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【摘要】介绍了凸焊螺母M12与5mm厚B510L钢板焊接的试验过程，确定了最优工艺参数。
关键词凸焊螺母正交试验工艺参数
中图分类号： P755 文献标识码： A 文章编号：
随着产品质量的不断提高，凸焊螺母、螺栓已越来越广泛的应用于汽车行业。好多资料对凸焊工艺参数进行了分析和研究，取得了显著成果，为后来者提供了具有非常实用的参考价值，但采用的试件多为2mm～2.5mm板料和M6、M8螺母，而在底盘大梁、变速箱、安全带等重要部位好多采用大厚度钢板和M10、M12的大螺母，国内一些小厂，主要是一些小的配套厂，由于工艺参数选择不正确，导致凸焊螺母焊接不牢，半成品件在运输过程中或转运过程中凸焊螺母容易脱落，有时不得不采取CO2气体保护焊进行加固，不但浪费人力、财力，也使凸焊失去了本来意义。
1大螺母、厚板凸焊的主要质量缺陷
焊接不牢，半成品件在运输过程中或转运过程中凸焊螺母脱落，继续增大电流，螺纹退火严重,精度下降甚至烧毁螺纹。
2原因分析
在压力作用下，螺母凸点被压溃，通电后，结合面处产生的巨大热量一部分用来加热板料和螺母形成熔核区，另一部分通过板料和螺母表面、板料和螺母传导到电极过程中散失掉。由于板料表面积大，熔合区热量散失快，板的熔透率低，而螺母凸点处由于面积小得多熔透率高，在板件和螺母之间造成熔核偏移，甚至板料上不能形成熔核，影响焊接强度。
3解决办法
3.1降低螺母在结合面处的熔透率
采用强规范，在被焊件上通以大电流、短时间。大电流产生热量保证凸点足以熔化，短时间缩短了产热过程，减少了热量散失，利于厚板熔核形成。根据分析试选用以下参数:焊接时间为3或4周波,焊接电流20kA,试焊后测其扭力强度,结果都在90N·m左右。再以大电流、短时间方式变化参数,效果不明显,但此时电流已足够大，继续增加电流，螺纹严重烧损、螺母发红。
3.2选择预热脉冲电流（电流1）
焊核的产生需要强大的热量,因为此时电极是“冷”的，螺母及板材是“冷”的，焊核在凸脚尖端形成最有利，关键是要让板材参与焊核的形成，所以强大的热量在形核初期显得特别重要。这样的大热量会让表面的氧化物有足够的热量来进行焊接冶金反应。但如果时间太短则反应不充分，表面氧化皮等不能完全蒸发掉，一般取5或6个周波。在这段时间内凸点并未完全压平，由凸点传导到螺母的热量少，而板料被熔合区加热到一定温度；然后接通电流2，时间仍选择2或3个周波，凸点被彻底压平。凸点压溃、两板贴合后形成较大的加热区，传导到下电极用于形成熔核的热量大大增加，从而保证了结合面处形成足够尺寸的熔核。
4工艺试验
4.1选择试片凸焊螺母规格为M12，板厚5.0mm，材质为B510L钢。
4.2.选择设备：D(T)N-100，电流1和电流2分别为预热电流和焊接电流，其数值不是通常意义上的电流值，而是以相对于焊机输出能量的一个百分数。
4.3确定试验水平
试验采用正交试验法，从大量的试验中挑选出具有代表性、典型性的试验点，合理安排试验过程。
(1)试验的考核指标：采用剥离试验检查螺母凸焊的焊接强度，测定使螺母剥离所需要的扭矩，以剥离时的扭矩考核螺母的凸焊强度。
(2)因素位级表：
(3)选用正交表:根据试验中影响因素有3个,位级3个,决定选用L9(33)正交表。
试验结果如下：
注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ———代表各列3个位级的试验结果的总和。
R———代表各列最大值与最小值之差。
