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汽車鋁合金智能ELMA-Tech電阻點焊解決方案
發布日期:2019-02-27  來源:互聯網  瀏覽次數:1886
核心提示:當今社會隨著人們對環保和節能減排的需求提高,汽車輕量化作為實現降低油耗和氣體排放量最有效直接的方法,已經成為了世界汽車制造的潮流。鋁合金以其突出的性能和優勢在輕量化材料中大放光彩,被眾多廠家所青睞并應用于部分車型中。
      當今社會隨著人們對環保和節能減排的需求提高,汽車輕量化作為實現降低油耗和氣體排放量最有效直接的方法,已經成為了世界汽車制造的潮流。鋁合金以其突出的性能和優勢在輕量化材料中大放光彩,被眾多廠家所青睞并應用于部分車型中。

鋁合金電阻點焊

鋁合金連接工藝包含電阻點焊,沖鉚焊,冷金屬過渡弧焊,激光焊等。電阻點焊作為汽車車身連接工藝之一,以其質量可靠,效率高,經濟性以及易于利用機器人進行自動化焊接等特點而被廣泛應用。但是由于鋁合金本身具有高導電率,高導熱率,熔點低,易氧化等物理化學特性,使鋁合金電阻點焊相較于傳統的鋼材電阻點焊有較大區別:

1)能量集中輸入

鋁合金的導熱系數高,比熱容大,這就要求焊接過程中要在短時間內輸出高能量;而鋁合金電阻率低,相應的焊接電流就需要提高,基本在40kA-100kA。

2)高焊接壓力

鋁合金的熱膨脹率較高,在焊接熔核形成后保壓冷卻階段,需要保持比較高的夾緊力,以防止熔核內部形成裂紋和縫隙,6kN-10kN。

3)電極帽

鋁合金導熱系數高,散熱快,在鋁點焊時存在很大的軟化區域,在鋁點焊時需要大直徑焊接面的電極帽,覆蓋熔核及軟化區域,避免飛濺。

由于電極帽與板材接觸面會發生銅鋁合金化反應,極易導致電極帽粘連,影響焊接質量,需要頻繁的進行修磨,現在大部分鋁合金點焊設備每焊接40~80個焊點需要修磨一次。


圖1.鋼點焊和鋁點焊電極帽對比

4)表面氧化物

鋁合金屬于活性金屬,在空氣中表面會瞬間生成一層約1μm的致密氧化層,其熔點高,電阻率大,影響焊接時的熱量分布,使部分熱量集中在電極帽與板材接觸面上,不利于焊點熔核的形成。

ELMA-Tech 鋁合金點焊技術

智能自適應焊接技術——無需預設置任何焊接參數,直接進行焊接。

過程控制“虛擬機”是ELMA-Tech焊接技術的核心。控制器頻率20kHz,焊接過程中根據掌握的焊接過程狀態,計算調整焊接能量輸出,實現精準的能量控制以完成整個焊接過程。無需設置任何焊接參數,也不需要預焊點進行校驗焊接參數,可直接焊接。

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圖2.ELMA-Tech鋁合金點焊系統

虛擬測量技術與“虛擬機”技術相輔相成。ELMA-Tech焊接設備中集成了兩套虛擬測量系統,用于測量焊接工件的板厚和兩個電極間的電阻值。焊接開始時測量工件板厚(進測量一次),反饋給控制器,用以計算焊點所需能量;在焊接過程中每秒20000次測量電極間電阻值,并將過程狀態反饋給“虛擬機”,使其能完全掌握焊接過程變化,計算調整焊接參數,滿足鋁合金點焊短時間內能量集中輸入的要求。


使用Ø16mm電極帽(鉻鋯銅),可連續焊接150個焊點

ELMA-Tech鋁合金點焊接系統能夠焊接總厚度10mm以下的鋁合金板材組合,而使用的“虛擬機”過程控制技術在焊接過程中采用能量控制,焊接過程中控制能量輸出使其可以滿足焊點熔核的形成,這就使得可以在相對較低的電流(3-32KA)下完成焊接,并保證焊接質量。而焊鉗最大壓力只有5500N,無需考慮電極桿載荷問題,可以使用鋼板焊接標準的Ø16mm電極帽,端面半徑100mm。

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圖5. Ø16mm電極帽(鉻鋯銅)

“虛擬機”過程控制技術可以及時的檢測到電極帽間電阻值的變化,能夠很好的應對鋁和金表面高熔點,高電阻率氧化物對焊點形成的影響,同時也基本消除了電極帽上粘連鋁的化合物對焊點質量的影響,而系統的低電流和低壓力也減慢了電極帽上鋁的化合物的形成速度。結合這些特點,ELMA-Tech焊鉗使用鉻鋯銅材質電極帽,可以連續焊接150個焊點無需修磨,同時保證其焊點強度。這對于工廠自動化生產效率的提升是顯著的,同時降低了鋁合金電阻點焊的物料消耗成本。

下圖所示為電極帽焊接150個點后的形貌,在端面上粘連有合金,這些合金主要是在焊接前12個焊點時產生,在之后的焊點中增量很小。

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圖6. 150焊點電極帽表面狀態

應用案例-BMW Z4

在2018年6月,MAGNA Steyr(奧地利·格拉茨)在對ELMA-Tech鋁點焊技術的測試中給予了積極的評價,Werner Karner (MAGNA STEYR連接技術中心負責人)評價ELMA-Tech鋁點焊技術在效率上有顯著的優化和提高。通過動態拉伸測試、樣件剝離測試等實驗室檢測方法對焊點質量進行了測試,驗證了ELMA-Tech鋁點焊技術可以連續焊接150個焊點無需修磨。在認證了EMLA-Tech鋁合金點焊技術后,MAGNA 奧地利工廠購買了一批ELMA-Tech鋁合金手動焊鉗應用于現場生產BMW Z4系列車型。 


圖7.Werner Karner MAGNA STEYR連接技術中心負責人 
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圖8.MAGNA測試樣件  
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圖9 展會現場實際焊接展示

漢諾威EuroBLECH2018展會

在2018年10月漢諾威舉辦的EuroBlech展會上ELMA-Tech公司首次公開展示了鋁點焊技術,受到了廣泛的關注,并獲得了展會舉辦頒發的技術創新獎。在展會上ELMA-Tech使用Ø16mm電極帽(鉻鋯銅)未經修磨連續焊接660個焊點,并做樣件剝離測試,對焊點強度進行了驗證,反響強烈。


圖10.展會舉辦方頒發的技術創新獎
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圖11.連續焊接650個焊點的樣件剝離測試

總結

ELMA-Tech鋁點焊技術可以在保證焊點強度情況下連續焊接150個焊點無需修磨,這對汽車車身鋁合金點焊工藝效率是顯著的提升,同時使用普通材質的Ø16mm電極帽(鉻鋯銅)保證了焊接的經濟性和輔助設備的通用性。

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