在汽車制造業(yè)，安全一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而車身作為承載汽車零部件的載體，如何保證其強(qiáng)度就顯得尤為重要。在當(dāng)前白車身生產(chǎn)過(guò)程中，點(diǎn)焊作為主要工藝，依舊占據(jù)著重要位置。行業(yè)內(nèi)一般通過(guò)NQST(白車身焊點(diǎn)強(qiáng)度質(zhì)量水平)的數(shù)值來(lái)反應(yīng)白車身焊點(diǎn)強(qiáng)度的質(zhì)量水平。本文結(jié)合我公司的實(shí)際應(yīng)用，從點(diǎn)焊的焊接原理、焊點(diǎn)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方式、點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)及失效模式、焊接強(qiáng)度的檢驗(yàn)方式等方面做了詳細(xì)的分析介紹。點(diǎn)焊的定義及焊接原理

1.點(diǎn)焊的定義

點(diǎn)焊是指通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，用或不用填充材料，使兩分離的金屬表面達(dá)到原子間的結(jié)合，形成永久性連接的一種工藝方法。如圖1所示，一個(gè)完整的點(diǎn)焊形成過(guò)程包括預(yù)壓程序、焊接程序、維持程序和休止程序。在預(yù)壓階段沒(méi)有電流通過(guò)，只對(duì)母材金屬施加壓力;在焊接程序和維持程序中，壓力處于一定的數(shù)值下，通過(guò)電流產(chǎn)生熱量熔化母材金屬，從而形成熔核;在休止程序中，停止通電，壓力也在逐漸減小。點(diǎn)焊的主要焊接參數(shù)包括：焊接電流、焊接壓力、電極端面直徑和焊接時(shí)間。

圖1 一個(gè)完整的點(diǎn)焊形成過(guò)程

點(diǎn)焊的熱源是電流通過(guò)焊接區(qū)產(chǎn)生的電阻熱。根據(jù)焦耳定律，總熱量： ，R=2 +2 。公式中 產(chǎn)生的熱量; 接觸電阻Rc+2Rew所產(chǎn)生的熱量約占總熱量的10%左右;而焊件內(nèi)部電阻2Rw所產(chǎn)生的熱量約占總熱量的90%左右。最高溫度總是處于焊接區(qū)中心，即熔核形成于焊接中心,如圖2所示。

圖２　點(diǎn)焊熔核形成示意

車身點(diǎn)焊焊接的標(biāo)準(zhǔn)及失效模式

白車身的焊點(diǎn)按照不同的部位和特性可以劃分為關(guān)鍵焊點(diǎn)和一般焊點(diǎn)：關(guān)鍵焊點(diǎn)是車身關(guān)鍵部位焊接的焊點(diǎn)，主要影響車身的剛度模態(tài)、碰撞以及法規(guī)等部位焊接的焊點(diǎn);一般焊點(diǎn)是指板件之間的搭接及鈑金之間連接時(shí)焊接的焊點(diǎn)。

1.車身點(diǎn)焊焊接強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方式

白車身焊點(diǎn)質(zhì)量的好壞，主要是通過(guò)剖檢室對(duì)白車身焊點(diǎn)的破壞性檢查來(lái)評(píng)價(jià)和判斷，行業(yè)內(nèi)一般用NQST的數(shù)值來(lái)表示，數(shù)值越小表示白車身焊點(diǎn)強(qiáng)度質(zhì)量水平越高。NQST計(jì)算公式如下：

2.車身點(diǎn)焊焊接的標(biāo)準(zhǔn)及失效模式

車身點(diǎn)焊過(guò)程中常見(jiàn)的失效模式如圖3所示。

圖3 常見(jiàn)的失效模式

(1)弱焊

弱焊的焊點(diǎn)熔核存在明顯的溶化結(jié)晶，但未能撕出凸臺(tái)。在焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)過(guò)程中，弱焊是比較正常的一種焊接缺陷，在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法通過(guò)正常的方式識(shí)別出缺陷，需要通過(guò)非破壞性檢驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)，但是在生產(chǎn)過(guò)程中不能每個(gè)焊點(diǎn)都通過(guò)破壞性檢驗(yàn)來(lái)識(shí)別，只能通過(guò)抽檢的方式來(lái)進(jìn)行識(shí)別。因此，弱焊是一種在生產(chǎn)過(guò)程中時(shí)不容易被識(shí)別出來(lái)的，只有通過(guò)剖壞性試驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)的焊接缺陷。

