基于大直径紧固件的环焊工艺及设备的制作方法

本发明涉及焊接工艺、设备领域，具体涉及一种基于大直径紧固件的环焊工艺及设备。

背景技术：

目前，在汽车生产中，需要对大型冲压件(如车前门内板、发动机盖内板、车后背门内板、车后门内板、后地板总成等)焊接上大直径紧固件，如具有大直径的螺母或螺栓，焊接时，通常是先将螺母或螺栓放置在大型冲压件上需要焊接的位置，然后通过环焊设备上的电极片进行热压焊接。

然而对于将大直径紧固件焊接在热成型零件上时，如热成型原材料“WSS-M1A357-A1 Press Hardened to WSS-M99P39-A1—AS 150”,其抗拉强度σb≥500-700MPa,屈服强度σ S≥335-550MPa,延伸率12min；经过加热炉930度以上热成型后，原材料性能变为抗拉强度σb≥1400MPa,屈服强度σS≥1000MPa,延伸率5min，维氏硬度HV10不小于400；基本组织为板条状马氏体；铝硅涂层厚度不小于30um，不大于50um。因表面的铝硅涂层，对焊接强度影响特别大，特别是焊接大型号的环形螺栓，凸焊质量要达到熔核70％以上较为不易。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于大直径紧固件的环焊工艺及设备，旨在对大直径紧固件与热成型零件进行焊接时能够提高焊接强度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：基于大直径紧固件的环焊工艺，包括如下步骤，

步骤(1)，备料：准备待焊接的紧固件和冲压件；

步骤(2)，加工紧固件：在紧固件上加工出环形焊脚；

步骤(3)，上料：将冲压件和紧固件放置在环焊设备的下电极上；

步骤(4)，焊接：启动环焊设备，使环焊设备上的上电极向下移动并与下电极共同对紧固件和冲压件进行加压焊接，所述上电极和所述下电极均连接有冷却系统，控制冷却系统的冷却温度为18℃，控制冷却系统的冷却水的流量速度为33L/Min；

步骤(5)，取件：将焊接完成的紧固件和冲压件整体取出收集。

本方案的原理及优点是：采用本技术方案中的工艺对紧固件进行焊接的过程中，产生的熔核面积大，且本技术方案上电极和下电极采用的输出电流大，用较短的时间进行冲压就能够使紧固件与冲压件之间的熔核面积增大，焊接更加的牢靠稳固，焊接强度更大，这样加工出的成品中紧固件上焊渣少甚至没有焊渣。

另外采用本方案的工艺，对紧固件的传送通过传送单元自动传送，能够节省人力，并提高工作效率。

本技术方案中的环形焊脚，能够在焊接后增强密封性，且能够增加焊接的强度，本技术方案中步骤(4)中的冷却系统对上电极和下电极提供冷却水进行降温冷却，能够及时对上电极和下电极进行冷却，避免上电极和下电极温度过高而影响上电极和下电极的寿命、焊接精度以及质量，从而提高紧固件与冲压件的焊接强度，使紧固件和冲压件之间焊接得更加的牢固。

优选的，作为一种改进，步骤(4)中上电极加压的压力值为1.3MPa。

如此设置，本技术方案中上电极的加压值设定为1.3MPa，在该压力的作用下既能够满足对紧固件和冲压件的有效加压实现焊接，避免出现压力不足导致不能有效的将熔融状态下的凸点与冲压件之间焊接，同时该压力又能够避免将紧固件挤压变形。

优选的，作为一种改进，步骤(4)中上电极和下电极的输出电流为75000A，且对紧固件和冲压件加压焊接的时间为45ms。

本技术方案中采用的输出电流使上电极和下电极的热量足够，能够使紧固件和冲压件之间的熔核多，本技术方案中加压45ms能够实现紧固件和冲压件之间的有效焊接固定，用时短，焊接牢靠。

