1、VW011051电阻焊大众电焊标准中文版综述 草案 VW 011 05-1:2006-01 1适用范围下面的这些基本规则以从较低到高的机械化程度的经验、试验结果以及公开的标准和技术框架,例如 DVS-规则 2902-1、 -2、 -3作为基础。本标准用于承受静态和动态应变的电阻点焊的钢板材结构的结构设计、计算和实施,以下称为“点焊 连接”。本标准的应用范围包括:板材厚度比 5 : 1的,板材厚度范围从 0.5 至 4 mm的单边切口点焊连接的电 阻点焊(根据 DIN EN ISO 4063,系数为 21,以及单点连接和多点连接的质量特征。更大厚度比和 厚度的焊接应取得技术部门的同意也可实施。在
2、板材厚度比较大时,熔核的直径一直由比较薄的钢板 来决定。依据 DIN EN 10139标准的钢板的最大可焊厚度应为 3.0 mm 。镀锌板,比如依据 DIN EN 10142或者 DIN EN 10292标准,和高硬度及超高硬度的钢铁,必须使用较 大的电极头和电极轴直径(16 mm或 20 mm。在使用该电极时,有角度的点焊法兰处的焊接熔核将 进一步远离焊接板。然而,随着熔核与焊接板间距离的增大,工件的刚度和强度将降低。(电阻点焊连接的其它要求包括: VW 011 05-2铝材, VW 011 05-4多板连接;两层或多层点焊连接。对于焊点的质量 -Audit(奥迪特 已在 PV 6702和
3、PV 6717检验标准中的流程中给出。2定义2.1点焊电阻焊接时,待连接的部件中间的焊接区域将被电阻产生的热量和同时施加的电极力加热到可熔化状 态。被熔化的母材的大小,形状和位置取决于在焊接区域和其相邻区域所产生的和导走的热量在时间 和空间上的相互作用。在电极力的作用下,工件在熔化物凝固时被互相连接在一起。在这过程中以点 状,更确切的说是核状物所产生的熔核焊接连接被称为点焊(图 27,其将部件在焊接冲击区域统一 起来(图 6。熔化材料在连接面上的磨片上所测得的直径被称为熔核直径 。2.2热影响区域 WEZ焊接过程中固定保留的母材,由于点焊带来的热能的影响而产生组织变化的区域。草案 VW 011
4、 05-1:2006-01 2.3未受影响的母材母材中不含有明显的,由于点焊带来的热能的影响而产生组织变化的区域。在化学成分和其焊接特性 (DIN 8528-1方面没有明显区别的母材,被称为同一类型的材料。在化学成分 和其焊接特性方面具有明显区别的母材,被称为不同类型的材料。2.4结构构造2.4.1 点焊连接焊接连接是两个或者多个部件在对焊区域由一个或多个“焊点”或者“焊点缝”形成的直接连接。被 焊接的工件被称为 ZSB (焊接结构或者 SGR (焊接组。2.4.2 对焊区域对焊区域是一种形式,在其中部件通过点焊互相连接在一起。而相应的对焊形式由部件的具体结构形 态确定。2.4.3 板厚t 1
5、、 t 2可以用来表示单一切口焊接时板材的厚度。为了统一定义,尤其在计算时,板材厚度不同时,最薄的或者最薄的外层板一直用 表示,而连接中最厚的板用 表示。草案 VW 011 05-1:2006-01 3要求为了在点焊连接加工时,在足够的安全性和最优的成本质量比的结构设计目标方面,实现尽可能高的 结构强度,每个点焊结构必须“正确的焊接”,也就是说,在预开发时必须考虑点焊设备中的尺寸、 电极需要的空间和工件的可操作性。可焊接性取决于三个影响量 焊接特性(母材 焊接可靠性(结构 焊接可能性(加工这三个准则对于可焊性而言具有相同优先性,参见图 1。 图 1 中规定的点焊连接中的可焊性的示意图。草案 V
