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焊接搭接边宽度的设计要求 |
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作者：上海汽车集团股份有限公司 张悦 来源：AI汽车制造业 |
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对于一些典型的焊接搭接边上的焊点，如侧围门洞的焊点、顶盖与侧围的焊点以及门窗框处的焊点，在产品设计阶段，设计工程师希望尽量减小搭接边宽度以降低车身重量，同时还可使用小型密封条达到更美观的效果。而制造工艺工程师则希望增大搭接边宽度，以便有更好的焊接工艺性，避免产生毛刺、半点焊等问题。针对这种矛盾，我们通过参考各公司对最小搭接边的要求，经理论分析和试验，找出合理的搭接边宽度范围，为产品设计和制造工艺提供参考。
各公司搭接边设计要求
图1 翻边搭接焊接时的相关尺寸
图1所示为翻边搭接焊接时的相关尺寸，其中t为板厚，b为搭接边宽度，dL为焊点熔核直径, dK为电极帽直径。目前各汽车公司对于焊接搭接边宽度的设计要求各有不同，以最小板厚为t=0.8mm和t=1.0mm的钢板为例，几家公司的要求分别为：
A公司：t=0.8mm时b=11.0mm；t=1.0mm时b=12.0mm；
B公司：t=0.8mm时b=13.0mm；t=1.0mm时b=13.0mm；
C公司：t=0.8mm时b=11.0mm；t=1.0mm时b=11.0mm；
D公司：根据钢板搭接处的不同，b为11～20mm不等；
E公司：根据钢板搭接处的实际情况，b为12～16mm不等。
以上数据可以看出，各公司对搭接边宽度的定义存在着较大不同，且搭接处实际的装配情况也会影响搭接宽度的设计要求。本文将着重介绍使用dK=16mm的电极，人工焊接普通钢板的翻边来得出一些参考结论。
分析和试验
一般情况下，焊接参数设有电流递增功能，即随着焊接点数的增加，电极头的端面直径将增大，通常采用递增一定量的电流来确保焊接质量。在这种情况下，更换电极头前，电极的端面直径会比较大，也就意味着需要较大的搭接边宽度，理论推导如下：
熔核直径dL≥3.5√ˉt ，平均熔核直径为：5√ˉt ，设定最大的电极端面直径最大为6√ˉt ，即此时需要进行更换电极，此时最大的电极端面直径对应的最大熔核直径为7√ˉt 左右，一个完整的焊点（包括塑性环）约是熔核直径的120%，故此时焊点直径dL=8.4√ˉt 左右，加上搭接边的钢板剪裁公差、R角的公差等，建议设计的搭接边宽度如表1所示。
特殊情况下，如焊接参数没有进行电流递增功能的设置，为保证焊接质量，要经常修磨电极使最大电极端面直径小于5√ˉt，此时对应的最大焊点熔核直径为6√ˉt左右，考虑热影响区以及各方面的公差，建议设计的搭接边宽度如表2所示。
如果产品设计上对于焊点熔核直径的要求为dL≥2.5√ˉt，并且经常修磨电极使电极端面直径小于4√ˉt，同样推导，得出建议设计的搭接边值同上述特殊情况，但应在设计图纸中标明。
理论分析之后，我们需要再进行相应的试验来验证。
试验方法：将两块厚度t=1.0mm的钢板搭接在一起，搭接边宽度从13.22～6.86mm呈线性递减（见图2），用端面直径为6mm的电极进行手工焊接（有电流递增功能，并且在正常焊接情况下无飞溅，焊接参数合理），之后观测一个完整的焊点所对应的搭接边宽度的最小要求。
图2 搭接边宽度试验
以搭接边尺寸递减的顺序逐个测量焊点尺寸。在搭边宽度为10.74mm时，焊点仍能保持基本完整（见图3），在焊接位置得当的情况下，不会出现半点焊，焊接飞溅、毛刺等情况。搭接边宽度为10.23mm时，焊点出现了飞溅、毛刺等现象（见图4）。
图3 搭边宽度为10.74mm时的焊点
图4 搭边宽度为10.23mm时的焊点
当搭接边宽度b<10mm时，无法形成完整的焊点，因此，去除各种可能存在的公差误差之后，搭接边宽度b不能小于10mm。
结论
根据以上分析及试验：
1.搭接边的理论宽度b≥10√ˉt ，在特殊情况下可b≥8√ˉt 。
2．在产品设计初期，无论考虑今后是否使用电流递增功能，搭接边宽度理论设计至少为10√ˉt，考虑到制造误差，搭接边宽度设计建议：当t<1mm时，b=10√ˉt + 1.5；而1mm |
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(10/9/2009) |
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