電阻點(diǎn)焊品質(zhì)穩(wěn)定性的控制方法

陳科羽，黎 麗

（1.吉凱恩車輪（柳州）有限公司，廣西 柳州 545007；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

從上世紀(jì)80年代前的車架式車身，到現(xiàn)在整體式車身的普及，汽車車身不再有厚重鋼板制造的車架，而是成為由薄鋼板經(jīng)過沖壓加工、焊接的一個(gè)整體。在現(xiàn)代車身制造中，大量應(yīng)用了電阻點(diǎn)焊。

電阻點(diǎn)焊是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸表面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)，將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種方法。

1 電阻點(diǎn)焊目前存在的缺點(diǎn)

我國目前的大部分電阻點(diǎn)焊，都存在如下一些缺點(diǎn)：

（1）目前還缺乏可靠的無損檢測方法，焊接品質(zhì)只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗(yàn)來檢查，以及靠各種監(jiān)控技術(shù)來保證。

（2）點(diǎn)、縫焊的搭接接頭，不僅增加了構(gòu)件自身的總質(zhì)量，且因在兩板焊接熔核周圍形成夾角，致使接頭的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均較低。

（3）設(shè)備功率大，機(jī)械化、自動化程度較高，使設(shè)備成本較高，維修較困難，并且常用的大功率單相交流焊機(jī)，不利于電網(wǎng)的平衡運(yùn)行。

2 對汽車車身電阻點(diǎn)焊的品質(zhì)測評

要想控制電阻點(diǎn)焊的品質(zhì)穩(wěn)定性，必須想辦法克服存在的缺點(diǎn)。先簡單介紹一下電阻點(diǎn)焊的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)通用公司GM4488M焊接標(biāo)準(zhǔn)，對于汽車車身電阻點(diǎn)焊的焊接品質(zhì)評判，主要通過下述3個(gè)方面進(jìn)行：

（1）對焊點(diǎn)外觀進(jìn)行目測；

（2）對焊點(diǎn)進(jìn)行剝離的破壞性試驗(yàn)檢查；

（3）超聲波探傷。

目前對焊點(diǎn)的強(qiáng)度檢測，主要限于前兩方面的評測。由于第一種檢測方式，不能真正監(jiān)測焊點(diǎn)強(qiáng)度，故國內(nèi)大多數(shù)汽車產(chǎn)業(yè)都使用第二種方式檢測焊點(diǎn)強(qiáng)度。采用超聲波探傷的方式對焊點(diǎn)進(jìn)行檢測，還處于探索發(fā)展階段，但卻是未來檢測發(fā)展的方向。

焊點(diǎn)剝離試驗(yàn)中，焊點(diǎn)強(qiáng)度品質(zhì)狀態(tài)評測示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 合格焊點(diǎn)示意圖

圖2 不合焊點(diǎn)示意圖

從圖中可以看到，兩塊點(diǎn)焊后的母材在外力拉開后，一塊母材的焊點(diǎn)處被撕裂拉斷方為合格。

很多汽車行業(yè)的焊接品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為：在項(xiàng)目啟動階段，焊點(diǎn)強(qiáng)度合格率要達(dá)到98.5%，在全正式工裝能力生產(chǎn)階段，要達(dá)到焊點(diǎn)強(qiáng)度合格率99.5%。一輛轎車整個(gè)車身4 000～5 000個(gè)焊點(diǎn)，即整個(gè)車身要求不合格焊點(diǎn)不得超過20個(gè)。

同樣，對于檢測整個(gè)車身焊點(diǎn)強(qiáng)度合格率時(shí)，需要對將近5 000個(gè)焊點(diǎn)全部破壞剝離，會需要較高的勞動強(qiáng)度和造成高成本的支出，所以對電阻焊質(zhì)量監(jiān)控的其他方法，也在積極地尋找開展。

隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，各大汽車整車制造廠對焊點(diǎn)合格率要求越來越嚴(yán)，有些甚至達(dá)到了一旦發(fā)現(xiàn)有一個(gè)焊點(diǎn)脫焊或虛焊，就會采取將大批量的零件完全破壞，用焊點(diǎn)剝離試驗(yàn)的方式進(jìn)行處罰與監(jiān)控。

但無論花費(fèi)多少成本，對成品零件進(jìn)行焊點(diǎn)全破壞性剝離試驗(yàn)進(jìn)行檢測，都是一種事后的做法，不能從根本上解決焊接品質(zhì)不穩(wěn)定的問題，很難得到想要得到的高品質(zhì)產(chǎn)品。故真正能對焊點(diǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性控制的方法，是作用于過程的方法。

3 焊點(diǎn)品質(zhì)穩(wěn)定性的控制方法

根據(jù)長期的經(jīng)驗(yàn)積累，下面介紹在正常情況下，焊點(diǎn)品質(zhì)穩(wěn)定性的控制方法。

3.1 監(jiān)測電阻點(diǎn)焊機(jī)的輸入?yún)?shù)

