淺談白車身電阻點(diǎn)焊焊接飛濺影響因素及控制預(yù)防對(duì)策

曾清林、何深成

（東風(fēng)柳州汽車有限公司 545006）

0 引言

目前白車身電阻點(diǎn)焊仍然是白車身零部件連接的主要方式。1臺(tái)白車身平均有4 000～6 000個(gè)焊點(diǎn)。焊點(diǎn)的質(zhì)量和強(qiáng)度直接影響到車體的強(qiáng)度。焊接飛濺的產(chǎn)生會(huì)直接導(dǎo)致焊接質(zhì)量問題，嚴(yán)重時(shí)危及焊接強(qiáng)度。國外的汽車制造廠商對(duì)焊接飛濺問題經(jīng)過了多年的研究，得到了豐富的理論數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。如東風(fēng)日產(chǎn)及一汽馬自達(dá)汽車公司的無飛濺車間[1]；日本某汽車品牌工廠內(nèi)的無焊接飛濺率達(dá)到80%以上，但國產(chǎn)化以后，生產(chǎn)同品牌汽車的無焊接飛濺率就下降至50%以下，說明我國國內(nèi)對(duì)焊接飛濺的研究及應(yīng)用推廣，仍與國外先進(jìn)水平存在一定的差距。

焊接飛濺的危害不僅僅是導(dǎo)致白車身焊接質(zhì)量和強(qiáng)度的下降，而且飛濺焊渣附著在車體外觀面上，也會(huì)影響到整車的外觀品質(zhì)、污染焊接設(shè)備、存在火災(zāi)隱患以及污染工廠內(nèi)的環(huán)境衛(wèi)生，影響現(xiàn)場(chǎng)操作者的健康。因此，減少焊接飛濺一直是國內(nèi)各汽車廠家的主要努力目標(biāo)。本文將系統(tǒng)性地展開有關(guān)焊接飛濺的機(jī)理、影響因素和控制措施。

1 焊接飛濺的形成機(jī)理

電阻點(diǎn)焊是指在工件處施加一定的壓力，并利用電流通過工件及接觸處產(chǎn)生的電阻熱，將2個(gè)工件之間接觸表面融化，從而實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法[2]。通常使用較大的電流，并在焊接過程中始終施加壓力，使熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶，從而形成組織致密、無縮孔和裂紋的焊點(diǎn)。因此，電阻點(diǎn)焊通常分為3個(gè)過程：預(yù)壓，焊接之前保證工件接觸良好；通電，通過電阻熱使焊接處形成熔核和塑性環(huán)；保持，通電結(jié)束后，熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶。

當(dāng)在通電加熱過程中，工件接觸表面會(huì)產(chǎn)生塑性環(huán)和熔核區(qū)，塑性環(huán)在外層，熔核區(qū)在內(nèi)層。一般情況下，塑性環(huán)會(huì)包裹住熔核區(qū)，使熔融金屬液不會(huì)飛濺。當(dāng)熱量不斷增加時(shí)，塑性環(huán)和熔核區(qū)會(huì)不斷生長(zhǎng)，一旦塑性環(huán)的生長(zhǎng)超出了電極頭的范圍，熔核區(qū)不再受到塑性環(huán)的保護(hù)而與電極頭端面接觸，在電極頭的壓力下，熔融金屬液就會(huì)從工件表面飛濺而出。另一種情況是電流過大、加熱過快時(shí)，熔核區(qū)的生長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了塑性環(huán)的生長(zhǎng)速度，熔融金屬突破塑性環(huán)的包圍飛濺出去。

以上是產(chǎn)生焊接飛濺的2種機(jī)理，在實(shí)際生產(chǎn)過程中會(huì)受到各類因素的影響。例如焊接設(shè)備上下電極頭的形狀和對(duì)中度，焊接調(diào)試時(shí)電極頭與工件的垂直度，工件之間的搭接情況、焊接參數(shù)的合理性以及車體精度等。在面對(duì)具體的焊接飛濺問題時(shí)，要進(jìn)行具體分析，從產(chǎn)生飛濺的機(jī)理出發(fā)，進(jìn)行全面的要因分析，才能夠根本解決焊接飛濺問題。