6、W 011 05-1:2006-013.1母材 (焊接资格焊接资格就是材料的一个特性。当材料根据其化学成分可以形成一个根据各自的要求的,按照标准的 焊接连接时,则其具有焊接特性。为了初步估测一个连接任务的焊接参数,推荐制定一个焊接区域表(时间 /电流图表 图 2,表中登记 在恒定的电极力和电极形状时的最大和最小熔核直径的极限曲线,同时参见 DIN EN ISO 14327。图 2 焊接区域图为了估算焊接参数,建议如下进行焊接时间和电流值选择,在或者和或者的极限曲线之间产生一个电流差: 当电阻点焊设备带有头铣削机构时, 1.2 kA。 当电阻点焊设备带有头铣削机构时, 1.5kA 。工件本身的化
7、学组成从根本上影响连接组织构成、硬化、熔核构成和点焊的强度。在加工中和结构设计中必须注意的,材料影响的因素越少(参见 DVS 2902-2,则在一个材料组内的 该材料的焊接特性越好。对于混合焊接(尤其是 S/W连接中的点焊连接,必须对熔核位置,形状和焊接区域进行预试验。 所有碳含量低于 0.25 %的钢都可以进行点焊(最高为 0.3 %。在很多情况下,等价碳含量用于确定 非合金钢和低合金钢的焊接特性(硬化。根据 DVS 2902-2对于焊接部件硬化特性的最初估算,适用 下列的公式:焊接时间 周期尖端建议:焊接参数的第一调解 点几乎低于最高界限 0.2 kA焊接电流强度kA 草案 VW 011
8、05-1:2006-01 碳的等价物 图 3 焊核的最大硬度与碳族等价物的关系。图 3 举例说明熔核最大硬度与等价碳含量的关系。对于合金钢,因为它含有影响淬硬性的合金元素,可能必须采取一些特殊措施(例如回火、多脉冲焊 接等,其的使用需和负责的专门部门商定,并进行特殊检查。 熔核和热影响区硬度的极限值(GW 推荐硬度升高数 3.5 。 例如:熔核和热影响区的最大硬度值不能超过 550 HV 0.2(1。 同时参见 DVS 2905 。草案 VW 011 05-1:2006-01 3.2构造(焊接可靠性对于构造来说,焊接可靠性具有不同寻常的意义。构造确定的焊接可靠性性主要是受材料影响,在较 小的程
9、度上受加工的影响。当用于材料根据结构设计加工的一个工件在预先设定的操作条件下可以使 用时,则已经具有焊接可靠性性。3.2.1 焊点的位置焊点的位置必须依据结构设计,加工和计划中被确定。电极应该尽量直角放置,因为在斜放的时候熔 核直径可能变的更小和椭圆化。对于垂直法兰的焊点间距,导电部件的最小距离 ,最大半径 R i 以及电极直径 或者电极头直径 非常重要。焊点的位置公差(焊点距离公差参见图纸或 。对于点焊连接结构设计其它说明参见3.2.2 焊接顺序连续的、全部由一个焊机完成的焊点,焊点间最近的距离不应该小于 25 mm。在缝隙进行焊接的时候 会采用更小的焊接距离(为了避免太小的和和松散的焊点;
10、参见图 9。3.2.3 焊点布置(焊点位置焊点排序的目的是使的所有焊点尽可能承担同样大小的力,如果承力不均的话,既会影响抗摆性能, 还会影响抗冲击性能。在多点焊接的情况下焊点的安排要在结构安排,计算,稳定性,计划和生产等诸多方面争得专业部门 的同意。避免出现由于难以操作而可能无法正确焊接的焊点(参见图 8。3.2.4 焊点距离对于焊点距离低于焊点距离 (表 1的焊点,分流影响不能被忽略。分流影响增加,当 焊点直径 板材厚度 电极力和 电极套筒面增加和 焊点距减少。草案 VW 011 05-1:2006-01可以根据分流影响的大小,或多或少地提高焊接电流,保证熔核的直径统一。流经焊缝已有焊点的电
