焊接参数试验设计及Minitab软件应用探讨

一.参数的介绍和选择

一般根据待焊接工件的材料和厚度，首先选择焊接设备，确定设备的焊接能力。参考材料的焊接条件和选择的焊接设备，确定焊条端面的形状和尺寸。电极端面的形状和尺寸对焊接表面质量有很大影响。然后根据生产经验，初步选择电极压力和焊接时间。最后，调整焊接电流至熔核直径符合要求后，将电极压力、焊接时间、焊接电流调整在合适的范围内，进行焊接试验，直至焊点质量符合技术要求。

根据以上分析，下一步采用8mm圆电极，极头打磨光滑，设备维护正常，并有稳压保护，焊件焊前处理符合要求。点焊1.5毫米厚的Q235冷板；DOE从三个层面分析了电极压力、焊接时间和焊接电流三个关键可调参数。考虑到因素少，决定直接采用全因子全排列进行实验分析。

我们将使用Minitab软件创建因子设计。首先打开Minitab软件，在统计菜单下选择DOE命令，在因子菜单下选择创建因子设计。在创建因子设计的弹出对话框中，设计类型为一般全因子设计，因子个数为3。单击“设计”创建每个因子的水平值；最后，点击确认所有因素和所有级别的表格。根据这张表制作样品。为了避免偶尔出现单件的情况，每组参数制作3个样品。按照3个因素3个水平，将27组全部排列，每组准备3个样品，共需要81个样品。

一般采用破坏性拉脱法来判断焊点质量。拉脱样品一片有圆孔，另一片有圆凸台，说明焊接可靠。常见的焊接故障包括虚焊和焊接不充分。虚焊自然会脱落，比较容易判断。焊接不充分有时需要进行显微测量、拉伸试验和x光检查，以确定渗透率、剪切强度、缩孔、裂纹等。例如，厚板或淬火材料有时不能撕开圆孔和凸台，但可以通过剪切断裂来判断熔核的直径。首先，我们按照要求对27种组合的81个样品进行编号，测量它们每个焊点的直径，并在记录表中进行统计。其次，用实验室拉伸试验机对81个试样进行拉伸试验，剪切值也记录在统计表中。最后，我们将统计表格中的测试数据输入Minitab软件，自动计算出剪切力与三个因素的相互作用、焊疤直径与三个因素的相互作用、剪切力与三个因素的独立相互作用、焊疤直径与三个因素的独立相互作用。

根据上述试验结果，我们综合评估了剪力、焊疤尺寸、点焊熔合尺寸和拉脱状态，选择了四组参数组合进行设计验证。通过重新测试实际产品工件来验证所选参数，可以保证点焊质量的稳定性和可靠性，保证表面质量满足客户要求，保证使用实际产品工件轮廓对点焊质量的影响，保证所选参数对批量生产没有影响。接下来，对优化设计进行验证。我们分析了选定的四组参数，每组6个样品，共24个样品，并以与之前相同的方式进行拉伸试验。最后将试验验证数据整理统计在记录表中，然后邀请有经验的工程师和客户对以上四组样品进行外观评价。由于产品是外观件，零件的表面质量需要满足客户的需求和市场认可，基于以上因素最终选择点焊力学性能最佳、质量稳定可靠、外观质量满足需求的操作顺序22号参数组。

二、焊点质量的判断和监控

破坏性拔出法可以用来判断测试样品焊点的质量，但无损检测方法一般用于生产产品，主要包括预防、控制和检验。预防是防止不合格产品的发生，主要是对焊接设备进行维护和监控，确保焊接系统参数与设计要求一致。控制是将先进的监控或感应技术应用于生产设备的在线监控，确保及时发现不合格的焊点。检验是指对已完成的焊点进行表面质量检验和取样的拉脱试验。超声波无损检测不仅可以弥补传统检测的局限性，还可以逐渐取代现有的破坏性检测。

通过上述DOE方法，可以快速、科学地找到最适合自己需求的参数组，解决参数设置不合理导致的点焊质量问题。在解决类似的其他问题时，也可以采用同样的DOE方法，通过因素设计、优化、验证、改进、实施等步骤完成。最后，调整设备参数，建立全员生产性维护，更新操作指导文件、过程控制文件和检验指导文件，并对相关人员进行操作培训。