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焊接程序参数文件

什么是焊接程序??若要给焊接规范参数表下通用定义,可参考美国焊接学会标准 AWS A3.0《焊接标准术语与定义》。查阅这份权威规范的 2025 版,其中对welding schedule(焊接规范参数表) 的定义如下:
以书面形式(通常采用表格)记载,针对特定工况开展焊接作业所需的各项焊接工艺参数及操作流程顺序。

考虑到该定义需要适用于所有焊接工艺,这样的表述其实还算完善。不过我们本次专门讨论电阻点焊(RSW),因此需要更细化、更有 针对性的说明。但细化到什么程度合适?我们先来梳理一份电阻点焊规范参数表中必备的各项内容,以此判断需要细化的深度。

从过往实际经历来讲,不止一个人跟我说过,实在搞不懂电阻点焊工艺为何如此复杂。当我追问他们为何会有这种想法时,得到的回答大同小异:“不就压力、电流、时间三个参数嘛,能有多难?”
某种程度上这话听着好像有道理 —— 行业里也无时无刻不在反复强调,这三项是电阻点焊规范参数表的核心要素。
拿印地 500 赛车车手打个比方就能明白这个道理:车手无非就是操控方向盘、油门刹车踏板、换挡杆,听起来好像也没什么难度。显而易见,这两个类比都过于片面、简化了实际情况。
不过对于电阻点焊而言,我们编制焊接规范参数表时,的确可以先从这三大核心参数入手。但在深入讲解之前,先来了解一下行业内现成的标准参考资料,也就是标准化焊接规范(也叫焊接参数图表)。

 

它最初只是一份简易工艺配方

在我看来,标准化电阻点焊规范是一套通用框架,列明了形成合格焊点所需的最基础核心参数(见图 1)。
想要在此基础上加深理解,查阅任意一份标准化电阻点焊规范时,都需要牢记几项要点。接下来我们将以 AWS C1.1《电阻焊推荐操作规程》作为参考依据展开说明。

AWS C1.1M/C1.1:2019 标准中包含 44 套适用于不同工艺与母材的标准化焊接规范,其中一份实质上为电阻点焊板厚配比参考图。
这 44 套标准化规范里,有 26 套针对电阻点焊。
剩余其余焊接规范图表按出现频次排序,分别适用于电阻缝焊(RSEW)、压型凸焊(PW)以及闪光对焊(FW)。

上述所有焊接规范都具备诸多共通之处,现将其中几点归纳如下:

  • 各份焊接规范均按母材种类区分。快速翻阅 C1.1 标准目录就能发现,不同规范对应的母材差异一目了然(例如铝合金、镍基合金、钢材);同时每类母材还会依据多项特性细分,涵盖表面镀层、材料强度或是铝合金牌号系列。
  • 可明确每种工艺的实施方式:举例来说,规范会区分采用脉冲式通电还是单次持续通电的焊接时长模式。
  • 标准化规范通常仅规定核心工艺参数:以电阻点焊为例,核心三要素(大家可以记牢)为:电极压力、二次焊接电流、焊接通电时间。规范中一般不会包含其余工艺阶段参数,例如预压时间、保压 / 冷却时间、电流上升 / 下降斜率、预热、后热等诸多参数。需要说明的是,AWS C1.1 标准中部分规范会对这类细分参数作出详细规定,以 6000 系铝合金焊接规范为例,文件内同时给出了电流升降斜率以及推荐锻压压力。
  • 电极外形尺寸不一定会作出规定:AWS C1.1 标准会清晰标注该焊接规范所配套的电极外形尺寸。但部分标准化参数图表并未列出这项关键信息。出现该信息缺失的主要原因是,此类规范隶属于一套完整标准体系,电极外形尺寸会在文件其他章节另行说明,车企原厂标准大多采用这种编写形式。
  • 这类标准化规范本质上首先是设备选型设计规范,其次才是现场生产焊接规范。这话该怎么理解?首先,标准给出的电极压力与焊接时长参数虽适配可用,但焊接电流值通常略高于形成合格焊点的实际需求,而这并非弊端。从工装设备设计角度来看,工程师可直接采用标准列明的电流、压力、焊接时间参数,再为设备结构与热容量选型预留安全余量(例如 20% 余量),以此设计出性能可靠、负载充足的焊接设备。设备投产后,操作人员只需录入标准里的整套参数,再将电流下调至标准给定值以下,即可开展焊接作业。当操作人员充分掌握某套参数图表在对应工况下的表现规律后,初次调试的参数就能更贴合生产需求。就我个人实操经验而言:我有一套通用参数表适用于所有钢材电阻点焊,长期实操下来发现,只需对这套基础参数小幅微调,初次调试便能快速得到可用工艺。

 

我们真正需要的是什么?