11、 流,对该焊接部件并不起加热作用。所以在设定数据恒定时 , 焊接间距较小的焊缝从第 2 个焊点开始将形成相对较小的熔核直径 (图 4, 使 用可编程的或者对流程可以控制的控系统可以补偿分流的影响。 图 4 焊点距过小时避免分流影响图 5 显示了是不同类型的分流影响可能。 图解:a 由电极设备在板材区域造成的分流影响b 对中销子的分流影响 (距离较小时 没有在图上说明的分流影响由下列部件导致 :c 张紧块d 变压器接地e 焊接设备图 5 分流影响可能性3.2.5 结构构造示例和尺寸避免很难操作的结构,因为它需要特殊的电极或者电极臂(图 6。不好的 良好的草案 VW 011 05-1:2006-0
12、1 不好的 良好的 不好的 良好的 不好的 良好的 不好的 良好的 图 6 焊接法兰的焊接电极的良好及不好的通用举例3.2.5.1 搭接 搭接 是部件焊接边缘接触面的宽度。接触面的平面必须平行推移互相接触(图 7至 17。 是上下边界线间的最短距离。它是: 图 7 单排切口焊接 图 8 双排切口焊接3.2.5.2 焊点间距焊点间距是相邻两个焊点中心的距离(图 7至 10 。而并联焊点距离 是一个标志性的值,如果在 焊接过程中超过它就可能出现并联现象。一般来说: 。草案 VW 011 05-1:2006-01 图 9 两条相错的切口焊点 图 10 两条切口焊点3.2.5.3 焊缝间距离 在多排焊
13、点中,缝间距离 是相邻焊缝之间的最短距离,以焊点中心为基准(图 8至 10。一般来 说:。3.2.5.4 焊缝长度 l焊缝长度 l 是一条焊缝中第一点和最后一点的中心的距离(图 7和图 10。3.2.5.5 边缘距离边缘距离 v 是焊点中心到下一接触面 (图 7至图 17 的边缘线的距离。 适用:。对于形状硬化的板材必须确立一个特殊的最小边缘距离 V min 。 图 11 边缘距离 1 图 12 边缘距离 2草案 VW 011 05-1:2006-01图 13 边缘距离 3 图 14 边缘距离 43.2.5.6 法兰宽度 法兰宽度是一个出于制造技术考虑必须保留的值,为了a 防止焊点离板的边角太
14、近,b 防止焊接设备(电极头和轴与折角的板材产生分流和c 防止选择的板材弯曲半径过大,并且法兰宽度具有足够的平直比例,以保证焊接电极有一个足 够的工作平面。法兰宽度必须在构造、计划和实施时得到认可。计算辅助参见 的附件 1。 图 15 法兰宽度 1 图 16 法兰宽度 2对于多排的焊点缝,法兰宽度 a 应对应接缝距离 f 加大。法兰宽度的测量应该是从法兰底部量至被折过的板材。它是由边缘距离 v 和自由尺寸 FM 以及公差 T G 组成的。草案 VW 011 05-1:2006-01法兰宽度 a 按照引导法兰宽度 来区分 。引导法兰是一种按照构思好的结构制造并对于产品组装有重要意义的法兰,同时它
15、为所有组装部件建 立了一个限制。 匹配法兰宽度合适的法兰是一种按照构思好的结构制造,对于组装没有重要意义的法兰,并且它必须与引导法兰相 适应,防止它的规格超出引导法兰。 3.2.5.7 法兰错开法兰 错开 i 是引导法兰超出适合法兰的最大程度,例如厚度(图 15。引导法兰不能在剪切时低于适 合法兰。 3.2.5.8 法兰高度和 ,错开 规格 和 (图 15和 16在生产中考虑到了焊接设备的尺寸,焊接设备的工作空间和工件的可焊接 性(见图 19和 21。规格 g 给出了所容许的最大错开值(图 17。 这个值将在构造、规划和实施者间确定。 3.2.5.9法兰和搭接距离 法兰和搭接距离 是搭接和作用
