螺柱焊在车身制造中的应用

姜永波  ,方旭  ,卢清爽

一汽-大众汽车有限公司天津分公司 天津 301500

摘要：螺柱焊是汽车车身制造中最为重要的焊接工艺之一。本文系统阐述了螺柱焊在车身焊接中的工作原理及过程，并对螺柱焊作业过程中的关键点给出建议。总结了螺柱焊设备的常见故障以及相应的快速解决方法。

关键词：螺柱焊；车身焊接；设备故障

1前言 随着社会的发展进步，人们对汽车的舒适型和安全性提出了更高的要求，这对汽车的密封性和NVH特性也提出了更多要求，需要在设计上更多考虑密封性能和防噪等性能。因此在车身构件上要尽可能减少开口，螺柱焊就能够满足以上需求，不仅焊接速度快，而且质量可靠，得到迅速的推广与使用，逐渐替代了其他的连接技术如铆接、钻孔等。螺柱焊在汽车企业中有着广泛的应用，符合当代汽车行业的技术要求[1,2]。

2螺柱焊技术

2.1螺柱焊的工作原理

螺柱焊是利用螺柱和车身板材之间的电弧热将金属熔化进而实现焊接的方法。原理是使螺柱焊接端凸台或尖端与工件表面接触，提升焊接螺柱至一定高度,同时在螺柱与焊接工件之间施加一定的电压，并在这两者之间把电弧引出，进而使接触面熔化。随着间距调整，将电压增大到焊接电压，达到一定的焊接时间后，断开焊接电流，螺柱进入金属熔池，熔池冷却形成可靠的螺柱焊接头[3,4]。

2.2螺柱焊焊接过程

第一步，螺柱与工件接触。螺柱接触到工件，焊接电缆和接地电缆等所有电缆都正确连接，系统会反馈SOW（stud on work）信号。

第二步，引弧电流阶段。螺柱接触到工件时，引弧电流(固定为30A)通过内部启动焊接信号被触发。在引弧电流稳定一段时间(15ms)之后,直线电机开始工作，将螺柱提升一段距离，此时电弧开始对螺柱和工件表面的油污进行清理。引弧电流的主要任务是维持正负极之间的电流，如果引弧电流被某种原因破坏掉,将会有报警信息出现：open circuit welding，即开路焊接。

第三步，主电流阶段。在引弧电流结束后(40ms),进入主焊接电流通过阶段，电弧热在螺柱和工件表面形成焊接熔池。经过设定的焊接时间后,螺柱开始向工件移动。

第四步，侵入阶段。当螺柱接触到工件后,拉弧电压降到0伏，焊接电流被切断，焊接熔池开始冷却。

第五步，焊接完成。在熔池冷却凝固之后,螺柱焊焊枪松开螺柱，整个焊接过程全部结束。

2.3螺柱焊作业注意事项

在进行螺柱焊作业时，以下几点具体事项需要注意：

（1）首先对相关的电缆连接进行仔细检查，确保焊机的压缩空气气路、电源接通，并检查工件的材质是否满足焊接要求。

（2）确保焊枪与工件表面处于垂直的状态，这是保证焊接质量的关键因素[5]。若发现角度不对，要及时进行调整。此外要对焊枪夹持器的烧损情况进行检查，发现异常要及时更换备件。

（3）焊接参数设定方法。

焊接电流经验公式：(螺柱端面直径-1)×100  单位：安培

焊接时间经验公式：(螺柱端面直径-1)×4  单位：毫秒

其中，公式中螺柱端面直径是指与工件接触一端的直径，单位为毫米。

如果螺柱表面和焊接材料表面涂有防锈涂层，如镀锌层等，焊接时间和焊接电流要在原有基础上增加20%[6]。

2.4螺柱焊常见故障及处理方法

螺柱焊设备在运行过程中不可避免会出现一些故障，批量生产要求快速精准地识别问题、处理故障，进而恢复生产。本文对实际生产过程中螺柱焊设备的常见故障及快速处理方法总结如下。