監(jiān)控輸入?yún)?shù)最簡單的方法，就是查看電阻點(diǎn)焊機(jī)控制箱上的實(shí)時(shí)參數(shù)。在點(diǎn)焊機(jī)工作前，首先要設(shè)定好要達(dá)到的參數(shù)，一般來說，焊接固定材質(zhì)與板厚的材料，其點(diǎn)焊參數(shù)是一定的，且對于焊接輸入?yún)?shù)的控制，一定要把握好以下幾個(gè)原則：

（1）焊接控制箱，采用有資格的專人負(fù)責(zé)控制，一般情況下，不建議由操作者進(jìn)行更改，在焊接參數(shù)調(diào)整時(shí)，要有驗(yàn)證記錄；

（2）焊接參數(shù)的選定需要有個(gè)清單，規(guī)定哪幾種常用材質(zhì)和厚度的材料，使用某個(gè)范圍的焊接參數(shù)為最適宜參數(shù)；

（3）焊接控制箱參數(shù)的監(jiān)控，至少要做到每1～2h，由相關(guān)人員進(jìn)行監(jiān)控1次，并記錄下當(dāng)時(shí)各種參數(shù)。

在做好以上監(jiān)控的基礎(chǔ)上，每個(gè)公司必須要建立起的是發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題時(shí)，有應(yīng)對的計(jì)劃，并由應(yīng)對的負(fù)責(zé)人進(jìn)行管理控制。

若只是控制好焊點(diǎn)的輸入?yún)?shù)，這并不能控制好焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，更重要的一點(diǎn)是，要控制住焊機(jī)的輸出參數(shù)。

3.2 監(jiān)測電阻點(diǎn)焊機(jī)的輸出參數(shù)

一般輸出參數(shù)的監(jiān)控，主要使用二次電流表等設(shè)備在焊接電極頭處進(jìn)行讀數(shù)監(jiān)控。監(jiān)控輸出參數(shù)的重要要點(diǎn)：

（1）二次電流表監(jiān)控焊接參數(shù)同樣至少要做到每1～2 h檢查1次，并做好相應(yīng)記錄；

（2）在一天之中的不同時(shí)間段，由于電網(wǎng)用電量強(qiáng)度不同，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，需要對應(yīng)使用不同的參數(shù)值；

（3）在確認(rèn)了相應(yīng)時(shí)間段的輸出參數(shù)后，將對應(yīng)時(shí)間段的輸入?yún)?shù)相應(yīng)更改，并進(jìn)行監(jiān)控。

輸出參數(shù)的監(jiān)控更為重要，因?yàn)槊颗_電阻點(diǎn)焊機(jī)的參數(shù)控制箱，輸出的參數(shù)與輸入?yún)?shù)并不一定是一致的，若只控制輸入?yún)?shù)，并不夠，還要在控制以上參數(shù)后，在制造過程中，其他幾點(diǎn)還是需要監(jiān)視的。

3.3 焊接過程的實(shí)物驗(yàn)證

為確認(rèn)焊接過程中的焊接穩(wěn)定性，除了僅僅監(jiān)視焊接參數(shù)，并不能證明焊接出來的結(jié)果就一定符合要求，還必須要求對焊接結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)的監(jiān)控過程，就是必須進(jìn)行焊點(diǎn)剝離試驗(yàn)，定期驗(yàn)證焊接結(jié)果，其中需要：

（1）在開班前，必須使用試片進(jìn)行焊點(diǎn)全破壞剝離試驗(yàn)，驗(yàn)證焊接的效果；

（2）在焊接第一件產(chǎn)品后，在此產(chǎn)品上任選1個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)，確認(rèn)在焊接產(chǎn)品后焊接品質(zhì)符合要求；

（3）此后，每1～2 h必須隨機(jī)抽取一件產(chǎn)品，進(jìn)行焊點(diǎn)非破壞性事件驗(yàn)證，以驗(yàn)證焊點(diǎn)強(qiáng)度品質(zhì)；

（4）對于大批量生產(chǎn)線上生產(chǎn)產(chǎn)品，根據(jù)每種產(chǎn)品成本，一般以1個(gè)月或1個(gè)季度為頻次，隨機(jī)抽取1件產(chǎn)品進(jìn)行焊點(diǎn)全破壞性試驗(yàn)，以驗(yàn)證最終產(chǎn)品焊接的穩(wěn)定性。

圖3 焊點(diǎn)非破壞性試驗(yàn)方法

另外，根據(jù)長期現(xiàn)場點(diǎn)焊實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，由于較多焊點(diǎn)強(qiáng)度問題，主要出在焊接板材間隙過大以及點(diǎn)焊電極頭磨損未發(fā)現(xiàn)等原因，故另外在焊接過程中還需監(jiān)控另一重要現(xiàn)象。