16、半径间的距离(图 17。对于 是: 对于是:板材厚度 图 17 错开 ,间距 草案 VW 011 05-1:2006-013.2.5.10 法兰的几何要求表 1 电极头对称时,在板材厚度和焊接技术条件的依赖关系下的法兰尺寸(所有尺寸单位为 mm表 2 在板材厚度 t min 、强度和弯曲半径依赖关系里的法兰宽度 (所有尺寸单位为 mm图解:边缘距离(图 13和 14包括公差 搭接(图 13和 14 法兰错开(图 15 搭接错开(图 17 法兰和搭接间距离(图 17薄板厚度焊点距 弯曲半径 法兰规格薄板厚度弯曲半径法兰规格直径自由 尺寸法兰宽度法兰宽度(高固钢板法兰宽度 模具硬化过的 草案 VW
17、 011 05-1:2006-01 电极头直径 电极轴直径 电极轴直径规格的自由尺寸 电极轴直径规格的自由尺寸 与材料质量有关的板材半径 板材半径与材料质量的关系 对于高拉伸质量的弯曲半径 和 对于高强度的原材料的弯曲半径和 形状硬化板材的弯曲半径 对于机器人的运动所产生的公差;(高法兰规格 对于机器人的运动所产生的公差;(低设计高度 总公差注释 在因数 1.25(v 处中已经包含了制造过程公差,所以选择了 为总公差。 法兰宽度不包含卷边 法兰宽度:受板材半径的影响 法兰宽度;受电极的影响(f A =2, DSchaft 法兰宽度;低设计高度(受电极的影响 法兰宽度;高设计高度(受电极和 /或
18、手柄度影响两个更小的值 只有在没有边缘破损(A 的情况下才可以被选取。3.2.5.11 对比板材厚度在使用不同厚度的板材进行连接时(t 1 t2,使用对比板材厚度 tv 计算焊接参数。 草案 VW 011 05-1:2006-01 3.2.6 公差公差值必须有构造、规划和实施部门确定。标注内容数值将在括号中被给出。剪切公差 T a该数值描述了在加工单一部件时的剪切公差,其必须被计算在内(例如 公差。一般 粗 加工公差值 T R这个值考虑到了在车身加工过程中包括工业机器人的不精确性的一般公差,其必须被计算在内(例如 0.4 mm。结构性公差抵销 T K这个值考虑到了抵销法兰中的法兰移动,其必须被
19、计算在内(例如 2.0 mm。设备公差 T v这个值考虑到了设备的重复准确性的问题,并且必须(例如 0.4 mm被计算在内。总公差 T G总公差是由前面给出的单个公差 和 共同组成的,所有包括了一切值得考虑的因素。 结算表一中所有的值,一个总的因素被选取 T G = 1.5 mm 。草案 VW 011 05-1:2006-01 3.3加工(焊接可能性在结构设计时还必须考虑,焊接的可能性(生产条件的焊接可靠性是否具备。计划进行的焊接应该 在现有技术水平的生产条件下进行,并且专业的进行。在部件设计时,应该考虑以下几个加工技术方面:如果设计要求材料承受大的负载和具有大的臂间距,必须及时计算,现有的焊
20、接设备是否适用 ( 图 18 。 图 18 需避免的电极臂举例 双口和多口的连接请看 。 对于带有平行法兰的零件而且在很小的焊点距离的情况下,最好使用凸点焊接。 电极外半径,及电极盒和板材内角之间的距离。至少为 毫米(图 19。其他的要求要 在相关部门的允许下制定。 构造工作可能需要短的,直的和结实的机械臂,电极盒和电极等工具(图 18。 在对高硬度和超高硬度钢板进行焊接时,通常电极不能明显的被压入被焊接的母材,因为这提高 了电极滑动的危险。出于这种原因电极必须垂直于被焊接母材放置,并且焊钳尽可能的坚固。 图 19 受压和滑动的电极造成焊接的品质缺陷 在选择焊接顺序的时候,应遵循以下原则,就是