优选的，作为一种改进，步骤(2)中对紧固件为螺栓，将螺栓在车床上进行车削加工使螺栓的法兰盘面与环形焊脚的表面相互平行。

螺栓的法兰盘面在加工的时候通常是采用冷镦的方式进行的加工，加工精度低，导致加工出的螺栓的法兰盘面不平，当上电极对螺栓法兰盘面进行加压时，容易导致在焊接的过程中受力不均匀，受热效果不好，影响焊接强度，导致螺栓焊接后不能达到熔核75％以上的要求，而采用本技术方案中的工艺对螺栓的法兰盘面进行加工后，在焊接的过程中能够使螺栓上的环形焊脚与冲压件受力均匀，受热均匀，从而使提高焊接强度，使螺栓上的环形焊脚能够与冲压件熔核面积更大，进而提高了焊接强度。

本技术方案中在焊接参数不调(使用以前的大电流少时间)的情况下，熔核即可达到 100％，且无焊渣，焊接质量能保持稳定，焊接强度高。

本申请还提供了一种基于大直径紧固件的环焊设备，包括支撑柱，所述支撑柱下部固定连接有工作台，支撑柱上部设有液压缸，所述液压缸的输出轴上固定连接有安装板，所述安装板上固定连接有上电极，所述工作台上设有与上电极竖向正对的下电极，所述上电极与所述液压缸的输出轴竖向正对设置。

如此设置，本技术方案在现有技术的环焊设备中进行了改进，在改进之初，发明人经过了长达两个多月的时间对紧固件焊接质量进行了分析，现有技术中的环焊设备中，如图1所示，包括支撑柱1，支撑柱1下部固定连接有工作台2，支撑柱1上部设有液压缸4，液压缸4的输出轴上固定连接有安装板8，安装板8远离支撑柱1的一端固定连接有上电极10，工作台2上设有与上电极10竖向正对的下电极7，由于上电极和下电极位于安装板的端部，导致上电极和下电极均与液压缸的输出轴偏心设置，即上电极和下电极没有与液压缸的输出轴正对设置，采用现有技术中的环焊设备焊接出的成品件中，发现有以下问题：1、紧固件焊接后不能达到熔核75％以上的要求；2、紧固件在焊接后只有60％左右的压痕；3、压痕旁边有较大的飞溅。

为了解决上述问题，发明人施行了整改措施：1、解决电极上下端面不平，修磨后焊接仍然没有改善；2、解决焊接时电极的搓动；3、更换和紧固件端面一样大小的上电极进行验证；4、设置软规范(小电流长时间)进行焊接，焊接后螺栓上表面熔化许多，并且伴随焊渣很多附着在紧固件的螺纹上，(根据标准：ESBM5A-1N265-AA的要求，环形焊脚至少需要 70％与母材熔合)；5、更换更大功率的焊机焊接也无法达到要求。上述5步验证方法中，焊接紧固件均表现出焊接压痕只有60％左右，熔核最大能达到50％，并且不稳定。

为了再次改善焊接质量问题，发明人通过分析紧固件焊脚发现导致紧固件焊接后熔核面积，压痕面积，发现由于上电极和下电极与液压缸的输出轴偏心设置，导致对紧固件和冲压件进行加压的时候受力不均，从而导致在对紧固件加压时，紧固件与冲压件一侧的熔核合格，另一侧的熔核不合格，从而导致整个紧固件焊接不合格，而本技术方案中，发明人通过改变上电极和下电极的位置，使上电极和下电极与液压缸的输出轴竖向正对设置，这样能够使上电极对紧固件和冲压件之间的压力均匀平衡，压痕更加均匀，使得熔核面积大，从而使焊接出的紧固件和冲压件之间焊接强度高。

优选的，作为一种改进，所述安装板与所述支撑柱竖向滑动配合。

如此设置能够在对紧固件和冲压件进行加压时具有导向作用，且加压也更加的平稳。

优选的，作为一种改进，还包括传送单元，所述传送单元包括转盘、传送板和驱动转盘转动的驱动单元，所述传送板的端部位于上电极和下电极的一侧，且所述传送板位于上电极和下电极之间，所述传送板与所述转盘之间固定连接有支板，所述传送板上固定连接有传送通道组件，所述传送通道组件包括同轴设置的导向环和弧形板，所述弧形板位于导向环的内侧，所述导向环和传送板之间固定连接有第一导向板，所述弧形板与传送板之间固定连接有第二导向板，所述第一导向板和第二导向板之间相互平行，所述支板位于所述第一导向板和第二导向板的底部，所述导向板环和弧形板均位于转盘顶部且均与转盘同轴设置，所述传送板上设有推动传送板上的紧固件到下电极的推动单元。

