[发明专利]汽车金属薄板无飞溅动态加热自适应电阻焊接的方法

摘要

本发明涉及一种汽车金属薄板无飞溅动态加热自适应电阻焊接的方法，其实施步骤如下：首先利用无次级整流焊接变压器及脉宽可调交流逆变电源，通过调用不同金属材料热平衡因子，使熔核形成过程中始终处于无飞溅的通电加热熔化、冷却结晶热平衡过程；并通过检测电极两端的动态电阻变化率来控制熔核大小。由于本发明方法引入无飞溅热平衡因子t+t0，有效解决了焊接过程的飞溅问题，提高了焊接质量；再通过检测焊接过程焊接电极两端动态电阻的变化率快速判断熔核形成过程；减少了测量过程的干扰，提高了检测的可靠性。本发明方法有效解决了长期以来汽车金属薄板焊接过程产生大量飞溅的难题，极大的提高了焊接质量和生产效率，且大大降低了生产加工的成本。

主权项

一种汽车金属薄板无飞溅动态加热自适应电阻焊接的方法，其特征在于实施步骤如下： 步骤一：选择焊接电源1.1采用无次级整流焊接变压器及脉宽可调交流逆变电源；保证正负半波交替均衡加热，无极性效应，避免工件一侧发生过热、发生飞溅；通过调整电源的逆变频率f1=40~150赫兹，控制t=1000/f1=5~30ms；1.2其它设备及结构件配置与常规电阻焊配置结构相同；包括加压机构、水路气路、机身及焊接电极； 步骤二：选择加热方式焊接过程引入热平衡因子，将不同材料的热平衡因子录入控制器数据库，控制器根据不同材料自动选择热平衡因子，通过调整动态加热曲线确保快速无飞溅完成焊接；2.1 解决飞溅遵守的基本原理；电阻焊的热平衡过程焊接过程必须有焊接电流i，焊接时间t，加入冷却时间t0；调整焊接频率f2=40~90赫兹，控制t0=1000/f2－t=0~10ms；电阻焊的热平衡过程焊接过程必须有焊接电流i，焊接时间t，加入冷却时间t0；每一次焊接过程产生的总电阻热量引用公式1：Q=0.24• i2•R•t；式中：i表示焊接点流，R表示焊接回路及工件电阻，t表示通电时间；根据能量守恒定律: 电阻焊过程产生的全部热能Q用于：    （1）形成熔核有效热量Q1； 正比于通电时间t；    （2）熔核向周围金属热传导的热量Q2；正比于时间t+t0；     （3）焊点表面向电极内部传导所损失的热量Q3；正比于时间t+t0；     （4）焊点表面向空间辐射的热量Q4；正比于时间t+t0；     （5）飞溅金属带走的热量Q5；      将上述电阻焊过程的全部热能，用公式2表述；      公式2: Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5，      将Qs =Q2+Q3+Q4 定义为热传导热量；2.1.1  解决飞溅问题导出的热平衡公式；此时公式2变为公式3 : Q1+ Q5= Q –Qs；熔核热量+飞溅物热量=电阻热－热传导热量；2.1.2  不产生飞溅的条件；当Q5=0时，不产生飞溅；否则Q5>0，焊接过程的热平衡处于失衡状态，即产生飞溅； 此时公式3变为公式4:  Q1 = Q–Qs；焊接过程达到加热Q，散热Qs，形成熔核Q1的无飞溅热平衡状态； 焊接过程表现为1:  焊接区金属熔化扩展速度小于等于焊点内部热量向周围热传导速度，无内部飞溅；  焊接过程表现为2: 焊接区表面即将熔化时温度上升速度低于电极热传导速度，无表面飞溅；2.2  用热平衡方法解决飞溅的过程；2.2.1 加入强制冷时间t0；当焊接压力、工件材料、电极状态、冷却状态、环境温度不变时，根据公式3 ：Q1+ Q5= Q –Qs ，得Q5= Q–Q1–Qs；可见，由于Qs与正比于散热时间t0，增加冷时间t0，Qs变大， 则Q5减小，焊接过程不易产生飞溅； 2.2.2  焊接过程分解为n个有限元 ；为有效控制焊接过程的热平衡，将整个焊接过程分解成n个有限元，即通电加热时间t+断电冷却时间t0；全部有限元构成整个焊接过程； 2.2.3  焊接过程引入无飞溅热平衡因子 t+t0； 每一有限元都遵守Q1+ Q5 = Q–Qs，当Q5=0时不产生飞溅，此时Q1 = Q –Qs；当每一有限元的Q5全部为零时，整个焊接过程不产生焊接飞溅，此时的‘t+t0’ 定义为无飞溅热平衡因子；2.2.4无飞溅热平衡因子的取值范围；热平衡因子取t=5~30ms，t0=0~10ms，能保证以较短的焊接时间(200~650ms)达到加热Q， 散热Qs，形成熔核Q1，无飞溅Q5=0的热平衡状态；当t+t0一定时，可测得各种不同焊接材料在一定压力不产生飞溅电流的最大值； 热成型钢，高强钢，低碳钢无飞溅热平衡因子；t=5~20ms，t0=5~10ms， 峰值电流Imax=10~17KA，第n次焊接电流i(n)=k(n) •Imax， 有限元个数n=10~40；（k(n)系数=0.5~1）， 镀锌板无飞溅热平衡因子；t=10~40ms，t0=0~7ms， 峰值电流Imax=12~18KA，第n次焊接电流i(n)=k(n) •Imax， 有限元个数n=10~50；（k(n)系数=0.5~1）；步骤三：确定焊接时间3.1根据不同材料工件实际测试的焊接时间，录入控制器数据库直接选用即可；各种材料无飞溅热平衡因子 t+t0，最大电流Imax，第n次焊接电流i(n)=k(n) •Imax和 焊接次数n， 将其作为数据库内容，存入控制器内存中，在焊接时，直接调用即可达到无飞溅焊接效果；3.2 通过测量电极两侧电压电流的变化求得焊接电极两端动态电阻的变化率f‵(r)；做出动态电阻的变化率曲线，录入数据库中；在焊接中进行比对，来控制熔核大小；3.2.1 初期通电0~20ms，用电压方式检测动态电阻是否正常，断定有异物或接触不良，停止焊接；3.2.2  初期通电0~20ms，检测动态电阻正常，继续焊接；3.2.3  正常通电在20ms后，检测动态电阻的变化率f‵(r)=d(r)/d(t)；20~200ms范围:当f‵(r) ≥0，断定焊核未形成；当f‵(r) <0，且绝对值较大断定焊核形成中，继续加热；200~650ms范围：当 f‵(r) <0，且绝对值持续变小，符合对应焊接材料动态电阻的变化率曲线，断定焊核已形成，即停止加热。