①故障1：Fault 20002 No SOW。故障含义为焊接开始信号发出以后，焊枪向前伸出，没有识别到SOW信号，出现“卡钉”现象，即没有将螺柱送至夹持器中。

处理方法：

（1）查看焊枪上是否有螺柱，若没有螺柱，重新送钉。当频繁报错时，可以把重复送钉功能打开。

（2）若无法把螺柱送出，则需要排查卡钉位置。卡钉位置分为三段，分别为送料器处、送料管中以及焊枪接收器中。通常观察螺柱传感器来判断螺柱卡的位置，送钉开始后，若送料器的螺柱传感器灯没有闪烁，则卡在送料器处；若送料器端螺柱传感器闪烁，而焊枪端的没有闪烁，则卡在送料管中；若送料器端的螺柱传感器及焊枪端都有闪烁，则卡在焊枪接收器端。判断出卡钉位置后，将螺柱取出即可排除故障。

（3）若焊枪上已有螺柱，但仍然显示NO SOW故障，则可能是焊枪里的焊接电缆或地线出现断路，需要进行检查。

（4）若情况与以上3种都不符合，可能是电柜里的A8电流板有问题，需要更换电柜。

②故障2：Fault 10017。故障含义为测量线电回路中断，说明焊接电缆测量部分出现问题。

处理方法：

（1）重启螺柱焊电柜，进行复位。

（2）通道1报错则短接A8板X10的2与X18的1；通道2报错则短接A8板的X10的3与X18的2。

（3）检查焊接电缆是否有断裂或打火痕迹。

（4）更换A8板。

（5）更换焊枪。

（6）上述方法都无法解决时，则更换电柜。

③故障3：Fault 17051。故障含义为检测开关未检测到顶杆，说明

顶杆向后移动时没有到达设定位置。

处理方法：

（1）检查顶杆和气缸端盖部分是否存在焊渣，如有则清理润滑。

（2）检查焊枪中内外夹持器是否粘连，如有粘连更换内夹持器。

（3）调整检测开关位置。

（4）上述方法都无法解决时，更换焊枪。

④故障4：Fault 20004 SOW not reset。故障含义为一个焊接周期结束之后仍然有SOW信号，即SOW信号没有复位。

处理方法：

（1）检查枪头是否有焊渣粘连。

（2）重新送钉，重新焊接。

（3）检查枪头回弹是否顺畅。

（4）上述方法都无法解决时，更换焊枪。

⑤故障5：Fault 20028。故障含义为当送钉信号发出时，送料器端螺柱传感器没检测到螺柱。

处理方法：

（1）重复送钉，复位焊接。

（2）若进行第一步后故障仍然没有解决，打开分离刀滑块盖板，检查分离刀滑块上是否有螺柱，若没有，检查滑道是否顺畅，是否可以正常送钉；若分离刀滑块上有螺柱，检查送钉气管有无阻塞，保养后重新送钉。

（3）若上述两步仍然无法解决故障，更换螺柱传感器或者调节传感器灵敏度。

（4）若上述操作仍然无法解决故障，更换送料器。

3结语

随着螺柱焊技术的不断发展和完善，在我国汽车行业中应用越来越广泛。同时随着设备自动化和智能化水平的不断提高，工程技术人员需要对螺柱焊工艺有更深入的理解，对设备故障有更强的处理能力，以适应高速迭代的汽车生产线。

参考文献

[1]王广勇. 车身焊接技术现状及发展趋势[J]. 汽车工艺与材料, 2015(3):8.

[2]李冠群, 张泽志, 潘晓刚. 螺柱焊技术稳定性研究在装焊车间的应用[J]. 设备管理与维修, 2019(7):4.

[3]彭守桃, 李平. 薄板类零件螺柱焊接工艺及质量控制[J]. 电焊机, 2019, 49(5):5.

[4]李红华, 周启玉, 张旭光,等. 螺柱焊技术及其在汽车车身上的应用探讨[J]. 汽车工艺与材料, 2018(6):5.

[5]单颀俊. 汽车白车身螺柱焊工艺及质量控制探讨[J]. 时代汽车, 2020(10):2.

[6]程石来, 于百川, 程结. 影响螺柱焊质量的因素及对策[J]. 现代制造工程, 2008(11):4.

作者简介：姜永波，男，工程师，硕士学位，研究方向为汽车制造。

通讯作者：卢清爽，男，工程师，硕士学位，研究方向为汽车焊接技术。