2 焊接飛濺的影響因素

2.1 焊接設(shè)備和工裝的影響

焊接設(shè)備和工裝能力的穩(wěn)定性主要包含3個(gè)方面：第一，焊接設(shè)備輸出參數(shù)的穩(wěn)定性，焊接設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備保證輸出參數(shù)穩(wěn)定的能力，使之達(dá)成工藝設(shè)定要求；第二，焊接工裝夾具的穩(wěn)定性，在夾緊狀態(tài)下工件之間的間隙保持穩(wěn)定貼合；第三，電極頭修磨的穩(wěn)定性，每次修磨完成后應(yīng)當(dāng)保證上下電極頭對(duì)中且電極端面直徑在設(shè)定要求范圍內(nèi)，上下電極端面貼合接觸良好。以上3個(gè)方面應(yīng)當(dāng)開展定期的檢查和保全工作，如果出現(xiàn)偏差應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行工裝和設(shè)備的恢復(fù)工作。

2.2 焊接示教和程序的影響

這里主要是機(jī)器人焊接示教過程中會(huì)產(chǎn)生焊接飛濺的不良因素。例如焊點(diǎn)位置偏差，焊點(diǎn)位置過于靠近鈑金圓角或者止口部位，極易產(chǎn)生焊接飛濺；焊接電極頭與板件不垂直，會(huì)造成焊點(diǎn)扭曲導(dǎo)致焊接飛濺；在使用伺服焊鉗示教時(shí)，靜電極臂側(cè)電極頭端面不與鈑金貼合（氣動(dòng)焊鉗具備平衡氣缸自動(dòng)補(bǔ)償功能，靜電極側(cè)不需要與鈑金貼合），易造成焊接飛濺；焊接順序的設(shè)計(jì)不良會(huì)影響工件搭接的間隙，從而造成焊接飛濺；在焊接示教過程中，還要注意焊鉗的任何導(dǎo)電部位不應(yīng)與工件或者夾具干涉，避免造成焊接分流及飛濺。

2.3 鈑件搭接的影響

鈑件搭接對(duì)焊接飛濺的影響因素有2個(gè)。

（1）鈑金搭接不貼合。理論上，所有零件搭接部位在設(shè)計(jì)時(shí)都是貼合的。但是考慮到工藝能力的可實(shí)現(xiàn)性和一些偏置公差的存在，實(shí)際生產(chǎn)的零件相互搭接時(shí)總會(huì)存在一定間隙，間隙的存在對(duì)焊接飛濺的影響是非常大的。對(duì)于普通的板材，一般通過焊接工裝的夾緊可以消除部分的間隙，或者延長(zhǎng)焊鉗的預(yù)壓時(shí)間并增加焊接壓力來抵消間隙的問題（但是對(duì)于高強(qiáng)度板材來說，夾具的氣缸夾緊力和焊鉗的壓力對(duì)消除板件間隙的作用就不那么明顯了，所以高強(qiáng)度板材的搭接配合間隙尤為重要）。鈑金之間不能緊密貼合，其接觸面積變小，電阻變大。在這種情況下，產(chǎn)生的熱量能夠瞬間融化鈑金之間的金屬，但又因?yàn)樗苄原h(huán)還未完全形成，融化的金屬就會(huì)通過鈑金之間的縫隙飛濺出來。因此，必須對(duì)鈑金搭接的間隙進(jìn)行合理的控制。

（2）鈑金搭接錯(cuò)邊。鈑金搭接錯(cuò)邊主要影響塑性環(huán)的生長(zhǎng)，導(dǎo)致塑性環(huán)生長(zhǎng)不完整，存在缺陷，進(jìn)而引起焊接飛濺。這種問題和焊點(diǎn)距離鈑金止口過近所導(dǎo)致焊接飛濺的機(jī)理是一致的，需要控制鈑金的零件精度和工裝夾具的精度。

2.4 焊接參數(shù)的影響

根據(jù)電阻焊熱量公式（公式1），電流和時(shí)間越大，產(chǎn)生的熱量越大，過多的熱量造成熔核區(qū)增大，熔融金屬更容易突破塑性環(huán)的包圍形成焊接飛濺[3]。同時(shí)，熱量過大并不能顯著增加焊點(diǎn)的強(qiáng)度，當(dāng)超過一定的限度后，焊點(diǎn)強(qiáng)度反而會(huì)下降。如果熱量過小，熔核區(qū)直徑過小，未能形成有效的熔核，造成虛焊。因此，需要合理選擇焊接參數(shù)，一般情況下需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定焊接參數(shù)，然后再經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)對(duì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。但是考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電網(wǎng)波動(dòng)，選取了合適的設(shè)定參數(shù)后，還應(yīng)當(dāng)將電流設(shè)定值下調(diào)5%～10%再進(jìn)行焊接驗(yàn)證，以避免出現(xiàn)虛焊的問題。

