焊接技術(shù)在駕駛室白車身上的應(yīng)用

劉洪博，孫愛友，王劉松，馬建峰，鄭明敏

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

焊接技術(shù)在駕駛室白車身上的應(yīng)用

劉洪博，孫愛友，王劉松，馬建峰，鄭明敏

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

在汽車制造過程中，焊裝作為汽車四大工藝之一，承擔著汽車白車身拼焊及車門裝配調(diào)整、質(zhì)量整修等任務(wù)；而白車身是一個由百余種、甚至數(shù)百種沖壓件、凸焊總成件經(jīng)焊接、鉚接、機械聯(lián)結(jié)及粘接等方法聯(lián)結(jié)而成的大總成件。由于車身沖壓件的材料大都是具有良好焊接性能的低碳鋼，所以焊接是現(xiàn)代車身制造中最應(yīng)用最廣泛的聯(lián)結(jié)方式。在目前汽車白車身的制造中，主要的焊接方法有電阻點焊、CO2氣體保護焊和激光焊，而其中電阻點焊更是占白車身焊接90%以上。文章對常見的點焊缺陷及預(yù)防措施進行介紹。

點焊；缺陷；預(yù)防措施

KCLC NO.:U466Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)03-17-04

引言

汽車駕駛室是駕駛員和乘客的“移動之家”，起到了遮風擋雨和保障人身安全的作用，如果將白車身比作一個人的話，沖壓件相當于人的骨骼，而焊點則類似于各骨骼的關(guān)節(jié)連接點。由此可見點焊的質(zhì)量控制直接影響汽車車身的整體質(zhì)量，因此，點焊的質(zhì)量缺陷分析和防控措施是至關(guān)重要的。

1、焊接的定義和應(yīng)用

1.1 焊接的定義

通過加熱或加壓，或兩者并用，用和不用填充材料，使焊件達到原子結(jié)合的一種加工方法。

汽車焊接工藝是汽車生產(chǎn)制造過程重要組成部分，是汽車制造四大工藝中特殊過程之一。

1.2 焊接方法分類

金屬焊接方法按工藝手段主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類，具體見圖1。

圖1 焊接分類

1.3 焊接的應(yīng)用

焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對于交通運輸工具來說可以減輕自重，節(jié)約能量。焊接的密封性好，適于制造各類容器。駕駛室車身應(yīng)用最廣泛的是點焊、凸焊和CO2保護焊。

2、駕駛室點焊工藝

2.1 點焊的定義

點焊屬于電阻焊的一種，它是將被焊工件壓緊于兩電極之間（見下圖2），并通以電流，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)合的一種焊接方法。

圖2 點焊原理示意圖

2.2 點焊的特點

（1）接頭質(zhì)量容易保證；

（2）利用率高；

（3）不需要焊絲焊劑，成本低；

（4）焊接效率高。

2.3 點焊主要參數(shù)和規(guī)范

2.3.1 點焊主要參數(shù)

（1）電極壓力：由氣壓大小和焊鉗電極臂、氣缸決定，用于壓緊板件；

（2）焊接時間：由焊機輸出，由人為根據(jù)要求設(shè)定；

（3）焊接電流：由焊機輸出，由人為根據(jù)要求設(shè)定；

（4）電極的形狀、尺寸：由板件焊接位置和尺寸確定，使用過程中需進行定期修磨。

2.3.2 點焊規(guī)范

焊接電流和焊接時間的適當配合。這種配合分為硬規(guī)范（采用大焊接電流、小焊接時間參數(shù)）和軟規(guī)范（采用小焊接電流、適當長焊接時間參數(shù)）。

硬規(guī)范由于焊接時間小，焊點熔核在更短時間形成，所以生產(chǎn)效率高，但加之電流大，往往容易產(chǎn)生飛濺，且焊接質(zhì)量一般，這種規(guī)范經(jīng)常使用在焊接強度要求不高的部位焊接。而軟規(guī)范由于其焊接電流小、焊接時間較長，所以形成的焊點質(zhì)量較好，但效率相比應(yīng)規(guī)范較低，這種規(guī)范經(jīng)常使用在駕駛室承重部位，如地板點焊、前圍點焊等。

具體參數(shù)規(guī)范推薦見下表1：

表1 焊接規(guī)范對照表

3、點焊常見缺陷及預(yù)防

3.1 點焊常見缺陷分類

（1）焊點分流：電阻點焊時，從焊接主回路以外流過的電流；（2）未焊透：板件未完全熔合，未形成完整有效的熔核；（3）焊點騎邊：焊點熔核沒有完全包含在焊接金屬板料邊范圍之內(nèi)的焊點；

