钣金加工中螺柱焊技术问题分析与解决方案

行业观察

螺柱焊是指在金属或类似金属件的端面与另一金属工件表面之间产生电弧,待接合面熔化时迅速施加压力,完成焊接的一种方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于这种焊接新技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点,因而引起了世界各国的普遍重视,经过不断地改进和完善,特别是二次世界大战后得到了迅速发展,现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。
可焊接低碳钢、不锈钢、低合金钢,铜、铝及其合金材质的螺柱、焊钉、销钉、栓钉等。使用螺柱焊接的领域也越来越广泛,因此有必要对螺柱焊接技术和焊接工艺进行深入研究,以便提高焊接质量,推广普及这种焊接技术。

螺柱焊接作为一种历史不是很久的 焊接工艺 (和其他焊接相比 ),在中国广大钣金企业中得到普及使用也只有10 年多的历史。通过多年的调查统计,目前国内的 螺柱焊接生产还是处于粗旷式的生产,虽然螺柱焊机得到广泛使用,但普遍存在使用不当,螺柱焊接生产质量不高,内耗严重的情况。本文是根据我们螺柱焊接10多年的技术积累和实践经验,就螺柱焊接生产中常见的技术问题进行分析归纳和总结,并给出解决方案,以提高广大国内客户螺柱焊接生产的质量和效率。

一、螺柱焊机使用中焊钉焊不住的技术分析

螺柱焊钉焊不住原因有很多种,以下将尽可能全面的进行螺钉焊不住的情况分析及解决方法: 焊枪调整不正确大约 80%的螺钉焊不住的情况都出自于焊枪参数调整不正确,尤其在铝钉螺柱焊接时更为明显。 螺柱焊枪参数调整分为压力参数调整及提升参数调整。

解决方案:根据焊机说明书调整。电压调整不正确,如果电压参数与螺钉规格不匹配,也会造成焊不住的情况。

解决方案:根据实际焊接效果微调电压参数,直到达到要求的焊接效果。

螺钉材质影响:

此种情况的发生也较为普遍,由于螺钉生产厂商的螺钉质量参差不齐,不排除某些厂商为降低生产成本而采用不符合标准的材料。

焊枪锁紧螺母未锁紧:此种情况出现在螺柱夹头装夹时的疏忽。解决方案:检查锁紧螺母是否锁紧。

焊枪提升损坏:此种情况发生在使用提升式螺柱焊枪时。

检测方法:

(1)开机时检查焊机面板上提升线圈指示灯是否亮起,不亮说明焊枪插头未插好或焊枪提升损坏;

(2)将提升调至最大刻度 (调整提升时务必先将提升调整环向上提起, 然后再进行调节, 如果直接强行旋转提升调整环,会导致提升调整环损坏 ),将焊接电压调至最低值,试焊螺钉一次,当有明显提升感觉时说明提升未损坏,否则表示提升已损坏。解决方案:如发现焊枪提升损坏,需联系维修,私自维修可能造成更大损坏。

焊机损坏:当排除以上所有问题可能性时,应判定为设备损坏。解决方案:联系维修,私自维修可能造成更大损坏。

二、螺柱焊接中焊接效果不美观的技术分析与解决办法

螺柱焊接效果不美观包括熔池过大,熔池不均匀,焊接飞溅太多,母材背面变形四个方面,以下将做具体分析并提出相应解决方案。

1、熔池过大。此种情况出现最为普遍,但出现原因分为多种,以下作尽可能详尽的分析:

(1)能量设定过高。一般为电压值设定过高,过大的电流使螺柱尖端和法兰盘过度燃烧,造成熔池过深过大。解决方案:根据实际焊接效果微调电压参数,直到达到要求的焊接效果。

(2)提升距离或弹簧压力值不正确。此种原因最容易引起熔池过大,尤其在接触式螺柱焊枪使用过程中容易发生。解决方案:根据实际焊接效果微调参数,直到达到要求的焊接效果。

