搭铁点试验的分析及结论

引

言

在电器故障中，发现搭铁点的连接效果对整个电气系统影响很大。我们希望通过试验，从中找出关于搭铁点的规律。

01

我们分析：在车身上，搭铁点表面可以是不涂漆、或者涂电泳底漆、或者涂面漆 3 种情况。

1、从工艺角度看：如果要求搭铁点表面没有油漆或者只有电泳底漆，在生产过程中，要增加对搭铁点的保护处理。

2、搭铁点可以是凸焊螺母，也可以是凸焊螺栓，到底哪种方式比较好？我们需要求证。

3、搭铁是否良好？其中一个主要量化指标是搭铁点电压降，在一定范围内，随着搭铁点接触面压力的增加，接触电阻会逐步降低。

一般汽车上搭铁点标件采用M6 和M8 两种规格。通过查阅相关标件标准，发现M6 的螺纹（8.8 级）的最小破坏扭矩是13N.m，M8 的最小破坏扭矩是33N.m。

作为搭铁点，一般不需要承受很大的轴向载荷和剪切力，因此要求的扭矩应该在9-10N.m之间比较合适，这也是我们需要验证的。

4、 因为电气线束设计上的需要，有时一个搭铁点上需要连接多个搭铁片，到底连接几个搭铁片合适，采用何种形式的搭铁片有利于搭铁点的有效连接，需要求证。

需要特别提到的是：我们在试验中所使用的搭铁螺栓的螺纹是具有刮漆功能的特殊螺栓。

02

通过以上分析，我们设计了试验方案。

一、试验样板模拟长安实际生产状态，凸焊螺母和凸焊螺栓的连接点各一半，试验样板分成三种状态，分别是不涂漆表面、涂电泳底漆表面、涂面漆表面（普通漆）。样板见图1。

图 1

二、在前期的摸底试验中，我们发现长安M6 的搭铁螺栓螺纹大径偏小，在5.8-5.9之间，因此，制作了一批螺纹大径在5.9-6 之间的螺栓作试验。

三、每一个试验点，分别在10.5N.m 和13N.m 两种扭矩条件下，依次通过5A、10A、20A、30A、40A、50A 的电流，测量基准点到测试点之间的电压降。

四、由于每一个搭铁点距离基准点的距离不一样，造成测量值随距离的变化而变化，因此，又测量了基准点到各个搭铁点之间（不包括搭铁点本身）的电压降，用“三”中的测量值减去测量的这个修正值，就得到了测量点本身的电压降。见图2 所示。

图 2

五、对数据进行以下几方面的比较，寻找规律。

1、10.5N.m 和13N.m 两种扭矩条件下，哪种情况下电压降较小。

2、哪种油漆表面电压降较小、较稳定。

3、哪种搭铁片形式电压降最小、最稳定。

4、凸焊螺母和凸焊螺栓，哪种方式下电压降较小、较稳定。

5、M6+和M6 比较，那种电压降较小、较稳定。

03

按照这样的思路进行试验，一共获得了2000多个数据，通过对数据的分析，总结出以下内容：

1、随着扭矩的增大，搭铁点的电压降会逐步降低。随着扭矩的增大，螺纹的轴向力加大，在无油漆表面，由于材料的弹性形变和可塑性，接触面积加大，接触电阻减小，电压降就降低了。在有油漆的表面，由于油漆比金属软很多，金属的粗糙点会把油漆面挤破，从而建立起接触。当然，压力越大，油漆被挤破的可能性就越大，接触面积就越大。

2、无漆表面的搭铁效果最好，凸焊螺母时，面漆表面好于电泳底漆表面。但是凸焊螺栓时，电泳底漆好于面漆表面表面。表面无油漆时，电流的走向与有油漆时是不同的。具体见下图3分析。

图 3

表面无油漆时，电流从搭铁片直接到车体去了。搭铁片与车体的接触是否良好，很大程度上取决于接地螺栓的预紧力，即只与拧紧力矩有关（假设表面平整且干净）。

如果有油漆，电流直接由搭铁片到车体这条通路依然存在，但是接触电阻由于油漆而增大很多，另一条通路是电流从搭铁片流经搭铁螺栓，通过搭铁螺栓与凸焊螺母的螺纹接触，再由凸焊螺母到车体。

由于螺栓头的承载面积一般比较大，而且是直接与搭铁片接触，只要拧紧力矩足够，螺栓头与搭铁片的接触是可靠的。另外，螺母与车体是焊接的，由工艺可以保证焊接的可靠性。那么，整个通路上，螺纹连接的可靠性，就成了关键环节。

电泳底漆的状态时，由于电泳底漆的涂层很均匀，涂面漆时，是喷上去的，螺纹内的油漆虽然很少，但是厚度很不均匀。而凸焊螺母是内螺纹，比之凸焊螺栓，其螺纹中的油漆更不均匀。

螺栓在拧入时，由于螺纹之间间隙被油漆吃掉，相互摩擦，把油漆刮掉，另外，拧紧后的轴力产生的螺纹之间的压力，会把油漆表面挤破，从而达到金属表面接触，形成通路。通过上面的分析，可以看到，如果油漆表面厚薄不均，被刮掉的可能性就更大。

