一种快速确定搭接焊接头匹配间隙临界值的试验方法

摘要

本发明公开了一种快速确定搭接焊接头匹配间隙临界值的试验方法，属于焊接技术领域，包括:分别获取目标焊缝要求、板材参数和实际工艺参数；通过所述板材参数确定搭接接头匹配间隙测试模型；通过对所述搭接接头匹配间隙测试模型并根据实际工艺参数施焊得到若干个焊缝横截面数据；通过若干个所述焊缝横截面数据和目标焊缝要求确定搭接接头匹配间隙设计临界值。本发明可有效降低试验工作量、大幅缩短试验周期并可减少相应资源浪费，同时由于直接基于实际生产制造下的焊接工艺进行相关试验验证，继而保证了后续试验结果的适应性和有效性。

说明书

技术领域

本发明公开了一种快速确定搭接焊接头匹配间隙临界值的试验方法，属于焊接技术领域。

背景技术

在汽车产品开发过程中，搭接形式的焊接接头是产品设计中采用最为广泛的一种连接结构形式。和接头熔深、焊脚尺寸、焊缝计算厚度等核心焊接质量控制要素一样，作为产品设计的主要输入条件之一，被焊零件间搭接接头匹配间隙的选择与确定同样也直接影响着产品的最终焊接质量与连接强度。为了确保产品的焊接质量可控与一致性，除了上述焊接质量控制要素满足设计要求的前提下，最重要的是快速确定出不同零件、不材料组合、不同焊接工艺条件下，搭接接头焊接区域匹配间隙的设计临界值。

关于搭接焊接头匹配间隙值的确定，一般均属于车企产品设计核心技术与关键商密，技术购买获得难度较大，主要通过以下两种方式获取。第一种方式是对同类竞品车型搭接接头的广泛对标与分析，以获取相关数据，第二种方式是通过自主开发，并基于大量的工艺试验获取相关数据。第一种方式花费重大，且时间周期长，并且无法确定竞品车型搭间隙的设计临界值及与之相对应的焊接工艺间的匹配关系，后期应用适应性较差，第二种方式是通过两两试验料片组合，不断调整匹配间隙值，虽可获得某一工艺条件下相对准确的数据，但周期同样长且工作量大，每调整一次工艺参数都需要再次重复上述工作过程，造成大量资源及人力的浪费。截至目前，尚未见关于快速确定搭接焊接头匹配间隙设计临界值的试验方法的报道与研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供了一种快速确定搭接焊接头匹配间隙设计临界值的试验方法。

本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的：

一种快速确定搭接焊接头匹配间隙临界值的试验方法，包括：

分别获取目标焊缝要求、板材参数和实际工艺参数；

通过所述板材参数确定搭接接头匹配间隙测试模型；

通过对所述搭接接头匹配间隙测试模型根据实际工艺参数施焊得到若干个焊缝横截面数据；

通过若干个所述焊缝横截面数据和目标焊缝要求确定搭接接头匹配间隙设计临界值。

优选的是，所述实际工艺参数包括：实际弧焊机器人、实际控制柜、实际焊接电源、实际送丝机、实际焊枪和实际焊接工艺参数。

优选的是，所述目标焊缝要求包括：焊缝熔深、焊脚尺寸以及焊缝计算厚度。

优选的是，所述实际焊接工艺参数包括：焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊丝种类与规格、送丝速度、焊枪角度、推拉送丝方式、干伸长、焊接保护气种类、焊接保护气流量以及焊接保护气提前送气与滞后断气时间。

优选的是，所述搭接接头匹配间隙测试模型包括底板和一端固定在其顶部的搭接板，所述搭接板的另一端通过垫板与底板连接。

优选的是，通过对所述搭接接头匹配间隙测试模型根据实际工艺参数施焊得到焊缝横截面数据，包括：

对所述搭接板一侧与底板基于实际工艺参数条件下进行从点A到点C方向焊接得到搭接接头试验焊缝，通过所述搭接接头试验焊缝得到若干个焊缝横截面数据，所述焊缝横截面数据包括：试样焊缝熔深、试样焊脚尺寸和试样焊缝计算厚度。

