汽車車身制造焊點質(zhì)量提升技術(shù)

胡桂金，鄧 濤，梁霖江

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

在汽車車身件的點焊焊接中，焊點表面質(zhì)量一直都是影響整個車身件質(zhì)量的重要因素之一[1]，特別是一些在整車上可以看見的區(qū)域，對于焊點表面質(zhì)量的要求更高。但由于人員操作、焊鉗電極頭磨損、零件尺寸精度等原因，部分焊點的表面質(zhì)量往往很難保證，會出現(xiàn)凹陷、扭曲、毛刺等表面質(zhì)量問題[2]。如果該處是可見區(qū)域，則會影響到車輛的美觀性；而如果是裝配面，則會影響的相關(guān)零件的裝配，甚至可能會出現(xiàn)異響、零件磨損等車輛質(zhì)量問題。

為了提升焊點的表面感知質(zhì)量，往往需要采用特殊的工藝或工裝來實現(xiàn)，而墊銅板焊接是其中較為常用的一種[3]。本文通過研究電阻點焊的機理及缺陷，討論提升焊點表面質(zhì)量的方法，著重研究墊銅板在電阻點焊中應用的具體實施方案，能為墊銅板焊接在具體應用過程中提供參考。

1 電阻點焊的機理及缺陷

1.1 電阻點焊機理

電阻焊是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并通以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱將其加工到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種方法。形式如圖1所示。電阻焊形成要經(jīng)過下面幾個階段：

圖1 常規(guī)電阻點焊結(jié)構(gòu)圖

預壓階段：通電之前向焊接件加壓，建立良好的接觸與導電通路，保持電阻穩(wěn)定。

焊接時間：向焊件通電加熱形成熔核。

維持時間：切斷焊接電流，電極壓力繼續(xù)維持至熔核凝固到足夠強度。

冷卻結(jié)晶階段：當熔核達到合格的形狀與尺寸之后，切斷焊接電流，熔核在電極力作用下冷卻。

1.2 電阻焊點缺陷

由于電阻點焊過程中存在高熱、高壓的環(huán)境，同時焊接件存在熔化、結(jié)晶的過程，所以焊接件不可避免地會出現(xiàn)一些缺陷：

（1）穿孔：嚴重情況，焊點母材直接穿洞；如中心部位發(fā)生穿孔縮孔也是焊穿現(xiàn)象，其會降低焊點的強度，特別是關(guān)鍵焊點，會產(chǎn)生較大影響。

（2）焊點裂紋：在焊點表面出現(xiàn)裂紋，也影響焊點強度。

（3）焊點毛刺：焊點周圍出現(xiàn)較大毛刺，也影響零件間的配合，同時也存在安全隱患。

（4）焊點扭曲：焊接角度，焊鉗不能與母材金屬垂直，造成點焊后出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。

（5）焊點邊緣焊：部分熔核在工件邊緣至外，影響焊點強度。

2 電阻焊點質(zhì)量提升方法

2.1 調(diào)整優(yōu)化焊接各參數(shù)。

根據(jù)電阻點焊的原理，可以從電阻焊形成的階段考慮，改變這幾個階段的參數(shù)。

（1）加大預壓力以消除厚工件之間的間隙，使之緊密貼合。

（2）用預熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合、防止飛濺。

（3）加大鍛壓力以壓實熔核，防止產(chǎn)生裂紋或縮孔。

2.2 墊銅板技術(shù)

對于薄板件且有外觀要求的零件的點焊，對焊點強度有要求之外，焊點外觀也有嚴格要求。只從焊接壓力、焊接電流、焊接時間等幾個重要參數(shù)考慮未必能解決。下面重點介紹一種提升焊點外觀技術(shù)——墊銅板。

墊銅板點焊是提升車身件焊點表面質(zhì)量的方法之一。在沒有墊銅板時，普通的電阻點焊，由于電極頭附近有高溫及高壓，焊點位置會發(fā)生凹陷，而焊點周邊則會被擠壓成凸起痕跡，嚴重時會發(fā)生焊渣飛濺現(xiàn)象。而如果在某一側(cè)墊有銅板，由于銅板的電阻遠低于鋼板的電阻，不會對焊接電流導電方面有任何影響。而鋼板表面由于沒有電極頭的直接擠壓，不會形成凹陷和兩側(cè)凸起，能大大改善焊點的表面質(zhì)量。如圖2所示。

圖2 墊銅板點焊結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

如果某一個區(qū)域的焊點需要使用墊銅板焊接，墊銅板的工裝一般集成在相應的焊接工裝上。相關(guān)的焊接零件會被很好的定位在工裝上，并進行夾緊，而銅板的布置及相應的連接板設(shè)計時需要則是關(guān)系到焊點質(zhì)量的關(guān)鍵點。