如此设置，本技术方案中导向环和弧形板以及第一导向板和第二导向板形成传送紧固件的传送通道，而导向板和弧形板的设置能够对散乱放置在转盘上的紧固件起到导向和自动纠偏的效果，使散乱的紧固件依次进入导向环和弧形板之间后，受到导向环和弧形板对其的对齐作用，使紧固件整齐有序的进入传送板上，然后再通过驱动推动单元将运动到传送板上的紧固件向下电极方向推送，通过不断的向前推送，使得位于后面的紧固件不断的向前推动位于前面的紧固件，从而使紧固件一次位于传送板靠近下电极的一端，这样在实际焊接加工的过程中无需人为不断弯腰拿取紧固件安装在下电极上，只需要站在工作台上旁边将传送板上的紧固件取放到下电极上即可，由于紧固件距离下电极更近，操作人员在取用紧固件的时候更加的快速方便，有效的节省人力，提高工作效率。

优选的，作为一种改进，所述传送板的两侧均垂直固定连接有限位板，传送板两侧的限位板以及第一导向板和第二导向板形成传送紧固件的传送通道。

如此设置，本技术方案中限位板的设置能够对紧固件起到限位的作用，避免从第一导向板和第二导向板传送到传送板的紧固件掉落。

优选的，作为一种改进，所述推动单元包括推板和驱动推板往复滑动的气缸，所述推板位于两个限位板之间，所述推板位于第一导向板远离第二导向板的一侧。

如此设置，本技术方案中推板位于两个限位板之间，两个限位板能够对推板起到导向和限位的作用，使推板往复滑动更加的平稳，另外，本技术方案中推板位于第一导向板远离第二导向板的一侧，如此设置能够有序的对运动到传动板的紧固件进行推送。

优选的，作为一种改进，所述推板的端部固定连接有电磁铁。

如此设置，本技术方案中电磁铁通电能够对紧固件进行吸附，当推板将紧固件推出传送板后，并使紧固件位于下电极上方后，再通过使电磁铁断电从而使紧固件下落到下电极上，本技术方案对紧固件安装在下电极上的方式更加准确高效，无需人为辅助安放紧固件，效率得到进一步提高。

附图说明

图1为现有技术中环焊设备的主视图。

图2为本发明基于大直径紧固件的环焊设备实施例三的主视图。

图3为本发明基于大直径紧固件的环焊设备实施例三的俯视图。

图4为本发明基于大直径紧固件的环焊设备实施例四的结构示意图。

图5为本发明基于大直径紧固件的环焊设备实施例五的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：支撑柱1、工作台2、横板3、液压缸4、工装6、下电极7、安装板8、安装筒9、上电极10、转盘13、转轴14、导向环15、弧形板16、第一导向板17、第二导向板18、直板19、传送板20、支板201、限位板21、推板23、电磁铁24、竖杆25、连接杆26、推动杆27、气缸28、延长杆29、机架30、安装台31。

实施例一

实施例基本如附图1所示：基于大直径紧固件的环焊工艺，包括如下步骤，

步骤(1)，备料：准备待焊接的紧固件和冲压件；

步骤(2)，加工紧固件：在紧固件上加工出环形焊脚；

步骤(3)，上料：将冲压件和紧固件放置在环焊设备的下电极上；

步骤(4)，焊接：启动环焊设备，使环焊设备上的上电极向下移动并与下电极共同对紧固件和冲压件进行加压焊接，上电极和下电极均连接有冷却系统，控制冷却系统的冷却温度为18℃，控制冷却系统的冷却水的流量速度为33L/Min；

步骤(5)，取件：将焊接完成的紧固件和冲压件整体取出收集。

其中，步骤(4)中上电极加压的压力值为1.3MPa，上电极和下电极的输出电流为75000A，且对紧固件和冲压件加压焊接的时间为45ms。

本实施例中步骤(4)中的冷却系统采用现有技术中的冷水机对上电极和下电极提供冷却水进行降温冷却，本实施例中能够及时对上电极和下电极进行冷却，避免上电极和下电极温度过高而影响上电极和下电极的寿命、焊接精度以及质量。