优选的是，通过若干个所述焊缝横截面数据和目标焊缝要求确定搭接接头匹配间隙设计临界值，包括：

通过所述焊缝横截面数据确定焊脚尺寸变小起始点B；

从焊脚尺寸变小起始点B到点C方向均匀依次获取若干个焊缝横截面数据且分别与目标焊缝要求对比；

当所述焊缝横截面数据至少有一项与目标焊缝要求不符合时停止获取，则此时焊缝横截面数据为搭接接头匹配间隙设计临界值。

优选的是，所述相邻两个焊缝横截面数据之间的尺寸为5mm。

优选的是，所述垫板的高度为：8mm-15mm，搭接板(2)的长度为：250mm-800mm。

优选的是，所述搭接板与垫板的材料厚度为：2mm-12mm。

本发明相对于现有而言具有的有益效果：

本发明公开了一种快速确定搭接焊接头匹配间隙临界值的试验方法，通过设计与制造具有连续间隙变化特征的搭接接头匹配间隙测试模型，并基于实际生产制造条件的成熟焊接工艺与同种试验材料进行相关试验验证，最后借助金相法锁定该工艺条件下所能保证最佳焊接质量的匹配间隙设计临界值，填补了搭接接头匹配间隙设计与验证技术方面的空白，该方法的应用可有效降低试验工作量、大幅缩短试验周期并可减少相应资源浪费，同时由于直接基于实际生产制造下的焊接工艺进行相关试验验证，继而保证了后续试验结果的适应性和有效性。

附图说明

图1是本发明一种快速确定搭接焊接头匹配间隙临界值的试验方法的流程图。

图2是本发明一种快速确定搭接焊接头匹配间隙临界值的试验方法中搭接接头匹配间隙测试模型的等轴测视图。

图3是本发明一种快速确定搭接焊接头匹配间隙临界值的试验方法中搭接接头匹配间隙测试模型的主视图。

其中，1-底板，2-搭接板，3-垫板，4-垫板固定焊缝，5-第一搭接板固定焊缝，6-第二搭接板固定焊缝，7-搭接接头试验焊缝，8-间隙角平分线。

具体实施方式

以下根据附图1-3对本发明做进一步说明：

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明第一实施例在现有技术的基础上提供了1、一种快速确定搭接焊接头匹配间隙临界值的试验方法，具体步骤如下：

步骤S10，分别获取目标焊缝指标、板材参数和实际工艺参数，具体内容如下：

目标焊缝为不同汽车金属零部件间通过电弧焊工艺焊接后形成的搭接焊缝，目标焊缝指标包括：焊缝熔深、焊脚尺寸和焊缝计算厚度三项指标，并且无未熔合、咬边、裂纹等质量缺欠。实际工艺参数包括形成目标焊缝所用的实际弧焊机器人、实际控制柜、实际焊接电源、实际送丝机、实际焊枪和实际焊接工艺参数。

实际焊接工艺参数包括：焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊丝种类与规格、送丝速度、焊枪角度、推拉送丝方式、干伸长、焊接保护气种类、焊接保护气流量以及焊接保护气提前送气与滞后断气时间。板材参数包括实际汽车产品的材料种类、状态、厚度、性能及叠放搭接关系。

步骤S20，通过所述实际工艺参数确定搭接接头匹配间隙测试模型，具体内容如下：

根据板材参数确定相对应的搭接接头匹配间隙测试模型，其包括：底板1、搭接板2和垫板3三部分组成。垫板3两端分别通过普通电弧焊焊接在底板1顶部形成垫板固定焊缝4，搭接板2靠近一端的底部通过普通电弧焊焊接固定在垫板3顶部形成第一搭接板固定焊缝5，搭接板2另一端通过普通电弧焊焊接固定在底板1顶部形成第二搭接板固定焊缝6。

其中，垫板3的高度为H，通过调整H的数值调整底板1与搭接板2之间形成的搭接接头的最大间隙值，垫板3的高度H的取值范围为：8mm≤H≤15mm，搭接板2与垫板3的材料厚度范围均为：2mm-12mm，搭接板(2)的长度为：250mm-800mm,且其制造材料的种类可为铝合金、镁合金以及钢板材料，搭接板2与垫板3在第一搭接板固定焊缝5处的最小间隙值均为零，底板1与搭接板2在第二搭接板固定焊缝6处的间隙值为零。

步骤S30，通过对所述搭接接头匹配间隙测试模型施焊得到焊缝横截面数据；

对搭接板2一侧与底板1进行从点A到点C并沿着间隙角平分线8的方向进行焊接得到搭接接头试验焊缝7，A点与间隙为零的点之间的距离为K，K≤5mm；C点与间隙值最大的点之间的距离为L，L≤15mm。搭接接头试验焊缝7得到若干个焊缝横截面数据，焊缝横截面数据包括：试样焊缝熔深、试样焊脚尺寸和试样焊缝计算厚度。

步骤S40，通过若干个所述焊缝横截面数据和目标焊缝指标确定搭接接头匹配间隙设计临界值，具体内容包括：

在施焊过程中，随着搭接接头匹配间隙的逐渐增大，搭接接头焊脚尺寸也会朝着变小的方向改变，从而确定焊脚尺寸变小起始点B；

先对B点处的焊缝横截面进行金相检测和确认，若其焊缝熔深、焊脚尺寸以及焊缝计算厚度等3项指标全部满足设计要求，从焊脚尺寸变小起始点B到点C方向每隔5mm均匀依次获取焊缝横截面数据且分别与目标焊缝指标对比；