(3)焊枪提升损坏。此种情况发生在使用提升式螺柱焊枪时。
检测方法: (1)开机时检查焊机面板上提升线圈指示灯是否亮起,不亮说明焊枪插头未插好或焊枪提升损坏;(2)将提升调至最大刻度 (调整提升时务必先将提升调整环向上提起,然后再进行调节,如果直接强行旋转提升调整环,会导致提升调整环损坏 ),将焊接电压调至最低值,试焊螺钉一次,当有明显提升感觉时说明提升未损坏,否则表示提升已损坏。解决方案:如发现焊枪提升损坏,需联系维修,私自维修可能造成更大损坏。

2、熔池扩散不均匀。熔池只能在一面扩散,即 磁偏吹影响,原因可能是接地钳位置不正确或焊接时焊枪不垂直于母材。磁偏吹的影响较多出现在 拉弧式螺柱焊接时, 储能式螺柱焊接时较少出现。

3、焊接飞溅过大。此种情况多发生在铝钉的焊接时。解决方案:焊接前在工件表面用无应力水润湿;焊接前在工件表面涂易挥发的轻质油。

4.母材背面变形。母材变形实际上指的就是焊接背面有印痕,背面印痕有两种表现形式:凸起和凹陷,而形成背面印痕的因素也分为很多种。

(1)焊接电流过大。 焊接参数调整不正确不仅会导致焊接熔池过大,而且还可能造成背面印痕过深。 解决方案:经过多次的焊接实验进行微调,直到达到理想的焊接效果。

(2)焊枪参数调整不正确。 焊枪参数调整不正确分为焊枪压力过大或焊枪提升过大,不正确的焊枪参数同样会造成焊接不牢固或 者背面印痕过大的影响。 解决方案:经过多次的焊接实验进行微调,直到达到理想的焊接效果。

(3)磁偏吹影响。 此种情况发生的可能性比较小,如果发生主要会影响焊接强度或焊缝外观。 解决方案:详见 ISO14555 焊接标准。

(4)母材过薄或表面光洁度要求高。 最容易造成背面印痕的原因在于此, 一般来说,低于 1mm 厚度的母材, 非常容易造成背面印痕的影响,由于焊接时瞬间通过的电流强度非常大 (约几千到上万安培 ),焊接的变形主要是热变形为主, 过薄的板材 (约1mm 以下)会在背面形成凹陷, 稍厚的板材会形成一定的凸起。 一般来说, 普通的板材厚度达到 1mm 以上,基本上看不见明显的背面印痕,但并非总是如此,焊接螺柱的直径大小也会对背面印痕产生一些影响,因为螺柱直径越大,则焊接电流越大。

而对于镜面板来说,即使是焊接 M3 的焊钉,都很容易对背面产生不小的影响,因为镜面板对光洁度要求非常高,稍微一点点瑕疵就会被镜面反光表现得一清二楚。一般来说要达到基本的背面无印痕效果,板材厚度最少要在 1.5mm 以上,如果螺柱直径更大,则需要更厚的板材。如果要达到完全无印痕的效果,可能需要 3mm 以上的板材。

解决方案:背面印痕的要求最终应由客户决定。

(1)在满足焊接强度的前提下使用较低的焊接电流可以在一定程度上缓解背面印痕的影响。

(2)焊机本身质量也成为影响背面印痕的重要因素之一, 如有条件可更换性能质量更好的焊机进行测试。

(3)上述两种方法无法达到理想的效果,则需要增加板厚。

三、螺柱焊接中焊接背面有印痕技术分析与解决方案

焊接背面有印痕的因素有很多种,大多数是因为操作不当引起的,也有部分原因是本身固有的,以下将做逐一分析:

1.板材过薄

使用厚度在 1mm 以下的薄板,在焊接直径较大的螺柱时背面印痕将比较明显, 这种印痕称之为热变形。焊接热变形影响:焊枪在进行焊接时,焊接电流通过焊钉,以极快的速度 (1-3ms)释放,瞬间释放电流达到 5000-10000A ,强大的电流势必带来较大的热量,加上焊枪本身的压力以及焊枪的提升线圈引起的焊钉向下冲击力,导致板材变形,这种变形是微量的,但是在较薄的金属板或者要求较高的镜面板上变形将比较明显 (镜面板上会体现出极为细小的瑕疵,因此任何细微变形在镜面板上都会相对明显。