本实施例中的紧固件为螺母或者螺栓，且本实施例中对螺栓和冲压件焊接时采用承面焊接方式，即将环形焊脚加工在螺栓的法兰盘面上，环形焊脚能够增强焊接的密封性，且能够使环形焊脚与冲压件之间的焊接面积更大，且熔核更大。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，步骤(2)中对紧固件为螺栓，且将步骤 (2)中的螺栓在车床上进行车削加工使螺栓的法兰盘面与环形焊脚的表面相互平行，这样的设置能够在焊接的时候，使环形焊脚受力和受热均匀，从而提高了焊接的牢固性，加强了焊接强度。

本实施例中在焊接参数不调的情况下(使用以前的大电流少时间)，熔核即可达到100％，且无焊渣，焊接质量能保持稳定，焊接强度高。

实施例三

如图2所示，本实施例提供了一种基于大直径紧固件的环焊设备，包括支撑柱1，支撑柱1下部垂直焊接固定有工作台2，支撑柱1上部设有液压缸4，本实施例中在支撑柱1的顶端通过螺栓垂直固定有横板3，液压缸4的缸体通过螺栓固定在横板3上，液压缸4的输出轴上通过螺栓固定连接有安装板8，本实施例中在支撑柱1上沿竖向方向开设有滑槽(图中未示出)，安装板8的左端插入滑槽内与滑槽竖向滑动配合，从而实现安装板8与支撑柱1 竖向滑动配合关系，安装板8上固定连接有上电极10，工作台2上设有与上电极10竖向正对的下电极7，具体的：在工作台2上设有安装固定下电极7的工装6，工装6与工作台2 通过螺栓固定，下电极7安装在工装6上，上电极10和下电极7均为专用的凸焊电极，本实施例在安装板8底部焊接固定安装筒9，上电极10通过螺栓固定在安装筒9内，且安装筒 9与液压缸4的输出轴竖向正对设置，从而使得安装筒9内的上电极10与液压缸4的输出轴竖向正对设置。

本实施例中将原有的环焊设备进行了改进，本实施例中的环焊设备采用现有技术中的凸焊机，将原先安装在安装板8端部的上电极10和下电极7调整到与液压缸4的输出轴竖向正对，这样当液压缸4驱动安装板8上的上电极10向下移动对紧固件和冲压件进行焊接的时候能够使紧固件均匀受力，从而使紧固件的熔核面积更大，焊接强度更高。

实施例四

如图3所示，基于大直径紧固件的环焊设备，与实施例三的区别在于：还包括传送单元，传送单元包括转盘13、传送板20和驱动转盘13转动的驱动单元，转盘13呈圆形板状结构，转盘同轴焊接固定有转轴14，本实施例中驱动单元为电机，如图4所示，转盘13下方设有安装台31，电机与安装台31通过螺栓固定连接，电机的输出轴与转轴14同轴联轴器固定，实际应用过程中在电机与转盘13之间可以通过齿轮组进行传送动力，且齿轮组采用大齿轮和小齿轮的组合，从而起到减速的作用。

结合图4所示，传送板20的端部位于上电极10和下电极7的右侧，且传送板20位于上电极10和下电极7之间，这样当上电极10向下移动时能够避免传送板20对其运动产生阻挡。

结合图3所示，传送板20与转盘13之间固定连接有支板201，传送板20与支板201 一体成型，且支板201与传送板20垂直设置，支板201远离传送板20的一端为弧形端，支板201的弧形端与转盘13的外侧贴合且与转盘13焊接固定。

传送板20上固定连接有传送通道组件，传送通道组件包括同轴设置的导向环15和弧形板16，弧形板16位于导向环15的内侧，导向环15和传送板20之间固定连接有第一导向板 17，本实施例中第一导向板17与导向环15一体成型，且第一导向板17与导向环15相切，弧形板16与传送板20之间固定连接有第二导向板18，第二导向板18与弧形板16一体成型，且本实施例中第一导向板17和第二导向板18之间相互平行，第一导向板17和第二导向板 18形成传送通道，因此第一导向板17和第二导向板18之间的导向环15部分为缺口，即导向环15并不是一个完整的环状结构，其在第一导向板17和第二导向板18之间没有实体材料。