前文有所提及,想要使用一套标准化电阻点焊规范,必须综合考量多项因素。最关键的一点是,我们要充分掌握自身工艺条件,才能选出适配的标准规范,而这件事背后的复杂程度往往远超表面所见。为何这么说?核心原因在于,即便我们力求工艺简单理想,实际生产环境错综复杂,我们要完成的焊接工况几乎不可能是那种单一、标准的基础工况。

说得更具体一点,选用适配的标准化焊接规范,往往需要厘清多项关键条件。详细来说,首先要明确以下信息:待焊母材的材质种类、板厚、表面镀层,所使用的焊接设备,以及对应焊点的质量验收标准。

  • 母材材质:采用电阻点焊(RSW)焊接不同材质组合时,工艺方案差异极大。我们在钢材与铝合金点焊对比资料中对此做过详细说明,相关内容可查阅Milco集团技术资源页面下的《铝合金焊接规范》专栏(网址:https://www.milcogroup.com/educational-resources)。
    除此之外,电阻点焊工艺也可用于不锈钢及各类合金的焊接,典型材质包含但不限于镍(Ni)、铜(Cu)、铬(Cr)、铁(Fe)、钛(Ti)。
    不言而喻,每一种独特的材质配对都存在专属的工艺特性与难点。而标准化焊接规范的价值也正体现在这里。行业各方已协同制定标准,为我们稳定产出合格可靠的电阻点焊焊点提供参考,我们应当充分借鉴运用。
  • 板材叠厚配比:实际生产中很少需要采用电阻点焊焊接两块相同厚度、同种材质的板材,这一点不难理解。也就是说,几乎所有电阻点焊的焊接组合,或多或少都存在不对称结构。
    因此,我们不仅要掌握不同厚度同种母材搭配时规范参数的使用方法,还需了解两种母材性能差异较大时该如何调整工艺。举个例子:安全带加强支架强度高、板厚大,与之焊接的 B 柱内侧件是无镀层薄低碳钢板,二者在强度、板厚上相差悬殊。本例中两种材料虽都属于钢材,但除此之外几乎没有共性。我们的焊接工艺需要兼顾母材厚度、强度、表面镀层带来的多重差异。同样,标准化焊接规范能够为我们提供正确的工艺调整思路。
  • 焊接设备:我们清楚多数标准焊接规范并未区分交流(AC)与中频直流(MFDC)两种电阻点焊工艺,但标准化规范也可适配其他专用设备与工艺。
    对此,AWS C1.1 标准与电阻焊机制造商协会(RWMA)手册均具备参考价值,翻阅目录就能看到适配三相变频焊机等设备的电阻点焊规范。
  • 焊点质量:核心是明确目标焊点尺寸,以及焊接区域所需达到的力学强度。不同工况要求的最小焊点直径(MWS)存在差异。遇到这类工况时,必须理清规范配套电极帽与可达成焊点尺寸之间的对应关系。
    这里需要额外说明一点:电极接触面规格不能与生产工况匹配过度或匹配不足,两种情况都会造成焊接工艺稳定性差、焊点性能不达标的问题。
  • 其他影响因素:并非所有标准焊接规范都能适配全部生产工况。特殊工况包含板材间涂有结构胶或密封胶(膏状胶、胶条两类)、单侧带镀层板材、异种材料特殊搭配(例如不锈钢与带镀层高强度低合金钢焊接)等场景。
    针对这类特殊工况,上文提及的各项工艺要素均配套有补充设计指导文件可供参考,其中最常用的就是板厚配比对照表与材料强度参考图表。