(2) 虛焊

虛焊的焊點(diǎn)處只有少量的熔核或沒(méi)有熔核，造成接觸不良，時(shí)通時(shí)斷。虛焊與假焊都是指焊件表面沒(méi)有充分接觸，焊件之間沒(méi)有形成熔核，主要原因通常是由于焊件表面沒(méi)有清除干凈或焊劑用得太少以及焊接時(shí)間過(guò)短所引起的。

(3) 內(nèi)飛濺

目視內(nèi)飛濺焊點(diǎn)的內(nèi)部，熔核金屬隨飛濺飛出，焊點(diǎn)熔核成為一個(gè)空洞。內(nèi)飛濺產(chǎn)生的原因是：兩焊接板件的板厚超過(guò)5.4mm;或者焊接的電流、電壓較大且焊接時(shí)間比較短，在短時(shí)間內(nèi)集聚較大的熱量，使焊接的板件中間的焊接熔核形成飛濺飛出熔核，導(dǎo)致焊接的熔核中形成空洞。

(4) 氣孔

焊點(diǎn)及熱影響區(qū)不允許有裂紋、燒穿存在，焊核周圍不允許有氣孔存在，合資企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)是：強(qiáng)度部位為Φ1.5mm以下，密封部位不允許存在，一般部位為Φ1.5mm以下。

(5) 焊點(diǎn)位置

焊接位置誤差不允許超過(guò)圖紙規(guī)定位置±10mm，合資企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)度部位為5mm以下，密封部位是10mm以下，一般部位是10mm以下。

(6 )半點(diǎn)

焊點(diǎn)邊緣距母材邊緣距離不得小于1.0mm，合資企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)度部位的打點(diǎn)痕跡一定在部品中間，密封部位的打點(diǎn)痕跡在2/4以上，一般部位的打點(diǎn)痕跡在2/4以上。

(7) 點(diǎn)距不均

點(diǎn)距的誤差不允許超過(guò)圖樣要求的±15%，合資企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)度部位為±10mm，密封部位為±20mm，一般部位為±20mm。

(8) 壓痕深度

焊點(diǎn)壓痕的深度不得大于被焊接母材厚度的20%，合資企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)是：壓痕深度≤焊接板厚的30% 。

影響焊接強(qiáng)度的因素

1.焊接參數(shù)

(1)焊接電流

焊接電流對(duì)產(chǎn)熱的影響比電阻和通電時(shí)間大，它是平方正比關(guān)系，因此是必須嚴(yán)格控制的重要參數(shù)之一。焊接電流較小、熱源強(qiáng)度不足，此時(shí)不能形成熔核，因此，焊點(diǎn)的強(qiáng)度負(fù)荷較低且不穩(wěn)定。隨著電流的提高，內(nèi)部熱源急劇增加，熔核尺寸穩(wěn)定增加，焊點(diǎn)的拉剪載荷不斷提高;當(dāng)電流過(guò)大會(huì)引起金屬過(guò)熱和噴濺，接頭性能反而降低，形成內(nèi)飛濺焊點(diǎn)，沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的強(qiáng)度。

(2)通電時(shí)間

焊接時(shí)間對(duì)接頭性能的影響與焊接電流相似。

(3)電極壓力

電極壓力過(guò)小會(huì)造成因電流密度過(guò)大，而引起加熱速度增大而產(chǎn)生噴濺;電極壓力過(guò)大時(shí)將使焊接區(qū)總電阻和電流密度均減小，焊接散熱增加，熔核尺寸下降，接頭性能降低。為了使焊接熱量達(dá)到原有水平，保持焊點(diǎn)強(qiáng)度不變，在增大電極壓力的同時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾雍附与娏骰蜓娱L(zhǎng)焊接時(shí)間來(lái)彌補(bǔ)電阻減小的影響;在確定電極壓力時(shí)，還必須考慮零件或者裝配質(zhì)量。如果工件已經(jīng)變形，導(dǎo)致焊接區(qū)不能緊密接觸，則需采用較高的電極壓力來(lái)克服這種變形。

(4)電極形狀及材料

電極的端面接觸面積決定著電流密度和熔核大小，電阻材料的電阻率和導(dǎo)熱性關(guān)系著熱源的產(chǎn)生和散失，電極必須有合適的強(qiáng)度和硬度，不至于在反復(fù)加壓過(guò)程中發(fā)生變形和損耗，使接觸面積大，接頭強(qiáng)度下降。電極頭端面尺寸增加，焊接區(qū)電流密度減小，散熱增強(qiáng)導(dǎo)致熔核尺寸減小，接頭承載能力也相應(yīng)降低。