3.4 焊接工藝的監(jiān)控

（1）在焊接過程中，至少在1～2 h內(nèi)，需要對焊接電極帽是否磨損進(jìn)行確認(rèn)，并做好確認(rèn)記錄；

（2）對需要相互焊接的板材間的間隙問題，焊接操作者與質(zhì)檢人員需要每批次焊接時(shí)至少確認(rèn)一遍，一般較適合點(diǎn)焊的板材間隙≤2mm；

（3）焊接板材表面狀態(tài)檢查。焊接操作者與質(zhì)檢人員同樣需要對焊接板材表面狀態(tài)進(jìn)行定期檢查，避免出現(xiàn)焊接板材表面有焊渣、鐵屑等甚至其他絕緣雜質(zhì)沾附板材表面造成焊點(diǎn)強(qiáng)度不合。

所以，簡單地說，我們?nèi)粘５目刂?，也可以大致把這幾個(gè)主要因素作為重點(diǎn)控制對象，若控制好了，可以有很好的效果。

4 焊接工藝措施的保證

為達(dá)到品質(zhì)控制的目的，需通過一些焊接工藝措施來加以保證，這方面的控制方向簡述如下：

（1）確保兩焊接零件配合間隙不能太大，一般電阻點(diǎn)焊焊接配合間隙在0.5～2 mm，故通過對沖壓件的控制，要求型面復(fù)雜零件需制作檢具，并且需檢測到相關(guān)配合型面，依照定期的由管理層對生產(chǎn)單元進(jìn)行逐層審核等方式，確保沖壓過程受控，穩(wěn)定配合沖壓件的型面尺寸；

（2）對工裝以及設(shè)備的定頻次點(diǎn)檢，降低因設(shè)備老化對生產(chǎn)產(chǎn)生的直接影響，將設(shè)備出現(xiàn)的問題，做相應(yīng)的應(yīng)急計(jì)劃，將設(shè)備問題對品質(zhì)產(chǎn)生的影響降到最低；

（3）對焊接參數(shù)嚴(yán)格保護(hù)，并且定期進(jìn)行確認(rèn)，采用對焊機(jī)控制箱進(jìn)行隔離保護(hù)，不允許非相關(guān)專業(yè)人員對焊機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，定期采用二次電流表等儀器，定期對焊機(jī)的輸出參數(shù)進(jìn)行檢測，以此保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定與有效性；

（4）要確保焊接產(chǎn)品能夠一直按照上述這3點(diǎn)的要求，以定期抽取實(shí)物進(jìn)行焊點(diǎn)全破壞試驗(yàn)。對焊接的實(shí)物品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控，管理層要做好分層審核等方式，確保品質(zhì)過程是受控的。

5 結(jié)束語

以上是對電阻點(diǎn)焊品質(zhì)過程控制總結(jié)的一些方法。其實(shí)對焊接品質(zhì)影響很大的是焊接設(shè)備輸出電流的穩(wěn)定性，根源問題還是在焊機(jī)的能力。之前所說，整個(gè)電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，在實(shí)際生產(chǎn)中是很難控制的，所以才在實(shí)際生產(chǎn)中采取了以上品質(zhì)過程控制方法，來控制品質(zhì)的穩(wěn)定性。但若能通過焊接設(shè)備解決電網(wǎng)不穩(wěn)定對焊接造成的影響問題，將能更好地提高電阻點(diǎn)焊的品質(zhì)穩(wěn)定性。

目前國內(nèi)外對焊機(jī)的研究逐漸發(fā)展，主要還是針對焊機(jī)控制器進(jìn)行研究，以找到能更穩(wěn)定輸出電流的控制器。而到目前為止，現(xiàn)在的電阻焊控制器，類似逆變電源控制器，已經(jīng)逐步成熟。

目前，在國內(nèi)對逆變電源電阻點(diǎn)焊機(jī)的研究，也已日益成熟。國內(nèi)幾大汽車廠陸續(xù)開始推行使用中頻逆變電阻點(diǎn)焊機(jī)，都得到了很不錯的效果。當(dāng)然不管使用何種焊機(jī)，對電阻點(diǎn)焊品質(zhì)穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)，都應(yīng)包括上述的工藝方法與控制方法。所以，未來計(jì)劃在類似中頻逆變電阻點(diǎn)焊機(jī)等新式電阻焊機(jī)中，繼續(xù)探索運(yùn)用控制過程品質(zhì)的方法，控制焊接品質(zhì)的穩(wěn)定性，是我們未來工作繼續(xù)努力的方向。

[1]徐國成，陳大軍，谷曉鵬，王 亭.電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)[J].監(jiān)測技術(shù)，2009，（9）：28-30.

[2]劉照偉，楊立軍，史彩云，董天順.電阻點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].電焊機(jī)，2006，（9）：10-12.