直至出现3项指标中至少有1项不合格的焊缝横截面，则与该不合格焊缝截面距离最近的那个合格焊缝横截面中焊缝匹配间隙的数值则为该工艺条件下搭接接头匹配间隙的临界值Hmax。

从而为保证整车及核心关键总成零部件焊接质量的一致性与稳定项，在产品设计时，搭接接头匹配间隙设计临界值M至少需要满足：M≤Hmax。

下面将根据上述方法的具体实施例1如下：

确定某汽车底盘用5.0mm厚Q345钢板与6.0mm厚355L钢板搭接焊时的临界设计间隙值，搭接顺序为Q345钢板在上，355L钢板在下。焊接质量要求为：焊脚尺寸≥4.0mm，熔深≥0.5mm,焊缝计算厚度≥2.5mm，焊接材料为直径为1.2mm的H08Mn2SiA焊丝。焊接工艺参数如表1所示。

表1焊接工艺参数

步骤S10，分别获取目标焊缝要求、板材参数和实际工艺参数。

目标焊缝要求为：焊脚尺寸≥4.0mm，熔深≥0.5mm,焊缝计算厚度≥2.5mm，板材参数为5.0mm厚Q345钢板与6.0mm厚355L钢板搭接焊，搭接顺序为Q345钢板在上，355L钢板在下，实际工艺参数包括焊接材料为直径为1.2mm的H08Mn2SiA焊丝以及表1中的焊接工艺参数。

步骤S20，通过所述板材参数确定搭接接头匹配间隙测试模型。

搭接接头匹配间隙测试模型由底板1、搭接板2和垫板3三部分组成。底板1的制造材料6.0mm厚355L钢，搭接板2的制造材料为5.0mm厚Q345钢板。垫板3的制造材料选择2mm厚Q345钢板，以确保与底板1、搭接板2、垫板3的制造材料间具有良好的材料焊接性，并可通过手工普通钢板电弧焊方法实现有效固定连接。垫板3通过垫板固定焊缝4连接固定在底板1上，垫板固定焊缝4的数量为2条，左右对称。

搭接板2通过第一搭接板固定焊缝5连接固定在垫板3上，第一搭接板固定焊缝5的数量为2条，左右对称；与此同时，搭接板2通过第二搭接板固定焊缝6连接固定在底板1上。

垫板3的高度为H，H的取值范围为：8mm≤H≤15mm，通过调整H的数值调整底板1与搭接板2之间形成的搭接接头的最大间隙值，搭接板(2)的长度取值范围为：250mm-800mm。

步骤S30，通过对所述搭接接头匹配间隙测试模型根据实际工艺参数施焊得到若干个焊缝横截面数据。

结合Q345钢板、355L钢板材料的焊接性特点，所述钢板电弧焊工艺选择与现生产相同的CO2气体保护自动焊，焊丝材料同样选择直径为1.2mm的H08Mn2SiA焊丝。基于实际工艺参数进行施焊，焊接轨迹为自A点至C点并沿着间隙角平分线8的方向施焊，并完成搭接接头试验焊缝7的制备。A点与间隙为零的点之间的距离为K＝3mm；C点与间隙值最大的点之间的距离为L＝15mm，在搭接接头试验焊缝7上得到若干个焊缝横截面数据。

步骤S40，通过若干个所述焊缝横截面数据和目标焊缝要求确定搭接接头匹配间隙设计临界值。

在施焊过程中，随着搭接接头匹配间隙的逐渐增大，搭接接头焊脚尺寸也会朝着变小的方向改变，得出焊脚尺寸开始变小的开始点B。

先对B点处的焊缝横截面进行金相检测和确认，若其焊缝熔深、焊脚尺寸以及焊缝计算厚度等3项指标全部满足设计要求，则自B点向着施焊方向每隔5mm取一个截面并进行金相检测，当取到第4个截面时，第一次出现3项指标中至少有1项不合格的焊缝横截面，则与该不合格焊缝截面距离最近的那个合格焊缝横截面中焊缝匹配间隙的数值则为该工艺条件下搭接接头匹配间隙的临界值Hmax，通过金相检测该临界值Hmax＝2.35mm。