那么以上内容总结下来说明了什么?想要让标准化焊接规范真正发挥作用,使用者必须吃透规范的完整构成。也就是说,要仔细研读该规范附带的全部注释说明与特殊工艺细则。
由于行业没有统一固定的编写格式,所需关键信息并不会集中在固定板块,但相关技术说明一定能在文件中找到。

 

下面我们展开细说……

我们最好结合一个实际应用案例,讲解编制设备设计用焊接规范的完整流程。前文也提到过,最终成型的工艺规范一定会包含压力、电流、时间这三大核心参数。
但这三项只是我们工艺计算后的最终结果,而非设计工作的起点。

下文将介绍一套编制电阻点焊工艺规范的方法(行业内还有其他方案可供选用)。在着手编制点焊规范之初,必须掌握大量基础条件。
其中部分参数项,在暂无精准数据时可以依据专业经验合理预估补齐,但不同工况下允许预估的内容各不相同。
无论何种场景,编制工艺规范时最好清晰记录全部设计依据,这样会带来极大便利。
顺带一提,我见过不少企业使用专用表单记录整套工艺设计流程,这类表单实用性很强。

不难理解,针对同一生产工况,各方选用的电阻点焊方案往往存在分歧。并且选用不同的标准化焊接规范图表,得出的工艺参数也会存在一定差异。不同图表之间的参数偏差幅度不等,有的差别细微,有的则相差悬殊。
为何会出现这种情况?依旧取决于实际工况:某一份图表可能采用单脉冲通电工艺,而另一份则推荐多脉冲分段通电,两种方案均可实现合格焊接,最终选用哪种由工艺人员自行判定。
关于这一点最后补充说明:尽管各类设备设计标准给出的工艺编制思路各不相同,但绝大多数焊接质量验收标准只针对最终成品焊点进行判定,并不限制采用何种通电工艺制作焊点。

为更清晰阐释上述针对特定工况的工艺思路,我们将引用 AWS C1.1M/C1.1:2019 标准中的两份通用焊接参数图表,搭配板厚配比对照表展开说明。

  • <抗拉强度小于 350 兆帕(72 千磅 / 平方英寸)的裸板、合金化热镀锌板、热镀锌低碳钢点焊工艺参数
  • 表 4:极限抗拉强度 350–700 兆帕(50–108 千磅 / 平方英寸)裸板、合金化热镀锌板、热镀锌低碳钢点焊参数
  • 表 36:不同厚度搭配、不同叠放形式的无镀层 / 有镀层碳钢与低合金钢点焊工艺参数

我们同时采用四种不同板材叠层搭配方案,直观展示各工艺要素之间的相互影响关系: the different elements interact.

  1. 0.89 毫米热镀锌冷轧低碳钢 CR3 + 0.89 毫米热镀锌冷轧低碳钢 CR3
  2. 0.89 毫米热镀锌冷轧低碳钢 CR3 + 1.40 毫米热镀锌冷轧低碳钢 CR3
  3. 0.89 毫米热镀锌高强度低合金钢 HSLA550 + 1.40 毫米热镀锌冷轧低碳钢 CR3
  4. 0.89 毫米热镀锌高强度低合金钢 HSLA550 + 1.40 毫米热镀锌冷轧低碳钢 CR3 + 1.40 毫米热镀锌高强度低合金钢 HSLA550

表 36 中的内容能够进一步辅助我们针对特定叠层板材选定GMT 基准厚度。该表列举了各类板厚组合共十种可行搭配形式,分为两层板材(2T)与三层板材(3T)结构,并给出每种搭配对应的 GMT 基准厚度。
表中还列明了每种叠层结构的板厚配比限值,同时仅针对焊接压力与焊接电流给出工艺调整建议。
最后一点也是电阻焊行业内独有的设计:这份表格针对三种不同电极外形组合分别提供整套参数参考。

只需粗略浏览表 1 或表 4 任意一份焊接工艺参数表,就能看到大量与前文所述各项要点对应的技术信息。每张表格及其附注包含的焊接相关工艺参数项繁多,以下仅列举部分核心内容:

