CN112548296A

CN112548296A - 一种铝点焊防炸点控制方法

Info

Publication number: CN112548296A
Application number: CN202011538553.4A
Authority: CN
Inventors: 郑浩
Original assignee: Shanghai Medar Welding Equipment Co ltd
Current assignee: Shanghai Medar Welding Equipment Co ltd
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2021-03-26

Abstract

一种铝点焊防炸点控制方法，包括步骤：预压、焊接、维持、休止，在预压和焊接两个步骤之间增加预热步骤：上电极和下电极采用恒电压模式对工件输出预热电流，让工件软化，破除表面的氧化层，从而贴合好，还让涂胶层受热增加流动性，从而在焊点处能被更好地挤出，同时实时动态判断工件是否达到可焊接状态，若未达到，报故障停止焊接，待故障复位后重新执行预压和预热步骤。本方法有效避免了铝点焊的随机炸点问题，在保证生产节拍的同时，也避免了因炸点报废零件而造成的经济损失。适用高强钢或超高强钢容易存在板材间隙的点焊、导电性强的需要大电流焊接的金属点焊、板材间涂胶的点焊、以及其他类似情况的点焊工艺过程。

Description

一种铝点焊防炸点控制方法

技术领域

本发明属于电阻焊技术领域，涉及铝点焊，尤其涉及一种铝点焊防炸点控制方法。

背景技术

随着国家节能环保政策的推进、以及新能源汽车的蓬勃发展，铝合金因其具有质量轻、强度高、耐腐蚀的特点，被广泛地应用在各个工业生产领域，而铝合金点焊由于生产成本低、操作简单、生产效率高的优点成了铝合金焊接的主要手段之一。

通常的点焊过程包括：预压、焊接、维持、休止四个阶段，然后视焊接工艺需要，在焊接之前加入预热，或在焊接之后加入后热，或同时在焊接之前和之后分别加入预热和后热。

铝合金点焊时，由于铝易于氧化形成高阻抗的氧化层、板材间涂胶的导电性问题、以及焊接时板材间隙问题，需要大电流进行焊接的铝合金在点焊的过程中会随机地出现炸点现象，造成焊接工件烧穿、电极头粘连和电极杆锥度损坏的后果，不仅严重影响生产节拍，还造成很大的经济损失。目前市面上有采用小电流预热、大压力预压的手段进行焊前预处理，但只能在一定程度上能降低炸点的几率，不能彻底解决炸点问题。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种铝点焊防炸点控制方法。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种铝点焊防炸点控制方法，包括步骤：预压、焊接、维持、休止，其特征在于，还包括预热步骤，所述预热步骤在预压和焊接两个步骤之间，预热步骤：上电极和下电极采用恒电压模式对工件输出预热电流，实时动态判断工件是否达到可焊接状态。

进一步地，所述预热步骤中，实时动态判断工件是否达到可焊接状态：设置一电流阈值，实时监控实际的预热电流值并将其与电流阈值进行实时对比，若预热电流值在预热过程的后期稳定大于电流阈值，则工件达到可焊接状态，进入焊接步骤，若预热电流值在预热过程的后期未超过电流阈值，则工件未达到可焊接状态，不进入焊接步骤。更进一步地，判断工件未达到可焊接状态后，报故障停止焊接，待故障复位后重新执行预压和预热步骤。

进一步地，所述预热步骤：上电极和下电极接触工件，并对工件施加预压压力来压紧工件，使工件上的焊接区域各接触面的压力达到设定的稳态值并持续保持。

进一步地，所述焊接步骤：上电极和下电极采用恒电流模式对工件输出焊接电流，工件上的焊接区域形成熔核。

进一步地，所述维持步骤：上电极和下电极上的电流被切断，工件上的熔核在预压压力下冷却凝固至具有足够强度。

进一步地，还包括后热步骤，所述后热步骤在焊接和维持两个步骤之间，后热步骤：上电极和下电极采用恒电流模式对工件输出后热电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果：在预压和焊接两个步骤之间增加预热步骤，采用专门的恒电压模式输出预热电流对工件微加热，让工件软化，破除表面的氧化层，从而贴合好，还让涂胶层受热增加流动性，从而在焊点处能被更好地挤出，为后面的焊接做好准备。同时预热时增加了判断机制，实时动态判断工件是否达到可焊接状态，如果达到了，则执行后面的焊接步骤，如果未达到，则报故障停止焊接，用户需进行故障复位后重新执行预压和预热步骤，直至工件达到可焊接状态，之后再进行焊接，完成焊接过程。本方法有效避免了铝点焊的随机炸点问题，在保证生产节拍的同时，也避免了因炸点报废零件而造成的经济损失。本方法适用高强钢或超高强钢容易存在板材间隙的点焊、导电性强的需要大电流焊接的金属点焊、板材间涂胶的点焊、以及其他类似情况的点焊工艺过程。

