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汽车铝合金智能ELMA-Tech电阻点焊解决方案
发布日期:2019-02-27  来源:互联网  浏览次数:1843
核心提示:当今社会随着人们对环保和节能减排的需求提高,汽车轻量化作为实现降低油耗和气体排放量最有效直接的方法,已经成为了世界汽车制造的潮流。铝合金以其突出的性能和优势在轻量化材料中大放光彩,被众多厂家所青睐并应用于部分车型中。
      当今社会随着人们对环保和节能减排的需求提高,汽车轻量化作为实现降低油耗和气体排放量最有效直接的方法,已经成为了世界汽车制造的潮流。铝合金以其突出的性能和优势在轻量化材料中大放光彩,被众多厂家所青睐并应用于部分车型中。

铝合金电阻点焊

铝合金连接工艺包含电阻点焊,冲铆焊,冷金属过渡弧焊,激光焊等。电阻点焊作为汽车车身连接工艺之一,以其质量可靠,效率高,经济性以及易于利用机器人进行自动化焊接等特点而被广泛应用。但是由于铝合金本身具有高导电率,高导热率,熔点低,易氧化等物理化学特性,使铝合金电阻点焊相较于传统的钢材电阻点焊有较大区别:

1)能量集中输入

铝合金的导热系数高,比热容大,这就要求焊接过程中要在短时间内输出高能量;而铝合金电阻率低,相应的焊接电流就需要提高,基本在40kA-100kA。

2)高焊接压力

铝合金的热膨胀率较高,在焊接熔核形成后保压冷却阶段,需要保持比较高的夹紧力,以防止熔核内部形成裂纹和缝隙,6kN-10kN。

3)电极帽

铝合金导热系数高,散热快,在铝点焊时存在很大的软化区域,在铝点焊时需要大直径焊接面的电极帽,覆盖熔核及软化区域,避免飞溅。

由于电极帽与板材接触面会发生铜铝合金化反应,极易导致电极帽粘连,影响焊接质量,需要频繁的进行修磨,现在大部分铝合金点焊设备每焊接40~80个焊点需要修磨一次。


图1.钢点焊和铝点焊电极帽对比

4)表面氧化物

铝合金属于活性金属,在空气中表面会瞬间生成一层约1μm的致密氧化层,其熔点高,电阻率大,影响焊接时的热量分布,使部分热量集中在电极帽与板材接触面上,不利于焊点熔核的形成。

ELMA-Tech 铝合金点焊技术

智能自适应焊接技术——无需预设置任何焊接参数,直接进行焊接。

过程控制“虚拟机”是ELMA-Tech焊接技术的核心。控制器频率20kHz,焊接过程中根据掌握的焊接过程状态,计算调整焊接能量输出,实现精准的能量控制以完成整个焊接过程。无需设置任何焊接参数,也不需要预焊点进行校验焊接参数,可直接焊接。

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图2.ELMA-Tech铝合金点焊系统

虚拟测量技术与“虚拟机”技术相辅相成。ELMA-Tech焊接设备中集成了两套虚拟测量系统,用于测量焊接工件的板厚和两个电极间的电阻值。焊接开始时测量工件板厚(进测量一次),反馈给控制器,用以计算焊点所需能量;在焊接过程中每秒20000次测量电极间电阻值,并将过程状态反馈给“虚拟机”,使其能完全掌握焊接过程变化,计算调整焊接参数,满足铝合金点焊短时间内能量集中输入的要求。


使用Ø16mm电极帽(铬锆铜),可连续焊接150个焊点

ELMA-Tech铝合金点焊接系统能够焊接总厚度10mm以下的铝合金板材组合,而使用的“虚拟机”过程控制技术在焊接过程中采用能量控制,焊接过程中控制能量输出使其可以满足焊点熔核的形成,这就使得可以在相对较低的电流(3-32KA)下完成焊接,并保证焊接质量。而焊钳最大压力只有5500N,无需考虑电极杆载荷问题,可以使用钢板焊接标准的Ø16mm电极帽,端面半径100mm。

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图5. Ø16mm电极帽(铬锆铜)

“虚拟机”过程控制技术可以及时的检测到电极帽间电阻值的变化,能够很好的应对铝和金表面高熔点,高电阻率氧化物对焊点形成的影响,同时也基本消除了电极帽上粘连铝的化合物对焊点质量的影响,而系统的低电流和低压力也减慢了电极帽上铝的化合物的形成速度。结合这些特点,ELMA-Tech焊钳使用铬锆铜材质电极帽,可以连续焊接150个焊点无需修磨,同时保证其焊点强度。这对于工厂自动化生产效率的提升是显著的,同时降低了铝合金电阻点焊的物料消耗成本。

下图所示为电极帽焊接150个点后的形貌,在端面上粘连有合金,这些合金主要是在焊接前12个焊点时产生,在之后的焊点中增量很小。

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图6. 150焊点电极帽表面状态

应用案例-BMW Z4

在2018年6月,MAGNA Steyr(奥地利·格拉茨)在对ELMA-Tech铝点焊技术的测试中给予了积极的评价,Werner Karner (MAGNA STEYR连接技术中心负责人)评价ELMA-Tech铝点焊技术在效率上有显著的优化和提高。通过动态拉伸测试、样件剥离测试等实验室检测方法对焊点质量进行了测试,验证了ELMA-Tech铝点焊技术可以连续焊接150个焊点无需修磨。在认证了EMLA-Tech铝合金点焊技术后,MAGNA 奥地利工厂购买了一批ELMA-Tech铝合金手动焊钳应用于现场生产BMW Z4系列车型。 


图7.Werner Karner MAGNA STEYR连接技术中心负责人 
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图8.MAGNA测试样件  
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图9 展会现场实际焊接展示

汉诺威EuroBLECH2018展会

在2018年10月汉诺威举办的EuroBlech展会上ELMA-Tech公司首次公开展示了铝点焊技术,受到了广泛的关注,并获得了展会举办颁发的技术创新奖。在展会上ELMA-Tech使用Ø16mm电极帽(铬锆铜)未经修磨连续焊接660个焊点,并做样件剥离测试,对焊点强度进行了验证,反响强烈。


图10.展会举办方颁发的技术创新奖
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图11.连续焊接650个焊点的样件剥离测试

总结

ELMA-Tech铝点焊技术可以在保证焊点强度情况下连续焊接150个焊点无需修磨,这对汽车车身铝合金点焊工艺效率是显著的提升,同时使用普通材质的Ø16mm电极帽(铬锆铜)保证了焊接的经济性和辅助设备的通用性。

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