  • 适配使用的电极帽,以及不同电极端面外形所需对应的参数修正要求
  • 板材基准厚度选取指导,其标准专业名称为:主控金属厚度(GMT)
  • 针对单一厚度板材推荐的焊接压力、焊接电流与焊接通电时间
  • 依据上述板材厚度参数制定的焊点尺寸与焊点强度要求
  • 采用交流(AC)或中频直流(MFDC)电源焊接时对应的各项推荐修正参数

 

创建焊接参数表

综合上述文件,可在各类工况条件下编制一套完善可靠的设计焊接参数规范。我们将以上述四种板材叠层组合作为示例。下表列明每种组合对应的实际焊接参数规范,并附带注释,便于理解各项参数的取值依据。工况示例详见图 2。不出所料,完成此项工作需设定若干前提假设:

  • 板材叠层两侧均采用修磨后的电极帽
  • 所有焊接均采用交流电源(若使用中频直流电源,设定电流值会更低)
叠层结构 母材 1 母材 2 母材 3 母材总厚度规格

(表 36 工况)

焊接参数规范

(压力磅力 / 通电周波 / 电流千安)

备注
1 0.89 毫米热浸镀锌冷轧软钢 CR3 0.89 毫米热浸镀锌冷轧软钢 CR3 ~ 0.89mm 热浸镀锌冷轧软钢(工况 1) 600 / 13 / 12.5 参照表 1;

工况 1 无需调整焊接参数

2 0.89 毫米热浸镀锌冷轧软钢 CR3 1.40 毫米热浸镀锌冷轧软钢 CR3 ~ 0.89mm 热浸镀锌冷轧软钢(工况 2) 600 / 13 / 12.5 参照表 1;

工况 2 无需调整焊接参数

3 0.89 毫米热浸镀锌高强低合金钢 HSLA550 1.40 毫米热浸镀锌冷轧软钢 CR3 ~ 0.89mm 热浸镀锌高强低合金钢(工况 2) 700 / 13 / 11.5 参照表 4;

工况 2 无需调整焊接参数

4 0.89 毫米热浸镀锌高强低合金钢 HSLA550 1.40 毫米热浸镀锌冷轧软钢 CR3 1.40 毫米热浸镀锌高强低合金钢 HSLA550 1.40mm 热浸镀锌高强低合金钢(工况 9) 基准值 (1100 / 17 / 14.0)*

实际参数 1210 / 17 / 15.4

参照表 4;

工况 9 焊接参数需上调 10%

* 该参数为图表给出的初始规范值,尚未对电极压力与焊接电流执行规定修正

 

总结

上文详述的计算结果,是行业内公认的板材叠层可靠焊接工况确定方法。该方法收录于美国焊接协会标准 AWS C1.1,汇聚了众多行业技术专家的经验,并经过长期实际应用验证。前文也曾提及,整套参数计算仅围绕电极压力、焊接电流、通电时间三大核心要素展开。

当然,文中尚未提及现场可能遇到的其他影响因素。例如板材带有密封胶、结构胶时需调整工艺参数;仅中频直流焊机存在的电极极性相关问题;以及叠层板材厚度比超出推荐范围等情况。遇到以上各类问题时,咨询资深技术人员会更有助于解决问题。

图 1:标准焊接参数规范示例 —— Milco梯度换算曲线图

图 2:对应 AWS C1.1M/C1.1:2019 标准表 36 中工况 1、工况 2、工况 9 的实物示意图

参考资料

1)AWS C1.1M/C1.1:2019,《电阻焊推荐操作规范》

小唐纳德-F-马茨(Donald F. Maatz)现供职于 Milco Manufacturing 公司,担任高级焊接工程师。他曾任 AWS 底特律分会主席、D8 和 D8.9 汽车焊接委员会委员、D8D 委员会主席、C1 电阻焊接委员会顾问、AWS 认证的 CWI 和 RWMA 学校讲师。他毕业于俄亥俄州立大学,获得焊接工程学士学位。如果没有 Milco 团队成员的协助,本文将无法完成。请将您的意见/问题发送至dmaatz@milcomfg.com。

图 1:标准焊接参数规范示例 —— Milco梯度换算曲线图

图 2:对应 AWS C1.1M/C1.1:2019 标准表 36 中工况 1、工况 2、工况 9 的实物示意图