2.镜面板焊接

原因如上所描述, 在要求非常苛刻的情况下 (指要求在多侧面择光观察下背面达到完全没有印痕 ),2mm以下厚度的镜面板在焊接时,很难做到完全意义上的背面无印痕效果,板材越薄,则印痕越明显。以上为焊接本身固有原因导致的背面印痕影响,以下将为您分析由于操作不当而导致的背面印痕过大问题。

(1)焊接电压过大

焊接电压过大是造成背面印痕过大的主要原因,并非焊接电压越大,焊接越牢固,相反的,使用过大的电压进行焊接,不仅影响焊接表面质量,更可能影响焊接强度。过强的电压会使焊钉的法兰盘过度燃烧,导致法兰盘烧毁,不仅焊缝不美观,强度也不能达到预期的效果。

(2)焊枪压力过大

此并非主要原因,但在焊接相对较薄的板材时会有一定的影响,如果减小焊枪的压力,在焊接较薄的板材时可适当减轻背面印痕,但相对的,焊接牢固程度可能会略受影响。镜面板和拉丝面板是冷轧板中的一种,材质一般为铝或者 不锈钢,常用于铝幕墙行业和表面质量要求很高的不锈钢金属饰品。

采用此两种工艺的面板本身表面光洁度非常高,并且表面有一层塑料贴膜覆盖加以保护。不锈钢镜面板、不锈钢拉丝面板、铝镜面板、铝拉丝面板,厚度一般在1mm-1.2mm,要求焊接M3-M5的螺柱,并达到背面无印痕的效果。

这样的要求对于任何一台螺柱焊机来说就是近乎苛刻的,因为储能式螺柱焊机的焊接时间非常短,通常只有1-3ms,而在这么短的瞬间释放出较大的电流,电流强度高达几千A,瞬间的强电流带来的是巨大的热量,该热量足以将螺柱的尖端熔化。

不锈钢的熔点约为1500C,铝的熔点约为700°C,虽然只是一瞬间的高温的热胀冷缩,但再加上螺柱焊枪的压力,足以使较薄的板材发生轻微的不可恢复的热变形作为表面光洁度要求非常高镜面板而言,即使是细微的印痕,在光的镜面反射和漫反射下也会将其扩大数倍,导致人的肉眼可以分辨出痕迹。

综上所述,造成背面印痕的主要原因是热变形的影响。

如果要完全消除背面印痕,则面板厚度至少需要达到2mm以上,而在不增加板厚的情况下,只能做到尽量减小背面印痕

1.减小焊接能量

在不影响焊接强度的情况下,尽量减小焊接能量,可以有效的减小焊接背面印痕。必须指出的是,减小接焊强度接即能可量。将减小焊接强度,而各个厂家对焊接强度的要求是不同的,经过焊接测试只要达到了要求的焊

2调整焊枪参数

焊枪的提升/压力参数也可能影响焊接的背面印痕,但调整焊枪参数来减小焊接印痕需要通过大量的焊接试验才能得到最佳的印痕效果,一般较难做到

3.不要在有涂层的面板上进行焊接

涂层板一般来说是不利于焊接的,多数涂层是绝缘涂层,在焊接时绝缘涂层与焊钉,焊钳之间容易产生火花和飞溅,导致更大的印痕和焊钳的损伤,所以我们强烈建议您不要在有涂层的面板上进行焊接,如果必须有涂层存在,您可以在焊接完螺钉后再进行表面处理,这样做一定程度上还可以减小背面印痕。

4使用高品质焊钉

焊钉材质对焊接印痕的影响也是较大的,杂质过多的螺钉需要更大的能量才能得到较好的焊接强度,并且杂质过多的螺柱容易导致更大的焊接飞溅,影响母材表面质

 

