凸焊螺母、螺栓设计及工艺解析

行业观察

车身前围总成凸焊螺栓图

一、 凸焊


凸焊是在焊接件的接合面上预先加工出一个或多个凸点,使其与另一焊接件表面相接触,加压并通电加热,凸点压溃后,使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。

 

凸焊的位置精度取决于定位销与被焊接对象之间的配合精度,凸焊理论定位偏差最大为:(螺母)0.2mm(螺栓)0.25mm。

一般应用在低碳钢及低合金钢上,板件厚度一般1.5-4mm,随着镀锌板及高强钢的应用,凸焊工艺在镀锌板及高强钢上也开始应用,相关参数及检验做相应增强即可,凸焊工艺的参数主要是电极压力、焊接时间和焊接电流。

 

1、电极压力

凸焊的电极压力取决于被焊金属的性能,凸点的尺寸和一次焊成的凸点数量等。电极压力应足以在凸点达到焊接温度时将其完全压馈,并使两工件紧密贴合。

电极压力过大会过早地压馈凸点,失去凸焊的作用,同时因电流密度减小而降低接头强度。压力过小又会引起严重飞溅。

2、焊接时间

对于给定的工件材料和厚度,焊接时间由焊接电流和凸点刚度决定。在凸焊低碳钢和低合金钢时,与电极压力和焊接电流相比,焊接时间是次要的。

在确定合适的电极压力和焊接电流后,在调节焊接时间,以获得满意的焊点。

如想缩短焊接时间,就要相应增大焊接电流,但过份增大焊接电流可能引起金属过热和飞溅,通常凸焊的焊接时间比点焊长,而电流比点焊小。

3、焊接电流

凸焊的每一焊点所需电流比点焊同样一个焊点时小。但在凸点完全压溃之前电流必须能使凸点溶化,推荐的电流应该是在采用合适的电极压力下不至于挤出过多金属的最大电流。

对于一定凸点尺寸,挤出的金属量随电流的增加而增加。采用递增的调幅电流可以减小挤出金属。和点焊一样,被焊金属的性能和厚度仍然是选择焊接电流的主要依据。

二、 凸焊设备


1. 上电极臂 2.下电极臂 3.上电极夹持器 4.下电极夹持器 5.上电极 6.下电极 7.定位销 8.凸焊标准件 9.钣金

 

三、 凸焊螺母


3.1 凸焊电极需要的空间

螺母凸焊面必须为平面。螺母凸焊下电极直径大小有Φ32、Φ35、Φ38、Φ42,常用为Φ32;上电极直径有Φ16、Φ20、Φ27,M5 常用为Φ16,M6、M8 常用为Φ20。所以普通螺母的下电极至少要预留Φ32 的圆平面。

 

凸焊螺母

3.2 凸焊螺母匹配

为降低凸焊电极制造成本及螺栓安装方便性,凸焊螺母底孔统一定为(M+1)mm,其中M为焊接螺母的公称直径。

 

在安全带区域应用的英制螺母螺纹大径加1后取整。如:7/16螺母,螺纹大径约Φ11.1125mm,其螺母底孔直径为Φ12mm。下图为螺母对周围空间的要求。

 

普通螺母空间要求图

高强度螺母空间要求图

四、 凸焊螺栓


螺栓凸焊有两种形式,一种为承面凸焊,钣件对应位置开孔;另一种为端面凸焊,钣件位置无孔。

承面凸焊

端面凸焊

承面凸焊

端面凸焊

4.1 凸焊电极需要的空间

螺栓凸焊面必须为平面。螺栓凸焊下电极直径大小有Φ25、Φ32,上电极大小有Φ16、Φ20;M5、M6下电极常用深度为30mm,M8下电极常用深度为38mm。

4.2 凸焊定位底孔

为降低凸焊电极制造成本,凸焊螺栓底孔统一定为(M+0.5)mm,其中M为焊接螺栓的公称直径。英制螺母公称直径加0.5后取整。

 

下图为常用螺栓的空间及开孔要求,设计时此表用作参考,具体尺寸需要根据客户设备情况确定。

 

螺栓凸焊位置要求

螺栓凸焊空间要求

五、 对凸焊钣件的要求


 

5.1 凸焊钣件的焊接可操作空间

在焊接状态下,待凸焊钣件不能与焊机相干涉,焊机尺寸依据目前设备状况要求如下:

零件凸焊位置点沿与凸焊螺母、螺栓轴线垂直方向,距零件边缘最小尺寸要小于焊机喉深C(常用焊机喉深为420~770mm),以避免与焊机干涉;

 

其它尺寸A、B、D 因各种焊机的结构相差很大,需要根据不同设备决定,在用普通直电极无法满足特殊设计要求时,可以考虑制作变形电极。特殊电极的制作会增加产品的成本,而且焊接质量没有保证,应尽量不采用。

 

凸焊设备图

5.2 其它要求:

1.螺母沿轴向旋转不会与钣件R 角或翻边干涉且保证5mm间隙;

2.最大尺寸超过1.5m 以上、刚性较差的零件不建议采用凸焊;

3.外表面件不建议采用凸焊;

4.钣件重量超过10kg,不建议采用凸焊;

5.在同一板件既有凸焊又有螺柱焊时,因为板件一般是凸焊在先,螺柱焊在后,故螺柱焊螺钉的中心距离凸焊螺栓或凸焊螺母的边沿长度应大于螺柱焊枪口的外半径15mm。

 

六、 对凸焊钣件料厚的要求


 

按照焊接质量要求,凸焊螺母螺栓的凸点大小应随着零件板厚不同而相应变化,才能达到最佳焊接质量,但凸焊螺母螺栓属于标准件,按直径大小的不同,凸点大小相对固定。

因此为保证焊接质量的稳定,对凸焊螺母螺栓与零件板厚的对应关系要求如下图

七、 凸焊质量检验


一般包括焊接强度检验与安装性能检验,其中安装性能检验一般为目视,若目视不能确认,则利用与凸焊螺母(螺栓)进行匹配螺栓(螺母)进行现场实配,检验性能,焊接强度检验通过扭矩扳手来检验凸焊强度是否达到工艺要求值,如未达到规定扭矩值就脱落,需要重新调整焊接参数直到强度检验合格为止。

 

八、 总 结


通过本文,主要了解凸焊的工艺,凸焊的种类主要分为凸焊螺母、凸焊螺栓(分为承面和端面),以及凸焊时对空间、板厚、周边、焊机的要求,我们要通过对标准件是否有凸点来判断是否为凸焊,及对应钣金是否开孔来区分是否为承面凸焊螺栓。

本文转载自微信公众号:GA螺丝君  版权归作者所有

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