从而为保证整车及核心关键总成零部件焊接质量的一致性与稳定项，在产品设计时，搭接接头匹配间隙设计临界值M至少需要满足：M≤Hmax,即M≤2.35mm。

结合上述试验结果可知：搭接接头最大间隙设计值的选择应≤2.35mm，考虑到焊接工艺可能存在波动以及众多不可控的因素影响，在实际产品设计时，搭接接头间隙的范围选择可进一步缩小，具体可根据实际生产以及具体产品要求进行综合考量确定。

下面将根据上述方法的具体实施例2如下：

确定某汽车车身框架用6mm厚6082-T6铝型材与8.0mm厚6082-T6铝型材搭接焊时的临界设计间隙值，搭接顺序为6mm厚6082-T6铝型材在上，8.0mm厚6082-T6铝型材在下。焊接质量要求为：焊脚尺寸≥5.0mm，熔深≥1.0mm,焊缝计算厚度≥3.5mm，焊接材料为直径为1.2mm的ER5356铝合金焊丝。焊接工艺参数如表2所示。

表2焊接工艺参数

步骤S10，分别获取目标焊缝要求、板材参数和实际工艺参数。

目标焊缝要求为：焊脚尺寸≥5.0mm，熔深≥1.0mm,焊缝计算厚度≥3.5mm，板材参数为6mm厚6082-T6铝型材与8.0mm厚6082-T6铝型材搭接焊，搭接顺序为6mm厚6082-T6铝型材在上，8.0mm厚6082-T6铝型材在下，实际工艺参数包括焊接材料为直径为1.2mm的ER5356铝合金焊丝以及表1中的焊接工艺参数。

步骤S20，通过所述板材参数确定搭接接头匹配间隙测试模型。

搭接接头匹配间隙测试模型由底板1、搭接板2和垫板3三部分组成。底板1的制造材料为8.0mm厚6082-T6铝型材，搭接板2的制造材料为6.0mm厚6082-T6铝型材。垫板3的制造材料选择3mm厚6082-T6铝型材，以确保与底板1、搭接板2、垫板3的制造材料间具有良好的材料焊接性，并可通过手工普通铝合金电弧焊方法实现有效固定连接。垫板3通过垫板固定焊缝4连接固定在底板1上，垫板固定焊缝4的数量为2条，左右对称。

搭接板2通过第一搭接板固定焊缝5连接固定在垫板3上，第一搭接板固定焊缝5的数量为2条，左右对称；与此同时，搭接板2通过第二搭接板固定焊缝6连接固定在底板1上。

垫板3的高度为H，H的取值范围为：8mm≤H≤15mm，通过调整H的数值调整底板1与搭接板2之间形成的搭接接头的最大间隙值，搭接板(2)的长度取值范围为：250mm-800mm。。

步骤S30，通过对所述搭接接头匹配间隙测试模型根据实际工艺参数施焊得到若干个焊缝横截面数据。

结合6082-T6铝型材的焊接性特点，所述铝合金电弧焊工艺选择与现生产相同的MIG自动焊，焊丝材料同样选择直径为1.2mm的ER5356焊丝。基于实际焊接工艺参数，对搭接接头匹配间隙测试样品进行施焊，焊接轨迹为自A点至C点并沿着间隙角平分线8的大致方向施焊，并完成搭接接头试验焊缝的制备。A点与间隙为零的点之间的距离为K＝4mm；C点与间隙值最大的点之间的距离为L＝12mm，在搭接接头试验焊缝7上得到若干个焊缝横截面数据。

步骤S40，通过若干个所述焊缝横截面数据和目标焊缝要求确定搭接接头匹配间隙设计临界值。

在施焊过程中，随着搭接接头匹配间隙的逐渐增大，搭接接头焊脚尺寸也会朝着变小的方向改变，得出焊脚尺寸开始变小的开始点B。

先对B点处的焊缝横截面进行金相检测和确认，若其焊缝熔深、焊脚尺寸以及焊缝计算厚度等3项指标全部满足设计要求，则自B点向着施焊方向每隔5mm取一个截面并进行金相检测，当取到第6个截面时，第一次出现3项指标中至少有1项不合格的焊缝横截面，则与该不合格焊缝截面距离最近的那个合格焊缝横截面中焊缝匹配间隙的数值则为该工艺条件下搭接接头匹配间隙的临界值Hmax，通过金相检测该临界值Hmax＝3.05mm。

为保证整车及核心关键总成零部件焊接质量的一致性与稳定项，在产品设计时，搭接接头匹配间隙设计临界值M至少需要满足：M≤Hmax,即M≤3.15mm。

结合上述试验结果可知：搭接接头最大间隙设计值的选择应≤3.15mm，考虑到焊接工艺可能存在波动以及众多不可控的因素影响，在实际产品设计时，搭接接头间隙的范围选择可进一步缩小，具体可根据实际生产以及具体产品要求进行综合考量确定。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。