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    焊接搭接边宽度的设计要求.
    发布者:  发布时间:2016-12-7 13:32:16  访问次数:540

    对于一些典型的焊接搭接边上的焊点,如侧围门洞的焊点、顶盖与侧围的焊点以及门窗框处的焊点,在产品设计阶段,设计工程师希望尽量减小搭接边宽度以降低车身重量,同时还可使用小型密封条达到更美观的效果。而制造工艺工程师则希望增大搭接边宽度,以便有更好的焊接工艺性,避免产生毛刺、半点焊等问题。针对这种矛盾,我们通过参考各公司对最小搭接边的要求,经理论分析和试验,找出合理的搭接边宽度范围,为产品设计和制造工艺提供参考。 

    各公司搭接边设计要求

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    图1 翻边搭接焊接时的相关尺寸

    图1所示为翻边搭接焊接时的相关尺寸,其中t为板厚,b为搭接边宽度,dL为焊点熔核直径, dK为电极帽直径。目前各汽车公司对于焊接搭接边宽度的设计要求各有不同,以最小板厚为t=0.8mm和t=1.0mm的钢板为例,几家公司的要求分别为: 

    A公司:t=0.8mm时b=11.0mm;t=1.0mm时b=12.0mm; 
    B公司:t=0.8mm时b=13.0mm;t=1.0mm时b=13.0mm; 
    C公司:t=0.8mm时b=11.0mm;t=1.0mm时b=11.0mm; 
    D公司:根据钢板搭接处的不同,b为11~20mm不等; 
    E公司:根据钢板搭接处的实际情况,b为12~16mm不等。 

    以上数据可以看出,各公司对搭接边宽度的定义存在着较大不同,且搭接处实际的装配情况也会影响搭接宽度的设计要求。本文将着重介绍使用dK=16mm的电极,人工焊接普通钢板的翻边来得出一些参考结论。 

    分析和试验 

    一般情况下,焊接参数设有电流递增功能,即随着焊接点数的增加,电极头的端面直径将增大,通常采用递增一定量的电流来确保焊接质量。在这种情况下,更换电极头前,电极的端面直径会比较大,也就意味着需要较大的搭接边宽度,理论推导如下: 

    熔核直径dL≥3.5√ˉt ,平均熔核直径为:5√ˉt ,设定最大的电极端面直径最大为6√ˉt ,即此时需要进行更换电极,此时最大的电极端面直径对应的最大熔核直径为7√ˉt 左右,一个完整的焊点(包括塑性环)约是熔核直径的120%,故此时焊点直径dL=8.4√ˉt 左右,加上搭接边的钢板剪裁公差、R角的公差等,建议设计的搭接边宽度如表1所示。

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    特殊情况下,如焊接参数没有进行电流递增功能的设置,为保证焊接质量,要经常修磨电极使最大电极端面直径小于5√ˉt,此时对应的最大焊点熔核直径为6√ˉt左右,考虑热影响区以及各方面的公差,建议设计的搭接边宽度如表2所示。

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    如果产品设计上对于焊点熔核直径的要求为dL≥2.5√ˉt,并且经常修磨电极使电极端面直径小于4√ˉt,同样推导,得出建议设计的搭接边值同上述特殊情况,但应在设计图纸中标明。 

    理论分析之后,我们需要再进行相应的试验来验证。 

    试验方法:将两块厚度t=1.0mm的钢板搭接在一起,搭接边宽度从13.22~6.86mm呈线性递减(见图2),用端面直径为6mm的电极进行手工焊接(有电流递增功能,并且在正常焊接情况下无飞溅,焊接参数合理),之后观测一个完整的焊点所对应的搭接边宽度的最小要求。

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    图2 搭接边宽度试验

    以搭接边尺寸递减的顺序逐个测量焊点尺寸。在搭边宽度为10.74mm时,焊点仍能保持基本完整(见图3),在焊接位置得当的情况下,不会出现半点焊,焊接飞溅、毛刺等情况。搭接边宽度为10.23mm时,焊点出现了飞溅、毛刺等现象(见图4)。

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    图3 搭边宽度为10.74mm时的焊点

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    图4 搭边宽度为10.23mm时的焊点

    当搭接边宽度b<10mm时,无法形成完整的焊点,因此,去除各种可能存在的公差误差之后,搭接边宽度b不能小于10mm。 

    结论 

    根据以上分析及试验: 

    1.搭接边的理论宽度b≥10√ˉt ,在特殊情况下可b≥8√ˉt 。 

    2.在产品设计初期,无论考虑今后是否使用电流递增功能,搭接边宽度理论设计至少为10√ˉt,考虑到制造误差,搭接边宽度设计建议:当t<1mm时,b=10√ˉt + 1.5;而1mm
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