焊接区域各接触面间生热不平衡，使得较薄且/或较低强度板材侧接触面形成较小的预成型熔核，较厚且/或较高强度板材侧接触面形成较大的预成型熔核，而且预成型电流输出时间短，保证在较厚且/或较高强度板材侧接触面形成的预成型熔核不会偏大，预成型电流的强度比焊接电流大且不会使较厚且/或较高强度板材侧接触面产生金属飞溅，保证在较薄且/或较低强度板材侧接触面能够形成预成型熔核。
[0050]
需要说明的是，上述步骤不同于现有技术，通过上电极和下电极的扭转，焊接时使得上电极和下电极的边缘接触多层板进行点焊焊接，虽然采用了短时间大强度的预成型电流，较厚且/或较高强度板材侧接触面形成的预成型熔核要比现有技术的熔核要小，而较薄且/或较低强度板材侧接触面形成较小的预成型熔核，降低了较薄且/或较低强度板材侧预成型熔核和较厚且/或较高强度板材侧预成型熔核的差异，能够在一定程度上降低焊接过程中的集中应力；同时，虽然上电极和下电极焊接过程中为偏转状态，但较薄且/或较低强度板材侧预成型熔核和较厚且/或较高强度板材侧预成型熔核连线为倾斜不明显，在后续第二点焊点和第三点焊点焊接时能够相互对应形成熔核的边缘。
[0051]
s203：以焊接域的中心点o为原点，以半径r为长度扭动点焊上电极和下电极，以第一点焊点为起点顺时针水平转动第二角度至第二点焊点，在第二点焊点输出预成型电流；
[0052]
s204：以焊接域的中心点o为原点，以半径r为长度扭动点焊上电极和下电极，以第二点焊点为起点顺时针水平转动第三角度至第三点焊点，在第三点焊点输出预成型电流。优选的，所述第一点焊点、第二点焊点和第三点焊点以焊接域的中心点o均匀分布。所述第二角度和第三角度均为120度。
[0053]
在上述过程中，第二点焊点和第三点焊点焊接时，点焊上电极和下电极以竖向转动第一角度倾斜状态焊接。即在上一点焊点完成后，首先上电极和下电极回复到竖直状态，再进行偏转到下一点焊点。此过程的优点在于，在上电极和下电极扭转到竖直状态时，能够夹紧多层板，实现预成型维持。
[0054]
需要说明的是，此步骤s204可以和步骤s3预成型维持交替进行来完成，其效果更好。优选的，第一点焊点、第二点焊点和第三点焊点依次转换时间间隔为100-150ms，从而能够保证有足够的降温凝固时间。
[0055]
s3预成型维持：点焊上电极和下电极上的预成型电流被切断，预成型产生的预成型熔核在预压压力下冷却凝固。在步骤s3预成型维持中，预成型产生的预成型熔核在预压压力下冷却凝固时间为100-150ms。
[0056]
s4焊接：点焊上电极和下电极竖向夹持工件并对工件的焊接域中心输出焊接电流，工件上的焊接域被加热并形成最终的熔核。点焊上电极和下电极竖向夹持工件并对工件焊接的时间为150-200ms。此步骤不同于现有技术中采用较长时间的焊接电流，由于上述在焊接域进行的第一点焊点、第二点焊点和第三点焊点的焊接，已经在较薄且/或较低强度板材侧和较厚且/或较高强度板材侧形成了预成型熔核，此步骤只需要较短时间内的点焊就可以。通过此步骤的焊接能够与第一点焊点、第二点焊点和第三点焊点的焊接过程形成的熔核连接融合，形成稳定的焊点，由于焊接应力被第一点焊点、第二点焊点和第三点焊点进行分散，从而减少了焊接应力导致的翘曲问题。
[0057]
s5维持：点焊上电极和下电极上的焊接电流被切断，焊接形成的熔核在预压压力下冷却凝固。
[0058]
s6休止：点焊上电极和下电极离开工件，直至开始下次点焊。
[0059]
基于上述工艺方法，本技术还提供了如下的验证实施例：
[0060]
请参照图2，图2为焊接条件设定图。
[0061]
表1为电极交换频度
[0062][0063]
本技术通过改进步骤s2，根据较薄且/或较低强度板材和较厚且/或较高强度板材的特性，并结合点焊的预压压力和预热温度来得到焊接域的大小，并以焊接域的中心为原点来进行周向扭转点焊，能够大大分散焊接应力，防止翘曲的产生；同时，通过在焊接域内扭转焊接多点，从而能够减少步骤s4焊接的时间，降低较薄且/或较低强度板材侧熔核和较
厚且/或较高强度板材熔核的大小差别，降低了焊接后残余应力导致的焊点翘曲断裂问题。
[0064]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。