附图说明

图1为本发明一实施例的各步骤及对应工件结构的示意图；

图2为本发明一实施例各步骤的预压压力、电流、电压与时间的关系示意图；

图3为本发明一实施例在预热前工件及其上电阻分布的示意图；

图4为本发明一实施例在预热后工件及其上电阻分布的示意图；

图5为本发明一实施例中工件预热通过的电压、电流与时间的关系示意图；

图6为本发明一实施例中工件预热未通过的电压、电流与时间的关系示意图；

图7为本发明一实施例的流程图。

附图标记如下：

A：板材

B：板材

C：涂胶层

R1：上电极电阻

R2：上电极和板材A接触电阻

R3：板材1电阻

R4：板材A和板材B接触电阻

R5：板材B电阻

R6：板材B和下电极接触电阻

R7：下电极电阻。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

参见图1和图2，一种铝点焊防炸点控制方法，包括S1预压、S2预热、S3焊接、S4后热、S5维持、S6休止，其中，S4后热视焊接工艺需要，在S3焊接之后加入。

对板材A和板材B进行铝点焊的具体步骤说明见下文，其中，板材A和板材B为铝板材、铝合金板材或表面为铝或铝合金的金属复合板材。

S1预压：上电极和下电极分别接触板材A和板材B，并施加预压压力来压紧板材A、板材B、以及两者之间的涂胶层C，使板材A和板材B上的焊接区域及涂胶层C上各接触面的压力达到设定的稳态值并持续保持。

S2预热：参见图3，在后续焊接时，焊接电流需通过7个串联电阻，R1：上电极电阻、R2：上电极和板材A接触电阻、R3：板材1电阻、R4：板材A和板材B接触电阻、R5：板材B电阻、R6：板材B和下电极接触电阻、R7：下电极电阻，而在预热开始前，由于板材A和板材B本身刚性好，有些焊点很难经过S1预压就把板材A和板材B压紧贴合好，而且焊点处的涂胶层C也不能完全被挤出，再加上板材A和板材B的表面还存在大阻抗的氧化层，导致R2、R4、R6的阻抗比较大，尤其是R4，因为该处板材A和板材B未与涂胶层C贴合、以及板材A和板材B表面的氧化层的因素，其阻抗非常大。对如此大的电阻如果不进行预热处理，直接执行焊接，那由于铝点焊的焊接电流非常大，根据焦耳定律Q=I2RT，瞬间会产生非常大的热量，直接导致炸点。

故本步骤中，参见图4，上电极和下电极通电并输出预热电流，对板材A、板材B、涂胶层C微加热，使板材A和板材B软化，从而破除板材A和板材B表面的氧化层，让板材A和板材B贴合好，使涂胶层C受热增加流动性，从而在焊点处能被更好地挤出，进而让R2、R4、R6回归到正常阻抗状态，确保在焊接时正常焊接形核。但R2、R4、R6的阻抗值随机因素比较大，在预热的时候很难选择一个合适的预热电流进行预热。若预热电流小了，板材A和板材B可能预热不足，没达到要求，焊接时还会造成炸点；若预热电流大了，可能在预热时就会造成炸点。因此，必须要有合理的预热机制以及状态判断机制，才能保证不发生炸点现象。

本步骤的预热机制：上电极和下电极采用恒电压模式输出预热电流，对板材A、板材B、涂胶层C微加热。

以往采用恒电流模式，控制器为了保持恒定的电流输出，需要根据回路的电阻变化，通过脉宽调制不断地调整电压值，电压和电阻值成正比关系，在电阻比较大时需要大的电压，电阻比较小时电压也较小。根据焦耳定律Q=I²RT=UIT，在电阻大的时候电压大，总热量也大，在电阻小的时候电压小，总热量也小，容易造成预热不足或因预热热量过大造成飞溅或炸点。

而本方案采用恒电压模式保持加载在工件上的电压恒定，根据欧姆定律I=U/R，加载在工件上的电流会随着阻抗的变化而变化，电压模式下的电流和电压的波形示意见图5，电流和电阻值成反比，在电阻比较大的时候电流变小，在电阻比较小的时候电流变大。根据焦耳定律Q=I²RT=UIT，在电阻大的时候电流小，总热量也小，在电阻小的时候电压大，总热量也大。对于铝点焊这种存在电阻值不稳定且变化跨度较大的情况，采用恒电压模式能更有效地控制预热的热量，保证预热的质量。

