轎車白車身螺栓焊接質(zhì)量分析與改進(jìn)

甄雯　馮志新

摘 要：在國產(chǎn)轎車白車身的生產(chǎn)過程中，螺栓凸焊質(zhì)量一直是其關(guān)注的重要問題。本文基于螺栓凸焊工藝的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際，對螺栓凸焊存在的問題及原因進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)方法，以保證螺栓凸焊質(zhì)量，促進(jìn)國產(chǎn)轎車白車身的生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：螺栓凸焊;焊接缺陷;焊接飛濺;隨動(dòng)性

中圖分類號：U463.82文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）31-0102-03

Analysis and Improvement of Bolt Welding Quality for Car Body in White

ZHEN Wen FENG Zhixin

（Beijing Polytechnic，Beijing 100176）

Abstract： In the production process of domestic car body in white， the quality of bolt bump welding has always been an important issue of concern. Based on the technical characteristics of bolt protrusion welding process and the actual production site， the problems and causes of bolt protrusion welding were analyzed， and improvement methods were put forward to ensure the quality of bolt protrusion welding and promote the production of domestic car body in white.

Keywords： bolt projection welding;welding defects;welding spatter;follow-up

轎車白車身生產(chǎn)過程中，螺栓采用凸焊工藝進(jìn)行焊接。該螺栓在總裝裝配過程中需要承受較大的扭矩，所以對焊接質(zhì)量的要求較高。但是，承載式車身是一種復(fù)雜的組合結(jié)構(gòu)，在白車身上進(jìn)行凸焊不可避免地存在一定的質(zhì)量缺陷。所以，對該凸焊質(zhì)量的分析和改進(jìn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 凸焊工藝

1.1 凸焊工藝及其特點(diǎn)

凸焊指的是首先在待焊接件接合面上加工一個(gè)或者多個(gè)凸點(diǎn)，確保該焊接件可以同另一個(gè)焊接件的表面有接觸，在完成該項(xiàng)加工后，對焊接件進(jìn)行加壓和通電加熱處理，當(dāng)凸點(diǎn)被加壓潰敗之后，使以上接觸點(diǎn)形成焊點(diǎn)的一種電阻焊方法[1]。同其他電阻焊方法相比，凸焊焊接的電流相對較為集中，可以避免在電焊時(shí)由熔合偏移帶來的缺陷問題，所以，凸焊工件的厚度比可以在6∶1以上。

在焊接過程中，電極會隨著凸點(diǎn)逐漸被壓潰迅速降低，為避免因失壓帶來的飛濺問題，應(yīng)選擇電極隨動(dòng)性相對良好的凸焊機(jī)。在進(jìn)行多點(diǎn)凸焊的過程中，可能會產(chǎn)生凸點(diǎn)位移，這一現(xiàn)象大多是由于焊接條件選擇錯(cuò)誤，電流在通過時(shí)帶來的電磁力所引發(fā)的。該問題可能會導(dǎo)致接頭的強(qiáng)度有所降低。從實(shí)際焊接過程來講，由于凸點(diǎn)高度的不一致性，上下電極之間有平行度差異，單點(diǎn)移動(dòng)和固定情況發(fā)生的概率較大。

1.2 凸焊的工藝參數(shù)

對凸焊來講，電極壓力、焊接的電流和時(shí)間都是其主要工藝參數(shù)。其中，電極壓力由凸點(diǎn)尺寸、被焊接金屬自身性能、單次的焊接凸點(diǎn)數(shù)量等組成。在凸點(diǎn)達(dá)到焊接溫度時(shí)，電極壓力會將焊接件完全壓潰，使兩個(gè)焊接件之間的貼合更加緊密。如果電極壓力相對較大，焊接件中的凸點(diǎn)就會被過早壓潰，能量無法在凸點(diǎn)集中，電流的密度也因此被減少，凸焊的獨(dú)特性作用和接頭強(qiáng)度也因此降低，使焊接質(zhì)量受到影響;反之，會引發(fā)嚴(yán)重的飛濺現(xiàn)象，導(dǎo)致焊接缺陷產(chǎn)生，進(jìn)而對焊接質(zhì)量帶來負(fù)面影響。當(dāng)工件的厚度和材料基本相同時(shí)，凸焊的焊接時(shí)間是由凸點(diǎn)剛度和焊接電流兩項(xiàng)因素決定的。在對低合金鋼和低碳鋼進(jìn)行凸焊時(shí)，焊接電流和電極壓力屬于主要參與。當(dāng)主要參數(shù)的合理值被確定后，可以通過調(diào)節(jié)焊接時(shí)間的方式來保證焊點(diǎn)選擇的精準(zhǔn)性。