(5)焊件表面狀況

焊件表面上帶有氧化物、鐵銹或其他雜質(zhì)等不均勻覆層時(shí)，會(huì)因接觸電阻的不一致，各個(gè)焊點(diǎn)產(chǎn)生的熱量大小不一致，引起焊接質(zhì)量的波動(dòng)。所以，焊接前清理待焊件表面是獲得優(yōu)質(zhì)焊接質(zhì)量的必備條件。

(6)電極

電極端面直徑在6～8mm之間是焊點(diǎn)質(zhì)量保障的條件之一。

2. 沖壓件質(zhì)量

沖壓件質(zhì)量也是影響焊接強(qiáng)度的因素之一，如沖壓件表面起皺、變形都會(huì)影響焊接質(zhì)量。焊接面起皺，會(huì)導(dǎo)致鈑金搭接間隙增大，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)出現(xiàn)弱焊、虛焊和內(nèi)飛濺等焊接缺陷;板件翻邊不平整，會(huì)導(dǎo)致板件在搭接時(shí)的間隙過(guò)大。當(dāng)板件搭接間隙大于1mm時(shí)，焊點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)虛焊、弱焊和內(nèi)飛濺等。這些焊接缺陷都是焊點(diǎn)的內(nèi)部焊接質(zhì)量問(wèn)題，在正常的生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)不了的，只能通過(guò)破壞性檢驗(yàn)才能識(shí)別。所以沖壓件質(zhì)量對(duì)焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量影響比較大，控制好沖壓件質(zhì)量也是提高焊接質(zhì)量的途徑之一。沖壓件質(zhì)量主要控制沖壓件的焊接面變形問(wèn)題及搭接邊平整。

3.工裝防錯(cuò)

工裝防錯(cuò)主要是體現(xiàn)在焊點(diǎn)的位置及焊點(diǎn)半點(diǎn)這些焊接缺陷上面。如一些焊點(diǎn)在焊接過(guò)程中是無(wú)法看到的，只能通過(guò)在工裝上增加限位槽或者是擋塊來(lái)確保焊點(diǎn)的位置，以防止焊點(diǎn)焊接半點(diǎn)。

4.人員操作

人員操作也是影響焊接質(zhì)量的一個(gè)因素，操作時(shí)要求焊鉗的電極與板件垂直焊接，如果焊接時(shí)板金與電極不垂直就會(huì)出現(xiàn)焊接飛濺、點(diǎn)扭曲和虛焊等焊接缺陷。

車身焊接強(qiáng)度檢驗(yàn)方式

1.焊接強(qiáng)度控制及檢驗(yàn)

車身上各部件的焊接主要依靠點(diǎn)焊，點(diǎn)焊在車身焊接質(zhì)量中起著非常重要的作用，其質(zhì)量合格與否對(duì)整車安全、強(qiáng)度和外觀等性能影響非常大，尤其是焊接強(qiáng)度的保障對(duì)整車安全有著非常重要的意義。此外，其他焊接方法，如MIG焊、激光焊等，其焊接質(zhì)量也同樣重要。

以某車型為例，長(zhǎng)安福特馬自達(dá)焊裝車間引入了德國(guó)BOS 6000系統(tǒng)，可以對(duì)該車型所有焊接機(jī)器人和焊點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，既可以監(jiān)控每個(gè)焊點(diǎn)的焊接參數(shù)、飛濺大小和焊接質(zhì)量，也可以監(jiān)控焊接機(jī)器人電極頭的磨損情況和打磨頻次等。此外，在焊接生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)樣件進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)的環(huán)節(jié)也非常重要。

點(diǎn)焊檢驗(yàn)手段主要有非破壞性檢查(Non-Destructive)和破壞性檢查(Destructive)兩種方式。非破壞性檢查包括鑿檢、超聲波檢驗(yàn)等，破壞性檢查包括Teardown點(diǎn)焊檢查和激光焊/MIG焊金相分析等。

我公司焊裝車間目前采用了幾種主要的檢驗(yàn)手段：

(1)非破壞性檢查(鑿檢)