本步骤的状态判断机制：实时动态判断经过预热是否达到了可焊接的状态，如果达到了焊接要求就执行后面的焊接过程，如果没达到就报故障停止焊接，用户需要进行故障复位后重新执行整个焊接过程，如此有效避免了因为状态问题造成的焊接炸点。

根据恒电压模式的特性，预热时保持加载在工件上的电压恒定，而电流和电阻值遵循欧姆定律成反比例关系，阻抗越大电流就越小，阻抗越小电流就越大。根据上面描述的电阻分布情况，如果预热不够，板材A和板材B没有在预热阶段贴合好，涂胶层C没有被完全挤出，板材A和板材B表面的氧化层还没有被破除，则阻抗仍然还处于一个较大的值，而焊接时焊接电流也较小；如果预热足够，板材A和板材B贴合好了，涂胶层C也被挤出了，板材A和板材B表面的氧化层也破损了，此时预热已经满足了要求，阻抗较小，则焊接时焊接电流能达到一个较大的值。因此，在确定的电压下，通过判断预热电流值的大小就能确定阻抗值的大小，从而判断预热是否成功。

具体地，在预热时，根据不同的焊接材料，设定一个恒电压模式的电压值输出预热电流，同时设置一个电流阈值，实时监控实际的预热电流值，并将该预热电流值与电流阈值进行实时对比。参见图5，如果预热电流值在预热过程的后期稳定大于电流阈值，说明预热成功，板材A和板材B的状态达到焊接要求，可以进行后续的焊接；参见图6，如果预热电流值在预热过程的后期未超过电流阈值，说明板材A和板材B的状态没有达到焊接要求，若进行焊接存在炸点风险，控制器就报故障，停止焊接。其中，电流值的设置和监控通过控制器、传感器及其他仪器实现。

S3焊接：上电极和下电极采用恒电流模式输出焊接电流，对板材A、板材B、涂胶层C焊接，使板材A和板材B间形成熔核。

S4后热：根据焊接工艺需要，上电极和下电极采用恒电流模式输出后热电流，对板材A、板材B、涂胶层C焊后加热。

S5维持：上电极和下电极上的电流被切断，板材A和板材B间的熔核在预压压力下冷却凝固至具有足够强度。

S6休止：上电极和下电极分别离开板材A和板材B，直至开始下次点焊。

焊接的具体流程见图7，焊接开始后，先执行预压，再执行预热，在恒电压模式输出预热电流，并执行电流阈值判断，如果通过就直接进行下一步焊接，如果不通过就报故障停机，用户需要进行故障复位后再重新执行预压和预热，如此循环直到通过。一般情况下，循环1次就能通过预热阶段，条件比较恶劣的情况下需要循环2~3次。之后，执行焊接。焊接执行完成之后，根据工艺需求，执行后热后再执行维持及休止，或者，焊接之后直接执行维持及休止，完成焊接。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims

1.一种铝点焊防炸点控制方法，包括步骤：预压、焊接、维持、休止，其特征在于，还包括预热步骤，所述预热步骤在预压和焊接两个步骤之间，预热步骤：上电极和下电极采用恒电压模式对工件输出预热电流，实时动态判断工件是否达到可焊接状态。

2.根据权利要求1所述的铝点焊防炸点控制方法，其特征在于，所述预热步骤中，实时动态判断工件是否达到可焊接状态：设置一电流阈值，实时监控实际的预热电流值并将其与电流阈值进行实时对比，若预热电流值在预热过程的后期稳定大于电流阈值，则工件达到可焊接状态，进入焊接步骤，若预热电流值在预热过程的后期未超过电流阈值，则工件未达到可焊接状态，不进入焊接步骤。

3.根据权利要求2所述的铝点焊防炸点控制方法，其特征在于，判断工件未达到可焊接状态后，报故障停止焊接，待故障复位后重新执行预压和预热步骤。

4.根据权利要求1所述的铝点焊防炸点控制方法，其特征在于，所述预热步骤：上电极和下电极接触工件，并对工件施加预压压力来压紧工件，使工件上的焊接区域各接触面的压力达到设定的稳态值并持续保持。

5.根据权利要求1所述的铝点焊防炸点控制方法，其特征在于，所述焊接步骤：上电极和下电极采用恒电流模式对工件输出焊接电流，工件上的焊接区域形成熔核。

6.根据权利要求1所述的铝点焊防炸点控制方法，其特征在于，所述维持步骤：上电极和下电极上的电流被切断，工件上的熔核在预压压力下冷却凝固至具有足够强度。

7.根据权利要求1~6任一项所述的铝点焊防炸点控制方法，其特征在于，还包括后热步骤，所述后热步骤在焊接和维持两个步骤之间，后热步骤：上电极和下电极采用恒电流模式对工件输出后热电流。