2.2.2 銅板布置

當需要進行多個連續(xù)的墊銅板焊接時，如何設(shè)計銅板與焊點之間的關(guān)系也是其中的關(guān)鍵。

如果設(shè)計為一塊銅板對應多個焊點，雖然結(jié)構(gòu)簡單且工裝成本較低，但容易發(fā)生貼合性不好的問題，導致焊點的表面質(zhì)量變差。所以單個銅板對應單個焊點是最好的方案，可以通過彈簧連接板使得焊接時銅板之間不受影響，貼合性明顯提升，從而保證了焊點的表面質(zhì)量，如圖3所示。銅板與零件的貼合情況影響到零件的表面質(zhì)量，因此在設(shè)計銅板的時候，銅板周邊設(shè)計成圓角，這樣減少銅板棱角把零件頂出印記。

圖3 單個銅板對應單個焊點的布置形式

2.2.3 連接板設(shè)計

連接板的設(shè)計也是銅板工裝設(shè)計的關(guān)鍵之一。由于零件必然存在尺寸誤差，如果將銅板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計為剛性結(jié)構(gòu)，肯定會發(fā)生銅板與零件離空或干涉的情況。如果是離空狀態(tài)，則會發(fā)生焊點凹陷的情況，焊點質(zhì)量變差；如果是干涉狀態(tài)，則會導致零件沒有放在正確位置，影響零件的整體尺寸精度。所以最好的方案就是將銅板連接板設(shè)計為彈性結(jié)構(gòu)，利用彈性結(jié)構(gòu)來吸收焊接面的尺寸誤差。

圖4 中的連接板結(jié)構(gòu)便設(shè)計為彈性結(jié)構(gòu)。首先，連接板材料設(shè)計為彈簧鋼，可以擁有良好的彈性；其次，連接板本體設(shè)計為“Z”字型，相對于“一”字型的結(jié)構(gòu)，在受到壓力時能更好的保證與零件的貼合性；再次，連接板的底部連接在焊接工裝的支基上，銅板則與零件設(shè)計為貼合狀態(tài)。通過連接板的彈性結(jié)構(gòu)，在銅板與零件離空時通過焊鉗的夾緊可將銅板上拉至與零件貼合，在干涉時能將銅板下壓從而保證零件在工裝上放置到底部。從而即保證了焊點的表面質(zhì)量，又保證了零件的尺寸精度。

圖4 “Z”字型連接板設(shè)計

3 成果應用

將以上的工裝設(shè)計原則應用到實際工裝結(jié)構(gòu)中，并進行焊接驗證。經(jīng)對比，使用墊銅板焊接后，焊點質(zhì)量無凹陷、扭曲、毛刺等缺陷，焊點的感知質(zhì)量明顯提升。如圖5和圖6所示。

圖5 未使用墊銅板焊接的焊點狀態(tài)

圖6 使用墊銅板焊接的焊點狀態(tài)

墊銅板焊接的應用區(qū)域較廣，一般來說，汽車上可見的、可觸摸到的區(qū)域均應采用墊銅板焊接的形式來保證焊點表面質(zhì)量。如乘用車的發(fā)動機罩內(nèi)板、行李箱蓋內(nèi)板，在打開的狀態(tài)下會看到鎖扣加強板處、鉸鏈加強板處的焊點；皮卡、微型貨車的貨箱板也會看到焊點，如表1所示。這些區(qū)域的焊點一般都會采用墊銅板焊接來保證其表面質(zhì)量。

表1 墊銅板焊接應用舉例

4 成果日常維護

在汽車行業(yè)中，在薄板外觀件焊接上，應用墊銅板焊接的技術(shù)有明顯優(yōu)勢。焊點強度既能滿足要求，焊點和零件外觀也能保證。但這技術(shù)在日常維護上要特別注意：（1）銅板與零件是否貼合良好。銅板機構(gòu)使用一定周期后，有可能連接板會失效。（2）銅板凹陷的修復。銅板使用一定時間后，與電極壓頭接觸區(qū)域會產(chǎn)生凹陷，此時需要打磨修復平整，否則焊點會凹陷。日常應根據(jù)凹陷情況定期修復和更換銅板。

5 結(jié)束語

墊銅板焊接可以作為提升焊點表面質(zhì)量的主要方法之一，廣泛應用于汽車二級表面的點焊焊接中。銅板布置和連接板設(shè)計則是墊銅板焊接工裝設(shè)計中的關(guān)鍵點，本文推薦了單個銅板對應單個焊點的銅板布置，以及“Z”字型的連接板設(shè)計。