2.5 精度的影響

精度對(duì)焊接飛濺的影響有3個(gè)方面的因素。

（1）夾具精度。鈑金零部件及車身的定位依靠夾具保證，零部件的穩(wěn)定性需要依靠夾具精度保證，應(yīng)當(dāng)對(duì)夾具開展定期的精度測(cè)量以保證夾具精度。各主機(jī)廠家對(duì)夾具精度的測(cè)量頻次略有不同，一般設(shè)置為每3個(gè)月或者6個(gè)月測(cè)量一次。

（2）焊鉗精度。焊鉗電極臂轉(zhuǎn)軸或者氣缸的磨損，會(huì)影響焊鉗上下電極的位置和對(duì)中狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)對(duì)焊鉗開展定期檢查和保全，以保證焊鉗精度，開展頻次根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。

（3）示教程序重復(fù)性精度。在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)示教程序明明未調(diào)整，但是焊點(diǎn)位置發(fā)生了偏移。應(yīng)當(dāng)采用合理的方式校驗(yàn)示教程序重復(fù)性精度，例如制作固定位置的焊鉗電極頭對(duì)中臺(tái)，定期進(jìn)行對(duì)中確認(rèn)，如發(fā)生偏差及時(shí)恢復(fù)。

3 焊接飛濺的控制要素

電極頭修磨直徑的穩(wěn)定性控制。以機(jī)器人焊接電極頭為例，某工廠對(duì)焊接鍍鋅板每天20點(diǎn)進(jìn)行1次電極頭修磨，每2 h更換1次電極頭。舊電極頭更換前需要再修磨1次，并將所有的機(jī)器人電極頭進(jìn)行統(tǒng)一回收和測(cè)量端面直徑，每天回收測(cè)量1次。機(jī)器人電極頭端面直徑要求為5～6 mm，使用游標(biāo)卡尺或者卡板進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電極頭修磨不良、上下電極不對(duì)中或者端面直徑超差后，需立即對(duì)修磨器進(jìn)行返修或者更換修磨器刀片。

焊鉗電極頭與板件垂直度及電極對(duì)中度檢查和控制。通常在示教程序調(diào)試階段，就要求對(duì)每個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行100%的焊鉗與鈑金件垂直度的檢查。一般情況下，要求垂直度角度為90°±5°，上下電極頭對(duì)中度偏差＜1 mm。在必要時(shí)應(yīng)當(dāng)設(shè)置焊接導(dǎo)向，以減小焊接飛濺。對(duì)于伺服焊鉗，還應(yīng)當(dāng)增加靜電極頭與鈑金貼合度檢查，保證靜電極臂側(cè)的電極頭與鈑金貼合，氣動(dòng)焊鉗則不需檢查。

鈑金表面油污和雜質(zhì)的檢查與控制。鈑金表面的油污和雜質(zhì)都會(huì)造成接觸電阻的增大，從而增加焊接飛濺產(chǎn)生的幾率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使焊點(diǎn)打爆。因此，在使用來料零件時(shí)，需要保證零件焊接搭接面的清潔度，降低油污和雜質(zhì)對(duì)焊接飛濺的影響。

焊點(diǎn)位置的檢查和控制。為減少邊緣焊點(diǎn)導(dǎo)致的焊接飛濺，定期開展全車焊點(diǎn)外觀質(zhì)量檢查，對(duì)邊緣焊點(diǎn)進(jìn)行預(yù)防和控制，及時(shí)糾正邊緣焊點(diǎn)的位置。

零件精度和車身精度的檢查和控制。定期開展零件精度和車身精度的測(cè)量，特別是影響焊接打點(diǎn)的關(guān)鍵位置。

4 結(jié)束語

白車身生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生焊接飛濺的因素有很多。本文從機(jī)、料、法、環(huán)4個(gè)方面闡述了焊接飛濺產(chǎn)生的機(jī)理，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)提出了解決和控制焊點(diǎn)飛濺的思路和方法，對(duì)汽車生產(chǎn)廠商的白車身焊點(diǎn)質(zhì)量控制和提升具有一定的參考借鑒意義。