【技研】汽车生产焊接之弧焊焊丝
汽车生产工程中的主流焊接方式为点焊和弧焊。
其中,弧焊的特点是
・强度方面的可靠性高,
・对冲压成型公差精度的敏感度低,
・对零件之间间隙的焊接质量影响度低.
因为具备这些特点,主要适用于需要较高强度的底盘结构件及悬架零件,排气零件等的焊接中. 以前的弧焊主要是使用焊接棒,但是近年来因为焊接效率及机器人自动化生产的原因,焊丝成了主流。
焊丝是通过另外的供给设备,在控制供给速度的同时移送至接触片。
对焊丝的典型的要求特点如下.
通过稳定的电弧(Arc),提升焊道形状及熔深的稳定性.
降低焊丝供给不良导致的灭弧(Arc)及线体的停线.
降低溅痕(Spatter)及烟雾(Fume)的发生.
为了降低上述焊丝供给不良导致的线体的停线,通常在焊丝表面进行镀铜来改善焊丝的性能,如下.
提升接触片与焊丝之间的导电性能
提升耐蚀性
降低接触片的磨损
润滑效果带来的供给顺畅性提升
镀铜焊丝有着上述优点的同时还具备如下缺点：
若镀铜存在些许不均匀或者镀层表面的微小痕迹时,反而加剧接触时的电阻抗误差,从而引起电弧的不稳定,溅痕等问题.
镀层脱离后堆积在供给路线中或者焊丝与接触片融合,久而久之降低焊丝供给性.
镀层的不均匀及表面缺陷导致**在外的焊丝表面与镀铜之间发生局部电池效果,从而引起焊丝表面的生锈及锈迹扩散.
下面介绍下在汽车领域代表性的焊丝为SE-50T:
SE-50T是日本工业规格 JIS 3312 YGW12的焊丝,此产品为改善焊丝供给性而取消了以往的镀铜并使用了新的表面处理技术,相比镀铜焊丝具备更好的供给性和电弧稳定性。
SE-50T是软钢~550MPa高强度钢用二氧化碳气体弧焊焊丝,属于实心(SOLID)焊丝,保护气体为CO2(二氧化碳)气体,是针对车辆的常用钣金(t1~4mm)焊接而开发的焊丝.同级别的还有,无镀铜处理,使用氩(80%) + 二氧化碳(20%)混合保护气体,产品名为SE-A50.另有,使用氩(80%) + 二氧化碳(20%)混合保护气体,具备高速焊接、耐咬边 、低熔渣特点的焊丝,名为MIX-50FS.
焊丝大致分为实心(SOLID)焊丝和药芯(FLUX)焊丝.
- 药芯焊丝 : 焊丝内部有脱氧剂,电弧稳定剂等,优点为电弧柔和溅痕少,缺点为焊道表面容易发生熔渣,主要适用于造船,设施,管道焊接等. (焊丝价格贵)
- 实心焊丝 : 焊丝为实心,电弧不太柔和溅痕较多,但是几乎不发生熔渣,可优化机器人焊接等,故主要适用于汽车领域.
电弧稳定
在低电流领域形成有效的电弧,可改善焊接性及大颗粒溅痕的发生.
适用条件范围广
可适用电流/电压范围广,在不同突出量的焊丝条件下也能稳定电弧,并减少溅痕的发生.
焊丝供给
无镀铜层,可大量减少供给装置的清理及替换次数,同时也能减少镀层脱离并堆积在供给装置引起的焊丝供给不良.
提升焊接自动化机器人使用率
减少接触片融合等问题,从而预防机器人焊接时的起弧不良和可延长接触片的交换周期,故可提升机器人启动率.
对环境有利
焊接时不发生铜烟雾(FUME)等有害气体,故可减少焊接线体的有害气体.
如上表所示,常规焊丝与SE焊丝进行对比后发现,在防溅痕及烟雾发生量和起弧不良率等方面SE焊丝更加优越.
根据以上特点,在汽车零件的弧焊中CO2气体弧焊用焊丝为SE-50T；氩+CO2混合气体弧焊(MAG焊接)用焊丝为SE-A50, MIX-50FS等.
通常来说,焊道部位强度要大于母材强度,近年来因车辆轻量化等趋势的原因,高强度钢板的使用普及化,这也导致了焊丝也要使用比以往更加高强度的焊丝.
尤其是,汽车领域的大部分钣金为 1mm~4mm,相比母材的抗拉强度,了解焊道强度的程度也是很关键.
焊道强度受到焊接条件(电流,焊接速度等)及焊接质量(熔深,焊脚长度,焊道高度等)的影响较多,但是重要的是相比母材强度使用什么规格的焊丝对焊道强度的影响很大.
为了明确母材与焊道的强度情形,利用具备代表性的高强度钢板590MPa, 780MPa,980MPa,再配合多种等级的焊丝进行了焊道抗拉试验(国外公司实施的试验).试验结果表示,比母材强度低200MPa左右的焊丝来进行焊接后,其焊道强度也不会低于母材强度,可确保大于母材强度.
抗拉试验结果
破裂位置
O : 母材破裂
X : 焊道破裂
［］ : 破裂强度 MPa
不同母材各使用490,590,780MPa的焊丝进行焊接后取试样进行试验,根据试验结构看的话,母材强度590MPa是用490MPa焊丝进行焊接,但是焊道无破裂,母材破裂.在其他母材中使用低200Mpa左右的焊丝进行焊接后焊道也没有破裂.
通常我们底盘结构件主要使用的高强度钢板为440MPa级别,除了特殊强度要求以外,其余部位最高也就590MPa左右的钢板.
假如在线体上根据不同母材强度选择不同的焊丝的话,其生产性会很低,因此除了特殊情况之外,最好是不要更换焊丝.上面介绍过的几种焊丝,如SE-50T,MIX-50FS等焊丝的焊接强度相关使用范围是软钢~550MPa(最大590MPa)高强度钢板,具有很广的使用范围.
通过以上说明,可知焊丝的选择对电弧稳定性,减少溅痕,减少烟雾,生产性(电弧连续性),焊道强度等焊接质量的影响是很大的。而且,不同焊丝规格的价格也是相差很多,需根据生产部门焊接设备和生产经验来选择能够保证焊接质量的合适焊丝.