5减小螺柱直径

较小的螺柱可以很大程度上减小螺柱的印痕效果,下列一组数据,焊接螺钉最小需要多厚的母材才能基本解决焊接背面印痕问题:

以上数据仅供参考,具体情况可能与此表数据有一定区别,请以实际参数为准。

四、在涂层板(表面氧化板)上进行螺柱焊接的技术分析与解决办法

涂层板(表面氧化板)都是经过表面处理过的金属板,不同的表面处理工艺会对螺柱焊接产生一定的影响。表面处理涂层种类很多,但大致分为两类:绝缘涂层和导电涂层。

绝缘涂层

多数表面处理工艺是在金属板表面覆盖一层绝缘涂层,绝缘涂层是不利于焊接的,因为螺柱焊接时,焊枪一螺柱一金属板一接地电缆将通过瞬间的强电流(5000400),如果导电性能不好,很可能会引起

绝缘接口处打火,即螺钉与金属板,金属板与接地钳之间打火。

螺钉与金属板之间打火,可能会引起飞溅过大,焊接强度减弱,背面印痕相对更深,或者有可能烧坏

螺柱夹头。

金属板与接地钳之间打火,容易造成接地钳损坏,从而影响焊接质量以及焊机寿命

我们一般不建议在表面有绝缘涂层的金属板上焊接螺柱,但这并不意味着无法在绝缘涂层金属板上进行螺柱焊接。

首先将接地钳口与金属板接触的地方打磨一下,保持良好的导电性能。

另外焊接能量也需要按实际情况适当提髙。焊接时,利用螺柱.尖端划破表面涂层,使焊机接地灯亮起,即可进行焊接。

2导电涂层

导电涂层相对来说问题不大,只是可能会引起一些焊接飞溅,对此种情况不需要特殊的处理,可根据实际焊接情况调整焊接能量即可。

五冷轧板与热轧板对螺柱焊接的影响及对策

冷轧板与热轧板多数情况下是针对低碳钢板而言的,一般来说不锈钢板或铝板等有色金属板大多是冷轧板。

1冷轧板

冷轧板表面光洁度较高,表面没有阻碍焊接的涂层,因此非常利于焊接的进行。基于这样的特点,冷轧板非常适合于薄板焊接。

薄板焊接一般要求金属板的厚度为0.5mm到3mm之间,因此用于螺柱焊接的冷轧板厚度一般也在3mm以下。

冷轧板的焊接一般使用储能式螺柱焊机,焊接螺柱的范围一般在M3-MI0之间
2.热轧板

热轧板表面有一层较厚且厚度不均的氧化层,或称为氧化皮。氧化皮多数呈不均匀的深色,并且板材表面光洁度较差。

由于该氧化皮的存在阻碍了焊接的进行,在焊接时,焊接电流必须首先突破氧化层的阻碍才能到达金属板表面进行焊接,因此需要较长的焊接时间才能保证焊接的强度。

储能式螺柱焊的焊接时间很短,只有1-3ms,无法进行持续的能量释放,因此虽然不是完全焊不住螺钉,但也无法很好的保证焊接强度和焊接一致性,造成一定的掉钉率。

热轧板多数用在厚板焊接,板厚一般在3mm以上。厚板的焊接推荐使用拉弧式螺柱焊机进行长周期焊接,长周期焊接时间一般在100到300ms之间,因此焊接强度可以达到保证但热轧板也有用于薄板焊接的情况,此时如果仍使用拉弧式长周期焊接的话就可能造成焊穿薄板的情况发生,而使用储能式螺柱焊接则无法保证焊接强度。

在此种情况下应使用拉弧式短周期焊接,短周期焊接时间在5ms到100ms之间,在保证焊接强度的情况下不至于将金属板焊穿。

本文虽无法罗列所有螺拄焊接生产过程中可能遇到的问题,如材料的可焊性,但基本上涵盖了大部分常见的螺拄焊接生产问题,也欢迎广大协会会员单位同仁指正与交流。

 

继续阅读
发表观点
你必须 登录 才可以发表评论.