支板201位于第一导向板17和第二导向板18的底部，第一导向板17和第二导向板18 与支板201焊接固定。本实施例中，导向环15和弧形板16均位于转盘13顶部且均与转盘 13同轴设置，弧形板16的端部焊接固定有直板19，直板19向远离第二导向板18方向倾斜，直板19与弧形板16圆弧过渡，直板19的设置能够对紧固件进入弧形板16和导向环15起到导向的作用，使散乱在转盘13上的紧固件随着转盘13转动的过程中能够受到直板19的引导而进入弧形板16和导向环15之间。

本实施例中传送板20上设有推动位于传送板20上的紧固件到下电极7的推动单元，本实施例中在传送板20的两侧均垂直焊接固定有限位板21，传送板20两侧的限位板21以及第一导向板17和第二导向板18形成传送紧固件的传送通道，具体的：以图3的视角为参考，第一导向板17和第二导向板18与传送板20垂直设置，且第一导向板17和第二导向板18 与传送板20左侧的限位板21相通，从而使得第一导向板17和第二导向板18之间所形成的传送通道与两个限位板21之间形成的传送通道相通，这样才能使紧固件顺利的被传送到传送板20上。

本实施例中推动单元包括推板23和驱动推板23往复滑动的气缸28，推板23位于两个限位板21之间，且推板23位于第一导向板17远离第二导向板18的一侧。推板23上表面垂直焊接固定有竖杆25，竖杆25上部垂直焊接固定有连接杆26，连接杆26上右部且位于其下方焊接固定有推动杆27，推动杆27与连接杆26垂直设置，结合图4所示，气缸28的输出轴端部同轴焊接固定有延长杆29，延长杆29与推动杆27焊接固定，由于气缸28的输出轴行程有限，延长杆29的设置能够弥补气缸28的输出轴行程有限的缺陷，从而能够顺利的使推板23往复滑动，使推板23能够顺利对将紧固件进行推送。

具体实施过程如下：在转盘13上进行上料，将多个紧固件放置在转盘13上，启动电机使转盘13转动，转盘13转动的过程中，紧固件将逐渐进入导向环15和弧形板16之间，并经过第一导向板17和第二导向板18后进入到传送板20上，传送到传送板20上的紧固件一次只有一个进入传送板20上，而其余的紧固件分别在第一导向板17和第二导向板18之间所形成的传送通道之间进行等候。

通过启动气缸28，使气缸28的输出轴向下电极7方向回缩，从而带动推板23将位于传送板20上的紧固件一一向前推送，由于传送板20具有一定的长度，气缸28启动传送板20 反复滑动的过程中，传送板20在推动紧固件向前移动的时候，能够对位于第一导向板17和第二导向板18之间的紧固件起到抵挡的作用，避免位于第一导向板17和第二导向板18之间的紧固件滑动到传送板20上而导致推板23在复位的时候将紧固件向相反方向传送，本实施例中，只有当推板23将上一个紧固件向前推送后并复位回到第一导向板17远离第二导向板18的一侧后，第一导向板17和第二导向板18之间的紧固件由于没有了推板23的阻挡，则会移动到传送板20上，等待推板23将其向前推送。

这样，将不断的有紧固件被传送到传送板20上，操作人员只需要在工作台2附近，从传送板20上取用紧固件，并将紧固件放置在下电极7板上即可实现对紧固件的安装，本实施例中能够实现对紧固件的自动传送，操作人员取用紧固件非常的方便，快捷，能够有效的提高工作效率。

实施例五

如图5所示，基于大直径紧固件的环焊设备，本实施例与实施例四的区别在于：推板23 推动紧固件的一端通过螺钉固定连接有电磁铁24，电磁铁24通过导线与电源电连接。

本实施例中通过设置电磁铁24，电磁铁24通电后能够对紧固件进行吸附，当推板23 推动紧固件的时候能够使推板23直接将紧固件推出传送板20后，并使紧固件位于下电极7 上方后，再通过使电磁铁24断电从而使紧固件下落到下电极7上，本实施例中将紧固件安装在下电极7上的方式更加准确高效，无需像实施例四中需要人为辅助安放紧固件，效率得到进一步提高。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。