鑿檢主要是生產(chǎn)線各工位對(duì)可撬焊點(diǎn)的質(zhì)量檢驗(yàn)手段，使用的工具是扁鏟、錘子等，頻次為20件/次，如圖4所示。鑿檢通?？梢园l(fā)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單的焊接缺陷，如虛焊、弱焊等。

圖4 鑿檢

(2)非破壞性檢查(無(wú)損強(qiáng)度檢測(cè))

無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn)包括射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷和渦流探傷。超聲波在被檢測(cè)焊點(diǎn)金屬材質(zhì)中傳播時(shí)，焊點(diǎn)內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播會(huì)產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對(duì)超聲波受影響程度和狀況的探測(cè)，可以了解焊點(diǎn)性能和內(nèi)部缺陷，軟件畫面會(huì)實(shí)時(shí)顯示超聲波的傳播情況，如有異常說(shuō)明焊點(diǎn)內(nèi)部有缺陷。比如：波峰逐級(jí)降低過(guò)緩(較平整)，說(shuō)明該焊點(diǎn)存在低熱溶現(xiàn)象;波峰逐級(jí)降低過(guò)陡(較陡峭)，說(shuō)明該焊點(diǎn)存在過(guò)熱溶現(xiàn)象。

(3)破壞性檢查(Teardown )

Teardown通過(guò)手工鏨、氣動(dòng)鏨、電鏨和榔頭等破壞所有焊點(diǎn)、焊縫，對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。分總成和白車身的檢查頻次為每月一次。

2.工藝性檢驗(yàn)

在產(chǎn)品制造過(guò)程中為了保證工藝的正確性而進(jìn)行。它包括：材料焊接性試驗(yàn)、焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)、焊接電源檢驗(yàn)、工藝裝備檢驗(yàn)、輔機(jī)及工具檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)的裝配質(zhì)量檢驗(yàn)、焊接工藝參數(shù)檢驗(yàn)、預(yù)熱、后熱及焊后熱處理檢驗(yàn)。

車身焊接強(qiáng)度過(guò)程保障

1. 焊接電極

焊接電極的端面直徑在6～8mm之間，使用過(guò)程中需及時(shí)修磨，按照標(biāo)準(zhǔn)要求配送到生產(chǎn)工位進(jìn)行更換使用，并進(jìn)行記錄;過(guò)程中檢查監(jiān)督電極帽是否按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更換，來(lái)保障焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。

2. 參數(shù)監(jiān)控

焊接參數(shù)是保障焊接強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，焊接參數(shù)的正確與否是時(shí)刻需要關(guān)注的。一般工位的焊接參數(shù)是每個(gè)月監(jiān)控一次，關(guān)鍵工序的焊接參數(shù)是半個(gè)月監(jiān)控一次，通過(guò)對(duì)焊接參數(shù)的監(jiān)控來(lái)確保焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。

3. 焊接設(shè)備

(1)穩(wěn)定性

通過(guò)增加中頻焊機(jī)來(lái)提高焊接參數(shù)的輸出穩(wěn)定性，從而提升焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。

(2)焊接設(shè)備的完好性

焊鉗不能出現(xiàn)漏水、漏氣現(xiàn)象，設(shè)備的完好性是保障焊接質(zhì)量的重要因素。

4. 板件質(zhì)量監(jiān)控

沖壓件搭接是否有間隙或者說(shuō)是板件的焊接面是否起皺，搭接板件的邊緣是否有間隙超過(guò)1mm，這些都是影響焊接強(qiáng)度的因素，因此對(duì)板件的質(zhì)量監(jiān)控也是提升焊接強(qiáng)度的一種途徑。

5. 關(guān)鍵焊點(diǎn)的保障方式

可采取的保障方式有：增加中頻焊機(jī)、夾具增加擋塊、自動(dòng)化焊接(增加機(jī)器人焊接保障焊點(diǎn)的一致性)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、增加焊點(diǎn)標(biāo)識(shí)或者增加焊點(diǎn)槽。

結(jié)語(yǔ)

汽車車身的焊接質(zhì)量直接決定著整車的質(zhì)量，車身存在焊接缺陷將會(huì)導(dǎo)致車身強(qiáng)度不夠、功能組件失效無(wú)法安裝等，從而直接影響到整車的安全性及功能性，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致漏雨、噪聲和車門關(guān)閉障礙的發(fā)生。所以，如何快速有效的控制焊接強(qiáng)度是每一個(gè)汽車廠極力追求的目標(biāo)。