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汽车铝合金智能ELMA-Tech电阻点焊技术解决方案

作者:   时间:2019-08-15 08:30

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亚美娱乐城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。      QQ截图20190221155523
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。      
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。   QQ图片20190225145649   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。      
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。      
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      
图8.MAGNA测试样件      
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。    微信图片_20190225145526
图10.展会举办方颁发的技术创新奖   
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。   连接技术 新能源 标签: 连接技术 轻量化 汽车材料  
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