2 轎車生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的螺栓凸焊質(zhì)量問題

2.1 螺栓出現(xiàn)開焊

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，螺栓出現(xiàn)開焊（如圖1所示）是較為常見的問題。通過扭矩檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有缺陷的螺栓未達(dá)到規(guī)定扭距值就出現(xiàn)了開焊現(xiàn)象，對總裝車間的裝配造成了嚴(yán)重影響。為了排除故障，故障車需要停留在生產(chǎn)線上，而這會影響整條生產(chǎn)線的線速。目前采取的臨時(shí)補(bǔ)救措施是對凸焊完成后的螺釘加焊MAG焊固定。但這增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，有時(shí)MAG焊的飛濺還會造成螺栓的螺紋損壞，影響總裝車間的裝配。

2.2 螺紋表面形成焊瘤

在生產(chǎn)過程中，凸焊的螺紋表面會形成焊瘤（如圖2所示），這是一種嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，使總裝車間在裝配安全氣囊的壓縮泵時(shí)，無法將螺母緊固到指定位置，影響裝配質(zhì)量。對于這種質(zhì)量缺陷，常用的處理方法是人工用鈑牙進(jìn)行清理，極大影響生產(chǎn)線的線速，加大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 螺栓凸焊質(zhì)量問題原因分析

3.1 分流對焊接質(zhì)量的影響

首先對焊接規(guī)范進(jìn)行分析，如表1所示。

在對焊接操作規(guī)范進(jìn)行分析的過程中，按照1.2mm的板厚，M6規(guī)格螺栓的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對凸焊機(jī)進(jìn)行調(diào)整。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范值后，進(jìn)行試片焊接和扭矩檢測，脫落現(xiàn)象仍然發(fā)生。

通過與凸焊設(shè)備廠家技術(shù)人進(jìn)行溝通了解到，由于轎車使用的凸焊機(jī)不是傳統(tǒng)固定工頻直壓式凸焊機(jī)，而是用移動(dòng)式逆變式點(diǎn)焊機(jī)（如圖3所示）進(jìn)行凸焊。逆變式電焊機(jī)主要借助脈沖幅度調(diào)制法對焊接電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。與同工頻焊機(jī)設(shè)備相比，此種焊機(jī)的控制精度更高，且能更加快速地達(dá)到目標(biāo)的焊接電流。

在焊接過程中，晶閘管開關(guān)控制的工頻焊機(jī)，在半周范圍內(nèi)只能對接通時(shí)間進(jìn)行控制，不能對斷開時(shí)間進(jìn)行控制。此外，第一周電流大多都是以上一次的焊接電流作為標(biāo)準(zhǔn)，逐步朝著目標(biāo)電流進(jìn)行調(diào)整，這也被稱為“預(yù)測型控制”。由于逆變式焊機(jī)使用的是脈沖幅度調(diào)制開關(guān)，所以，其屬于“決定型控制”，可以根據(jù)需求在預(yù)訂條件到達(dá)時(shí)將電流切斷，隨之提升頻率。因此，逆變式焊機(jī)達(dá)到目標(biāo)電流的時(shí)間可比工頻縮短90%以上。但是，逆變式焊機(jī)靈敏度較高，分流對焊接效果影響很大。焊接螺栓為M6，而電極凸焊模為M8。螺釘在凸焊模中匡量較大，螺栓與電極凸焊模內(nèi)部接觸產(chǎn)生分流，從而影響焊接質(zhì)量（如圖4所示）[2]。