因此，凸焊螺母中螺纹的刮漆效果要好于凸焊螺栓。试验结果也表明，涂焊螺母时，不涂漆表面的电压降最小，面漆表面的搭铁效果优于电泳底漆的表面。而在凸焊螺栓时，螺栓的螺纹上的面漆反而不易被刮掉，搭铁效果就不如电泳底漆表面。

3、不论在凸焊螺母状态还是在凸焊螺栓状态下，互扣搭铁片的搭铁效果最好，其他三种方式差距不大。由于互扣搭铁片的表面不是平整的，在紧固时很容易把油漆面挤破，而且能部分起到蝶形垫圈的作用，因此搭铁效果最好。

4、不管哪种搭铁片，凸焊螺母的搭铁效果优于凸焊螺栓。在电泳底漆条件下，凸焊螺栓略好于凸焊螺母。在面漆状态，凸焊螺母全面好于凸焊螺栓，其原理在“2”中已经分析，主要是螺母的螺纹中油漆很不均匀，有利于漆面被刮掉。

5、M6+的搭铁效果优于M6。M6+与M6 的区别在于M6+的大径增加到5.9 以上，内外螺纹之间间隙更小，螺纹在拧入时的晃动减小，螺纹配合更紧密，有利于刮漆，同时大径也不同程度的参与了刮漆，刮漆效果更好。

6、在M6 和M8 两种螺栓在凸焊螺母条件下的搭铁效果比较时，“金属＞电泳＞面漆”这个规律是一定的。由于电泳底漆涂层均匀且薄，厚度在20μｍ左右，比涂面漆的表面更容易被挤破。另外，这种外径没加大的M6 螺栓，刮漆效果不明显，只能靠压力的挤压作用挤破漆面，所以电泳底漆搭铁效果好于面漆表面。

7、无论哪种搭铁方式，搭铁点电压降是比较小的，因此，搭铁点的稳定性和耐久性就是最重要的。通过统计，测量的各种方式的搭铁点电压降在12mV（20A）以下，只有一个值达到了17.8mV，这是因为这组数据中有一个明显大很多的不正常值。那么，搭铁点的接触电阻，应该在0.6mΩ以下。

一般在汽车上，回路中电压降不得超过1V，当然，某些特殊回路要求的电压降更低。比如，启动电路要求每100A 电流电压降在0.1V—0.2V,且总的电压降不得超过0.5V。发电机电路压降不得大于0.3V。可见，搭铁点的电压降大小对整个回路影响是很小的，那么，搭铁效果良好的主要评判因数就是连接稳定性和耐久性。

04

从前面的分析，不难看出，搭铁效果的好坏，不是单纯看搭铁点的电压降，而是在设计和工艺上保证搭铁点的稳定、可靠、耐久。这需要从三个方面来解决。

1、表面油漆情况。无漆表面虽然搭铁效果最好，但在工程实践中并不可取，因为车身金属部分没有油漆的保护，很容易生锈，车辆的使用寿命和性能将大打折扣。因此，无油漆表面在实际工程中基本不采用。而电泳底漆和面漆在电压降上的区别不大。但是面漆时螺栓或螺母的旋入由于面漆的堆积而增加难度，所以很多时候在做面漆时，把搭铁点遮住。

2、焊接、安装工艺性。凸焊螺栓的焊接工艺性能好于凸焊螺母，使用寿命比凸焊螺母长，但是在具体应用中，不一定有合适的位置来设计凸焊螺栓，而且在总装时，凸焊螺栓装配并不方便，造成螺纹及螺栓损坏的可能性较大。所以凸焊螺母仍然是可以接受的。另外，螺栓的外径不能随意减小，这会造成螺栓的晃动，不利于可靠连接。第三，要按照规定的力矩拧紧，而且必须对螺纹连接有锁紧装置，以防止搭铁点在震动中松动、脱落，比如使用弹簧垫圈、螺栓头带法兰盘的螺栓等等。

3、从设计上，主要考虑搭铁片的选择，以及对搭铁点有特殊要求时，采取特殊的手段。比如，在一般情况下，普通搭铁片就能瞒住设计要求，但是，在震动较大时，需用带定位装置的搭铁片，在需要两片叠加式，首选是互扣形的搭铁片。

05

通过以上分析，在工程设计的实践中，可以采取以下措施来保证搭铁点的良好：

1、M6 螺栓大径控制在5.9-6之间。

2、M6 螺纹拧紧力矩为：10+/-1N.m；M8 螺纹拧紧力矩为13+/-1N.m。

3、无论是凸焊螺母还是凸焊螺栓，都必须有锁紧装置。

4、主要采用凸焊螺母、面漆、一片搭铁片的搭铁方式。如果必须采用多片搭铁片重叠，首选互扣型。

5、在对搭铁点要求不高时，可以使用两片普通搭铁片叠加；在震动较严重的区域，必须使用定位搭铁片。尽管其接触电阻相比是较大的，但是可以保证搭铁点在震动中不宜松动。

6、在对搭铁点的可靠性及寿命有较高要求时，采用凸焊螺栓，此时必须是电泳底漆表面。