21、绝不能在板与板间造成空腔(图 20。草案 VW 011 05-1:2006-01 不好的 良好的不好的 良好的图 20 焊接顺序,防止出现空腔 电极轴应该垂直于钢板表面(901(图 21 左。在使用不对称电极头(图 21 右中时,批 量生产时必须运用特殊措施来保证焊接工作面的正确对准。(防止转动,更换电极头时的定位, 特殊电极头滚刀,等等(图 21右。此规则不适用于用电阻焊接进行后加工。不允许的 良好的 允许的 良好的 图 21 良好的与不好的焊接电极座表面举例草案 VW 011 05-1:2006-014 基础根据构件(2.4条的结构设计形式,会出现不同的应力: 剪切拉伸 (图 22 头部拉
22、伸 (图 23 剥离拉伸 (图 24 扭转 (图 25点焊连接应尽可能的只受到剪切的作用,因为在这种应力类型中,焊接点可以传输的最大的力。应避 免纯的头部拉伸或者剥离拉伸,以及扭转应力。4.1 最小剪切拉力 F min.剪切力 F min 在切开的连接处产生一个弯曲扭矩 M b = F * rs , ,其随着应力的增加而增大 (直到 F max . ,并且 附加产生一个冲击分力F K ,此时 r s 将如下应用:图 22 剪切拉伸由于实践中对要求进行了验证以及测试结果的分散很小,点焊连接的计算以最小剪切拉力 F min 为基 础,该最小剪切拉力 F min 可以从根据 PV6702进行剪切拉伸
23、试验获得(表 2。 和得出的拉伸剪切力 F min 一致,根据 DVS 2902-3 R m min. = 根据标准 DIN 50124获得的母材的最小拉伸强度 MPa。 R m = 没有外界影响的母材的实际拉伸强度 MPa。F max. = 根据标准 DIN 50124在剪切试验中获得的最大力 MPa。根据应力外缺口草案 VW 011 05-1:2006-014.2U型拉力 FK 图 23 U型拉伸力在该类型的应力中,最大允许应力 FK 只能为 剪切力 F min 的 60% 根据 DVS 2902-3,适用于 (DIN 1623-1中的材料 。 4.3 剥离力 F Schl. 图 24 剥
24、离拉伸在该类型的应力中,最大允许应力只能为依据表 3 和 DVS 2902-3的剪切力 F min 的 20 % 。 草案 VW 011 05-1:2006-014.4扭矩(转动 M t 图 25 扭转因为当围绕一个焊点转动时,可以传输的力矩 M t 太小,因此一个牢固的连接至少由两个焊接点形成。 原则上应避免只有一个负载焊点的结构。4.5 静态和动态应力原则上,静态应力和动态应力的计算是不同的。此处描述的关联公式用于静态下的计算。 下列提示适用于承受动态应力的强度验酸的构件: 由于在连接结构产生的影响方面知识还不完善,以及计算的不安全形,振动应力中的连接的负载特性一直 都必须通过试验验证。
25、在材料厚度一定时,连接的寿命和应力的振辐, R -数值和应力的类型(图 26有关。对于应力类型,可能为剪切或者剥离。冲击和扭转通常情况下不会出现。通常,出现的应力类型不会为单纯的 某一种。 图 26 应力幅值 最好为单行的切开式连接。 由于允许应力太小,应避免出现动态的冲击,剥离和扭转应力。 其他的说明,包括简单构件的计算-在 DVS 2902-3的目录中包含。R = Fu/Fo 应力振辐= (Fo - Fu/2草案 VW 011 05-1:2006-01 在确定构件尺寸时注意,在动态震荡类型的应力中(工作强度,使用强度钢和高强度钢的并 不能 比 使用较软的钢获得更好的强度数值。4.6 流程安