（4）焊點扭曲：焊點表面不平整，局部翹起；

（5）焊點表面飛濺：焊點邊緣部位有焊接時飛濺時出的熔化金屬呈放射狀；

3.2 點焊缺陷預(yù)防

3.2.1 產(chǎn)品設(shè)計預(yù)防

（1） 搭接面要求：焊點直徑D=6±1mm，搭接面寬度f≥13mm，焊點中心距離板件邊緣距離A≥5mm，如果搭接邊過窄，焊點熔核不能完全包含在焊接金屬板料邊緣，出現(xiàn)騎邊缺陷，見下圖3：

圖3 搭接邊要求

圖4 焊點間距要求

（2）并非焊點數(shù)越多，焊點之間的距離越近，連接強度就越高。對于車身薄板零件，兩層焊點最小點距為e=15～25mm，最好在30mm以上，見上圖4。

（3）焊接邊與非焊接邊之間的關(guān)系：板件焊接邊與非焊接邊之間的角度R≥75°，否則焊接時焊鉗電極不能準確放置在焊接位置，容易造成焊接扭曲，分流，從而導致焊點強度降低，見下圖5。

圖5 焊接邊與非焊接邊角度

3.2.2 夾具定位預(yù)防

（1）定位銷與焊點間距：如下圖6所示，定位銷與焊點之間距離d=（h/2+g/2）+d1，定位塊大小=定位銷直徑+6mm；預(yù)留間隙d1≥2mm；如果定位銷距離焊點位置過近，在焊接時焊鉗電極易與夾具定位銷接觸，造成焊點分流缺陷，從而導致焊點強度降低。

圖6 定位銷直徑及其與焊點之間的距離

（2）定位面與焊點間距：如下圖7所示，定位面與焊點之間距離d=（u/2+g/2）+2，定位面寬度u=16mm或19mm，預(yù)留間隙d1≥2mm；定位面與焊點位置過近，同樣會造成焊點分流缺陷，導致焊點強度降低。

圖7 定位面與焊點距離

（3）定位銷要求

定位銷直徑D=定位孔理論直徑-0.2mm；定位銷有效定位高度為5-7mm；如果定位銷設(shè)計不合理，不能對板件實施有效定位，導致板件搭接錯位，焊接時易造成焊點騎邊缺陷。

3.2.3 點焊主要缺陷在生產(chǎn)過程中的預(yù)防

3.2.3.1 焊點分流

（1）產(chǎn)生原因：焊點間距及焊接順序不合理；電極與工件的非焊接區(qū)相接觸；

（2）預(yù)防措施：合理的焊點點距，注意結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，對開敞性差的焊件，應(yīng)采用專用電極和電極握桿。

3.2.3.2 未焊透

（1）產(chǎn)生原因：電極端部直徑過大，焊接電流過??；

（2）預(yù)防措施：正確修磨焊鉗電極，要求電極端面直徑6-8mm，見下圖8，對于焊接駕駛室地板縱梁、后橫梁等部位焊接電流超過10000A的電極，修磨時需保證直徑6-9mm。

圖8 焊鉗電極直徑要求

3.2.3.3 焊點騎邊

（1）產(chǎn)生原因：料邊設(shè)計過窄，人員操作不規(guī)范或者電極斷面修磨過大；

（2）預(yù)防措施：產(chǎn)品設(shè)計時，料邊寬度符合設(shè)計要求，確保焊點熔核完全包含在料邊內(nèi)。

在投入成本允許條件下，可采用自動化機器人焊接；還可以考慮在夾具上制作輔具，以限制電極位置；

3.2.3.4 焊點壓痕過深

（1）產(chǎn)生原因：焊接電流太大，電極端部太小，電極壓力不適當；

（2）預(yù)防措施：合理選取焊接電流和氣壓，見表1；

3.2.3.5 焊點扭曲

（1）產(chǎn)生原因：上下電極未對正；電極端部整形不良；工件與電極不垂直；

（2）預(yù)防措施：焊接前檢查焊鉗上下電極是否對正，偏差≤0.5mm，見圖9；正確修磨焊鉗電極，確保上下電極接觸無間隙，見圖10；焊接時確保焊鉗電極垂直于焊接面。