3.2 飛濺對焊接質(zhì)量的影響

在凸焊加熱金屬的過程中，焊接處受溫度影響會熔化成液體，受焊接位置金屬膨脹力性質(zhì)的影響，電極出現(xiàn)上下推移，使焊接區(qū)域上外加壓力隨之降低，無法及時(shí)得到擴(kuò)展，加熱速度快，液化金屬和塑性變形金屬無法順利向四周流布形成相應(yīng)的塑性環(huán)，熔化區(qū)被封閉，氣壓逐步升高，產(chǎn)生焊接飛濺問題。焊接飛濺的產(chǎn)生會帶走熔化區(qū)大量的金屬，在熔化區(qū)形成一個(gè)凹坑，導(dǎo)致接觸位置形成空洞。在焊接飛濺路線上，也會形成相應(yīng)的隧道，隧道孔基本都小于空洞面積，外界氣體通過這個(gè)隧道進(jìn)入空洞中。受焊接熱能和壓力的作用，金屬在焊接過程中容易產(chǎn)生位錯(cuò)移動(dòng)、攀移及金屬液流的情況，致使隧道滯后于空洞，形成堵塞。

飛濺產(chǎn)生的原因大致有以下幾方面：①焊接表面狀態(tài)的影響;②沖擊電流的影響;③焊機(jī)隨動(dòng)性的影響;④塞貝克效應(yīng)對焊接飛濺的影響;⑤電源波動(dòng)的影響。

4 凸焊質(zhì)量的改進(jìn)措施

①對于分流的控制，可使用絕緣材料制成電極凸焊模內(nèi)絕緣套（如圖5所示），以杜絕分流現(xiàn)象的發(fā)生。加電極凸焊模內(nèi)絕緣套后，能有效起到絕緣作用，杜絕了分流的產(chǎn)生（如圖6所示）。

②為了控制飛濺現(xiàn)象，在焊接前要嚴(yán)格控制焊接平面的平行度和凸點(diǎn)的尺寸公差，清除待焊表面的污物、銹、水等，使表面的狀態(tài)達(dá)到焊接要求。同時(shí)，焊機(jī)應(yīng)在焊接前通流動(dòng)水冷卻（流出的水溫不得超過40℃），電極臂溫不得超過70℃，還要清除電極臂活動(dòng)處的污物，使焊鉗活動(dòng)靈敏，保持良好的隨動(dòng)性。

焊接電源應(yīng)配制穩(wěn)壓電源或單獨(dú)接電源，防止外界影響形成電壓波動(dòng)。

焊接電極采用圓錐弧面（工作面）電極，在電極對中性良好時(shí)，受金屬塑性變形和加熱后金屬液流的流布作用及焊接處外圍溫度的影響，可以增強(qiáng)塑性環(huán)對焊接處的膨脹抗力。造成焊接飛濺形成焊瘤的焊鉗，電極表面由于與螺栓帽頻繁接觸而形成凹坑（如圖7所示），使兩個(gè)電極表面不能嚴(yán)密接觸，從而導(dǎo)致加熱后金屬液流的流布不均勻，進(jìn)而形成飛濺和焊瘤。因此，必須經(jīng)常修整電極表面，保持電極間配合良好，并按時(shí)更換電極，使電極尺寸不低于規(guī)定尺寸。

在采取了上述改進(jìn)措施后，凸焊的飛濺和焊瘤大大減少，焊接質(zhì)量大為改善。實(shí)踐證明，上述措施較為有效地提高了焊接質(zhì)量（如圖8和圖9所示）。

5 結(jié)論

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，結(jié)合理論知識，通過一系列分析和技術(shù)改造，使螺栓凸焊的質(zhì)量缺陷得到明顯改善。此項(xiàng)改造可減少M(fèi)AG焊的補(bǔ)焊時(shí)間和螺栓焊瘤的清理時(shí)間，提高了工作效率。同時(shí)，由于取消了MAG焊補(bǔ)焊，節(jié)約補(bǔ)焊所需的焊絲，減少了物料的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]冀殿英.焊接手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]孫啟政.論點(diǎn)焊和凸焊中的飛濺[J].航空精密制造技術(shù)，1999（5）：22-25.