[發明專利]汽車金屬薄板無飛濺動態加熱自適應電阻焊接的方法

有效

• 申請號: 201310359127.8
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN103394801A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 聶蘭民;趙繼華;鄧林
• 申請（專利權）人: 天津商科數控設備有限公司
• 主分類號: B23K11/24
• 分類號: B23K11/24;B23K11/00
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 劉英蘭

1.一種汽車金屬薄板無飛濺動態加熱自適應電阻焊接的方法，其特征在于實施步驟如下：?

步驟一：選擇焊接電源

1.1采用無次級整流焊接變壓器及脈寬可調交流逆變電源；保證正負半波交替均衡加熱，無極性效應，避免工件一側發生過熱、發生飛濺；通過調整電源的逆變頻率f1=40~150赫茲，控制t=1000/f1=5~30ms；

1.2其它設備及結構件配置與常規電阻焊配置結構相同；包括加壓機構、水路氣路、機身及焊接電極；?

步驟二：選擇加熱方式

焊接過程引入熱平衡因子，將不同材料的熱平衡因子錄入控制器數據庫，控制器根據不同材料自動選擇熱平衡因子，通過調整動態加熱曲線確保快速無飛濺完成焊接；

2.1?解決飛濺遵守的基本原理；

電阻焊的熱平衡過程焊接過程必須有焊接電流i，焊接時間t，加入冷卻時間t0；調整焊接頻率f2=40~90赫茲，控制t0=1000/f2－t=0~10ms；

電阻焊的熱平衡過程焊接過程必須有焊接電流i，焊接時間t，加入冷卻時間t0；

每一次焊接過程產生的總電阻熱量引用公式1：Q=0.24·?i²·R·t；

式中：i表示焊接點流，R表示焊接回路及工件電阻，t表示通電時間；

根據能量守恒定律:?電阻焊過程產生的全部熱能Q用于：

????（1）形成熔核有效熱量Q1；?正比于通電時間t；

????（2）熔核向周圍金屬熱傳導的熱量Q2；正比于時間t+t0；?

????（3）焊點表面向電極內部傳導所損失的熱量Q3；正比于時間t+t0；

?????（4）焊點表面向空間輻射的熱量Q4；正比于時間t+t0；

?????（5）飛濺金屬帶走的熱量Q5；

??????將上述電阻焊過程的全部熱能，用公式2表述；

??????公式2:?Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5，

??????將Qs?=Q2+Q3+Q4?定義為熱傳導熱量；

2.1.1??解決飛濺問題導出的熱平衡公式；

此時公式2變為公式3?:?Q1+?Q5=?Q?–Qs；

熔核熱量+飛濺物熱量=電阻熱－熱傳導熱量；

2.1.2??不產生飛濺的條件；

當Q5=0時，不產生飛濺；否則Q5>0，焊接過程的熱平衡處于失衡狀態，即產生飛濺；?

此時公式3變為公式4:??Q1?=?Q–Qs；

焊接過程達到加熱Q，散熱Qs，形成熔核Q1的無飛濺熱平衡狀態；?

焊接過程表現為1:??焊接區金屬熔化擴展速度小于等于焊點內部熱量向周圍熱傳導速度，無內部飛濺；??

焊接過程表現為2:?焊接區表面即將熔化時溫度上升速度低于電極熱傳導速度，無表面飛濺；

2.2??用熱平衡方法解決飛濺的過程；

2.2.1?加入強制冷時間t0；

當焊接壓力、工件材料、電極狀態、冷卻狀態、環境溫度不變時，

根據公式3?：Q1+?Q5=?Q?–Qs?，得Q5=?Q–Q1–Qs；

可見，由于Qs與正比于散熱時間t0，增加冷時間t0，Qs變大，?

則Q5減小，焊接過程不易產生飛濺；

?2.2.2??焊接過程分解為n個有限元?；

為有效控制焊接過程的熱平衡，將整個焊接過程分解成n個有限元，即通電加熱時間t+斷電冷卻時間t0；

全部有限元構成整個焊接過程；

?2.2.3??焊接過程引入無飛濺熱平衡因子?t+t0；

?每一有限元都遵守Q1+?Q5?=?Q–Qs，

當Q5=0時不產生飛濺，

此時Q1?=?Q?–Qs；

當每一有限元的Q5全部為零時，整個焊接過程不產生焊接飛濺，此時的‘t+t0’?定義為無飛濺熱平衡因子；

2.2.4無飛濺熱平衡因子的取值范圍；

熱平衡因子取t=5~30ms，t0=0~10ms，

能保證以較短的焊接時間(200~650ms)達到加熱Q，?散熱Qs，形成熔核Q1，無飛濺Q5=0的熱平衡狀態；

當t+t0一定時，可測得各種不同焊接材料在一定壓力不產生飛濺電流的最大值；

?熱成型鋼，高強鋼，低碳鋼無飛濺熱平衡因子；t=5~20ms，t0=5~10ms，

?峰值電流Imax=10~17KA，第n次焊接電流i(n)=k(n)?·Imax，

?有限元個數n=10~40；

（k(n)系數=0.5~1），

?鍍鋅板無飛濺熱平衡因子；t=10~40ms，t0=0~7ms，

?峰值電流Imax=12~18KA，第n次焊接電流i(n)=k(n)?·Imax，

?有限元個數n=10~50；

（k(n)系數=0.5~1）；

步驟三：確定焊接時間

3.1根據不同材料工件實際測試的焊接時間，錄入控制器數據庫直接選用即可；

各種材料無飛濺熱平衡因子?t+t0，最大電流Imax，第n次焊接電流i(n)=k(n)?·Imax和?焊接次數n，?將其作為數據庫內容，存入控制器內存中，在焊接時，直接調用即可達到無飛濺焊接效果；

3.2?通過測量電極兩側電壓電流的變化求得焊接電極兩端動態電阻的變化率f‵(r)；做出動態電阻的變化率曲線，錄入數據庫中；在焊接中進行比對，來控制熔核大小；

3.2.1?初期通電0~20ms，用電壓方式檢測動態電阻是否正常，斷定有異物或接觸不良，停止焊接；

3.2.2??初期通電0~20ms，檢測動態電阻正常，繼續焊接；

3.2.3??正常通電在20ms后，檢測動態電阻的變化率f‵(r)=d(r)/d(t)；

20~200ms范圍:當f‵(r)?≥0，斷定焊核未形成；

當f‵(r)?<0，且絕對值較大斷定焊核形成中，繼續加熱；

200~650ms范圍：當?f‵(r)?<0，且絕對值持續變小，符合對應焊接材料動態電阻的變化率曲線，斷定焊核已形成，即停止加熱。