圖9 焊鉗上下電極對稱

圖10 焊鉗上下電極接觸無間隙

3.2.3.6 焊點表面飛濺

（1）產(chǎn)生原因：電極壓力不足，焊接電流過大，板件搭接間隙過大；

（2）預(yù)防措施：合理選擇焊接壓力和電流，見表1；確保夾具夾持面完全壓緊貼合板件；

4、焊點檢驗

4.1 外觀檢驗

主要通過肉眼觀察、手接觸焊點表面或者測量等手段，檢查表面質(zhì)量，包括焊點間距、直徑、壓痕深度、飛濺、燒傷、燒穿等。

4.2 拉伸試驗

需按試驗規(guī)范進行焊接試樣，采用專用設(shè)備對試樣進行拉伸，直至試樣分離，該方法比較適用于焊裝的特殊工序，并進行數(shù)據(jù)對比、分析，對特殊工序質(zhì)量能力進行把控。

4.2.1 試驗規(guī)范

（1）試樣的材質(zhì)、料厚必須與車身實際板件完全相同；

（2）不同料厚板件搭接時，搭接順序應(yīng)與車身實際狀態(tài)相同；

（3）式樣料厚滿足0.5mm≤d≤2.5mm；

（4）式樣寬度及搭接邊長度B=25mm；

（5）式樣長度L=180mm。

4.2.2 拉伸試驗抗拉力評價表

不同板厚、不同數(shù)量式樣搭接的拉伸試驗的抗拉力也不同，具體數(shù)值見下表2：

表2 拉伸試驗抗拉力評價表

4.3 撕裂試驗

操作簡易，可日常由員工自行開展，由車間工藝人員監(jiān)督，并對試驗結(jié)果進行判定，撕裂試開展驗頻次可根據(jù)車間焊點質(zhì)量水平來定。

4.3.1 試樣選取

（1）試樣的材質(zhì)、料厚必須與車身實際焊接板料完全相同；

（2）試樣要求：無變形，表面無銹蝕、雜質(zhì)。

4.3.2 試驗方法

選取正確厚度試樣，一人用雙手拿住試樣，將試樣各自一端進行搭接，板樣搭接角度為30°～60°，搭接時確保試樣處于水平狀態(tài)，搭接面無間隙；另一人手握焊鉗，在搭接部位中心位置進行焊接，焊接時必須確保電極與板件成90 °；最后對焊好試樣進行撕裂，直至兩板分離為止（如圖11）。

圖11 撕裂示意圖

圖12 撕裂后式樣焊點直徑

4.3.3 撕裂式樣結(jié)果評價標準

（1）撕裂后板料兩塊分開，一塊有規(guī)則圓孔，同時圓孔孔料熔核在另一塊板料上為合格；

（2）如果試驗兩板件均較厚（≥1.5mm），一般很難撕裂出圓孔，只需觀察其中一件試板上有明顯撕裂后的熔核存在亦判定合格。

5、結(jié)論

本論文主要介紹汽車車身主要焊接方法——電阻點焊。點焊是車身焊接常用的焊接方式，我公司駕駛室車身焊接質(zhì)量問題主要集中在點焊質(zhì)量上，點焊質(zhì)量不僅影響車身的外觀，同時對整個駕駛室焊接強度起著重要的作用。因此，本文主要介紹駕駛室焊接質(zhì)量缺陷和預(yù)防措施：1、產(chǎn)品設(shè)計預(yù)防；2、夾具定位預(yù)防；3、生產(chǎn)過程中預(yù)防；最后介紹了焊點質(zhì)量三種常見檢驗方法。

Welding technology applied in bridge white car body

Liu Hongbo, Sun Aiyou, Wang Liusong, Ma Jianfeng, Zheng Mingmin
(Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In the automobile manufacturing process, welding is one of four automobile manufacturing process which bears the task of car body in white (BIW) welding and door assembly adjustment, quality renovation and so on; BIW is a large assembly, which is joined by hundred, or even hundreds of stampings, projection welding assembly parts through welding, riveting, mechanical connection, bonding and other methods. Because the material of the body stamping parts is low carbon steel with good welding performance, welding is the most widely used connection mode in modern automobile body manufacture. Currently in the manufacture of car body in white, the main welding methods are resistance spot welding, CO2 gas shielded arc welding and laser welding, and the resistance spot welding is accounted for more than 90% of the white body welding. The common spot welding defects and preventive measures are introduced in this paper.

spot welding; jig; preventive

U466

A

1671-7988 (2017)03-17-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.03.008

劉洪博，女，(1981.6-)，助理工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。