26、全每个点焊连接都是通过特征值和加工影响的整体特性来标记的,根据质量要求,通过可以测量和 / 或可 以计数的量,将其作为检验特征进行评定。可以计数的,根据其对四点焊连接的质量进行评定的量,是检验特征焊接数量。检验规格表 PV 6702 和 PV 6717中包含了批量监控的检验流程和用于点焊连接验收的、带有相应的评定 等级的检验方法。 4.6.1 点焊的几何尺寸 熔核直径 d L熔核直径 d L 为工件焊接面(与连接面垂直上的区域的直径,该区域在焊接过程中出现熔化液体,并 且母材的通过其的其他焊接结构和母材有明显区别。 对于要求的强度必需的熔核直径将在图纸中标注。表 3中含有 d L 的最小允许尺
27、寸。焊接面上的熔核直径 d L 的测量以及焊接熔核在焊接缺陷方面的评估根 据 PV 6702中的金相检验(低倍磨片,参见图 28进行。图解:t L 焊接熔核渗透深度 t S 间隙宽度t E1, 2 压入深度 t 1, 2 材料厚度 t r 电极压入区域的最小剩余板材厚度图 27 一个焊接点的示意图压入直径 焊接熔核压入粘结区域压入连接面热影响区域熔核草案 VW 011 05-1:2006-01 图 28 焊接点的金相照片焊接熔核渗透深度 t L焊接熔核渗透深度 t L应该 0.2 mm 。当连接的强度已经得到验证时(例如通过在刀具测试时测量脱扣 直径,其可以小于 0.2 mm 。压入直径压入直
28、径 d E 为电极形成的压迹的中间直径。压入深度 压入深度 t E 为电机形成的压深的最大深度,同时参见在段 4.6.3. 中涉及的表面光洁度。 板材厚度 表 3中给出了于必需的强度相关的 t 1的最小允许尺寸。 t 1 和 t 2 各自的公差数值请从相应的尺寸标准中 得出。 间隙尺寸 在焊接板材之间的间隙尺寸 t S 最多允许为可以比较的板材厚度 t v 的 20 %。在有噪声或者密封性要 求的单一情况下,考虑到较小的焊接点之间的距离,允许的间隙尺寸和各个设计部门商定。草案 VW 011 05-1:2006-01焊点直径 dP焊点直径 d P 为焊接面断开 (图 30或者在剪切断开时,在不带
29、出现的附着区域的工件的焊接面上的断开 面的中间直径。在冲孔断裂时, dP 为冲孔余料基础面的中间直径。在混合破碎时, d P 为包括在焊接面上的断裂部分 (d1, 不是 d3! 参见图 29。焊点直径 d P 用于熔核直径 d L (表 3的额定值调整,因此,其在 图纸上没有 被标注。 近似值:d P = 1.15 dL 适用于没有喷涂或者喷涂的板材图 29 焊点直径 d p ; 带冲压的焊接材料测试时,在对焊接点进行冲孔时,可能会产生余料,其直径由材料在焊接时的硬化确定,大于焊 接熔核。在确定焊点直径时,使用卡尺(测量卡尺测量余料的尺寸 d 1和 d 2(第二次错开 90测量,确定两 次测量的平均值。如果在两个方向上无法进行精确的测量,则将较小的直径作为 d P 。缩写: d P 焊点直径 d 1 、 d 2 d P 的测量位置 d 3不被测量对称不对称部分的草案 VW 011 05-1:2006-01图解:1 焊接面的断裂2 附着区域图 30 焊点直径 dP ;焊接面的破裂焊点直径的公差焊点直径最多小于 dPmin 15 %概率 5 %松开的焊点的概率 0,5 %