对其进行试验结果分析。 比较各列的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的大小，第一列Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ,大致说明了焊接电流1这个因素以位级3为最好，位级2次之，位级1最差；第二列Ⅲ<Ⅱ<Ⅰ,大致说明了焊接电流2这个因素以位级1为最好，位级2次之，位级3最差；第三列Ⅰ<Ⅲ<Ⅱ，大致说明了气体压力这个因素以位级2为最好，位级3次之，位级3最差。
级差R的大小用来衡量试验中相应因素作用的大小，级差大的因素(例如第2列电流2)，意味着它的三个位级对于抗扭强度的影响较大，通常是重要因素，而级差较小的因素 (例如第3列气体压力) 对于抗扭强度的影响相对较小，是不太重要的因素。
由此次试验可见，对于螺母凸焊后抗扭力矩的影响作用，电流1和电流2是最重要的因素，气体压力在这里是次要的因素，只要保证凸点被压溃而又不产生飞溅即可，所以计算得到的最佳焊接工艺参数为:电流1为70,电流2为60,气体压力0.40MPa。
本次试验中有3个3位级因素,可产生33=27个试验条件，由正交表选出的9个条件只是其中的一部分，即1/3。然而，凭借正交表的正交性，这9个条件均衡分散在这27个试验条件中,它们的代表性很强，所以，直观分析得到好的工艺参数在全体27个试验条件中的效果会是相当好的，本次试验也证明了这一点。
5结论
通过试验，不仅实现了M12焊接方螺母与低碳钢和低合金钢厚钢板的凸焊，焊接牢固可靠，不再需要CO2气体保护焊加固，不仅可以减少人力、财力的投入，降低成本，也避免了CO2气体保护焊造成的污染，优化了工人的操作环境，也成功找到在影响大螺母凸焊质量的3个因素中影响最大的因素(电流1)及最优工艺参数配合，并用于指导生产实践,提高了螺母凸焊质量的穩定性。
6主要参考文献
［1］陈祝年编著：焊接工程师手册（第2版），机械工业出版社。
［2］刘云龙主编：焊工技师手册，机械工业出版社。
关键词凸焊螺母正交试验工艺参数
中图分类号： P755 文献标识码： A 文章编号：
随着产品质量的不断提高，凸焊螺母、螺栓已越来越广泛的应用于汽车行业。好多资料对凸焊工艺参数进行了分析和研究，取得了显著成果，为后来者提供了具有非常实用的参考价值，但采用的试件多为2mm～2.5mm板料和M6、M8螺母，而在底盘大梁、变速箱、安全带等重要部位好多采用大厚度钢板和M10、M12的大螺母，国内一些小厂，主要是一些小的配套厂，由于工艺参数选择不正确，导致凸焊螺母焊接不牢，半成品件在运输过程中或转运过程中凸焊螺母容易脱落，有时不得不采取CO2气体保护焊进行加固，不但浪费人力、财力，也使凸焊失去了本来意义。
1大螺母、厚板凸焊的主要质量缺陷
焊接不牢，半成品件在运输过程中或转运过程中凸焊螺母脱落，继续增大电流，螺纹退火严重,精度下降甚至烧毁螺纹。
2原因分析
在压力作用下，螺母凸点被压溃，通电后，结合面处产生的巨大热量一部分用来加热板料和螺母形成熔核区，另一部分通过板料和螺母表面、板料和螺母传导到电极过程中散失掉。由于板料表面积大，熔合区热量散失快，板的熔透率低，而螺母凸点处由于面积小得多熔透率高，在板件和螺母之间造成熔核偏移，甚至板料上不能形成熔核，影响焊接强度。
3解决办法
3.1降低螺母在结合面处的熔透率
采用强规范，在被焊件上通以大电流、短时间。大电流产生热量保证凸点足以熔化，短时间缩短了产热过程，减少了热量散失，利于厚板熔核形成。根据分析试选用以下参数:焊接时间为3或4周波,焊接电流20kA,试焊后测其扭力强度,结果都在90N·m左右。再以大电流、短时间方式变化参数,效果不明显,但此时电流已足够大，继续增加电流，螺纹严重烧损、螺母发红。
3.2选择预热脉冲电流（电流1）
焊核的产生需要强大的热量,因为此时电极是“冷”的，螺母及板材是“冷”的，焊核在凸脚尖端形成最有利，关键是要让板材参与焊核的形成，所以强大的热量在形核初期显得特别重要。这样的大热量会让表面的氧化物有足够的热量来进行焊接冶金反应。但如果时间太短则反应不充分，表面氧化皮等不能完全蒸发掉，一般取5或6个周波。在这段时间内凸点并未完全压平，由凸点传导到螺母的热量少，而板料被熔合区加热到一定温度；然后接通电流2，时间仍选择2或3个周波，凸点被彻底压平。凸点压溃、两板贴合后形成较大的加热区，传导到下电极用于形成熔核的热量大大增加，从而保证了结合面处形成足够尺寸的熔核。
4工艺试验
4.1选择试片凸焊螺母规格为M12，板厚5.0mm，材质为B510L钢。
4.2.选择设备：D(T)N-100，电流1和电流2分别为预热电流和焊接电流，其数值不是通常意义上的电流值，而是以相对于焊机输出能量的一个百分数。
4.3确定试验水平
试验采用正交试验法，从大量的试验中挑选出具有代表性、典型性的试验点，合理安排试验过程。
(1)试验的考核指标：采用剥离试验检查螺母凸焊的焊接强度，测定使螺母剥离所需要的扭矩，以剥离时的扭矩考核螺母的凸焊强度。
(2)因素位级表：
(3)选用正交表:根据试验中影响因素有3个,位级3个,决定选用L9(33)正交表。
试验结果如下：
注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ———代表各列3个位级的试验结果的总和。
R———代表各列最大值与最小值之差。
对其进行试验结果分析。 比较各列的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的大小，第一列Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ,大致说明了焊接电流1这个因素以位级3为最好，位级2次之，位级1最差；第二列Ⅲ<Ⅱ<Ⅰ,大致说明了焊接电流2这个因素以位级1为最好，位级2次之，位级3最差；第三列Ⅰ<Ⅲ<Ⅱ，大致说明了气体压力这个因素以位级2为最好，位级3次之，位级3最差。
级差R的大小用来衡量试验中相应因素作用的大小，级差大的因素(例如第2列电流2)，意味着它的三个位级对于抗扭强度的影响较大，通常是重要因素，而级差较小的因素 (例如第3列气体压力) 对于抗扭强度的影响相对较小，是不太重要的因素。
由此次试验可见，对于螺母凸焊后抗扭力矩的影响作用，电流1和电流2是最重要的因素，气体压力在这里是次要的因素，只要保证凸点被压溃而又不产生飞溅即可，所以计算得到的最佳焊接工艺参数为:电流1为70,电流2为60,气体压力0.40MPa。
本次试验中有3个3位级因素,可产生33=27个试验条件，由正交表选出的9个条件只是其中的一部分，即1/3。然而，凭借正交表的正交性，这9个条件均衡分散在这27个试验条件中,它们的代表性很强，所以，直观分析得到好的工艺参数在全体27个试验条件中的效果会是相当好的，本次试验也证明了这一点。
5结论
通过试验，不仅实现了M12焊接方螺母与低碳钢和低合金钢厚钢板的凸焊，焊接牢固可靠，不再需要CO2气体保护焊加固，不仅可以减少人力、财力的投入，降低成本，也避免了CO2气体保护焊造成的污染，优化了工人的操作环境，也成功找到在影响大螺母凸焊质量的3个因素中影响最大的因素(电流1)及最优工艺参数配合，并用于指导生产实践,提高了螺母凸焊质量的穩定性。
6主要参考文献
［1］陈祝年编著：焊接工程师手册（第2版），机械工业出版社。
［2］刘云龙主编：焊工技师手册，机械工业出版社。