汽車(chē)零部件焊接工藝的探討

摘 要：近年來(lái)，隨著人均物質(zhì)生活水平的顯著提升，人均汽車(chē)保有量急劇增加，大大促進(jìn)了我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，相應(yīng)帶動(dòng)了汽車(chē)主要零部件焊接工藝的創(chuàng)新和完善。焊接工業(yè)作為汽車(chē)制造技術(shù)中較為典型的工藝技術(shù)之一，在汽車(chē)零部件制造中應(yīng)用范圍較廣，對(duì)于汽車(chē)整體品質(zhì)好壞具有十分深遠(yuǎn)的影響。尤其是在科學(xué)技術(shù)水平不斷提升背景下，如何能夠應(yīng)用更加先進(jìn)的焊接工藝成為當(dāng)前首要工作內(nèi)容?；诖?，文章主要就汽車(chē)零部件焊接工藝的探討這一論題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：汽車(chē);零部件;焊接;工藝

一、 汽車(chē)零部件及焊接工藝相關(guān)概述

（1）焊接作為汽車(chē)及零部件制造中重要的一道關(guān)鍵性工序，其工藝已被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)及零部件生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。無(wú)論是汽車(chē)車(chē)身、車(chē)廂、車(chē)架以及發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管、底盤(pán)等關(guān)鍵性部件都需要采用焊接技術(shù)來(lái)起到固定、連接和保護(hù)的作用。根據(jù)汽車(chē)及零部件的使用要求、制造工藝、質(zhì)量和安全要求以及成本的考慮，需要選擇適合的焊接工藝，常見(jiàn)的如氣體保護(hù)焊焊、激光焊、電阻焊等。（2）汽車(chē)零部件焊接工藝是一個(gè)十分復(fù)雜的工藝技術(shù)，其質(zhì)量和水平的高低主要涉及以下方面的研究：①變形工程。通過(guò)優(yōu)化裝配工藝，降低縫隙閉合力，減少夾具力的偏差。②焊接工程。要提升焊接質(zhì)量，必須優(yōu)化其服役特性。其主要可通過(guò)合理控制冷卻速率，微觀組織和硬度對(duì)整體材料和結(jié)構(gòu)特性的影響。比如，過(guò)高的冷卻速率會(huì)產(chǎn)生不合格的馬氏體，過(guò)低的冷卻速率又會(huì)導(dǎo)致表面粗糙，過(guò)高的硬度可能會(huì)導(dǎo)致裂紋和服役失效的出現(xiàn)。③應(yīng)力工程。為了加強(qiáng)焊接結(jié)構(gòu)的疲勞性能和改善焊接質(zhì)量，需要針對(duì)圍繞連接處局部殘余應(yīng)力和焊接結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力進(jìn)行合理控制。④溫控工程。此點(diǎn)主要要求避免焊接熱效應(yīng)而導(dǎo)致易損敏感設(shè)備的失效。

二、 汽車(chē)零部件焊接工藝的探討

（一）汽車(chē)零部件激光焊接工藝

1. 其主要是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種精密高效焊接工藝。

按照其原理可分為激光深熔焊接和熱傳導(dǎo)焊接。前者主要采用連續(xù)激光光束完成不同材料的連接，其與電子束焊接的冶金物理工程大致相同，即能量轉(zhuǎn)換機(jī)制是通過(guò) Key-hole 結(jié)構(gòu)來(lái)完成。激光 key-hole 和圍著孔壁的熔融金屬跟隨前導(dǎo)光束行進(jìn)速度而向前移動(dòng)，其充填著小孔移動(dòng)后留下的空隙并隨之冷凝，從而形成焊縫。

2. 工藝優(yōu)缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)：（1）不需要使用電極沒(méi)有電極污染，且無(wú)須與加工件接觸，能減少激光設(shè)備的損耗;（2）加工件可以放置在相對(duì)密封的空間;（3）可焊接材料種類(lèi)多樣，同時(shí)，可焊接各種異質(zhì)材料;（4）可通過(guò)軟件控制進(jìn)行智能化、高速、標(biāo)準(zhǔn)化焊接;（5）可有效焊接薄板和細(xì)直徑線材，不會(huì)出現(xiàn)回熔問(wèn)題;（6）可以切換裝置將激光束傳送至多個(gè)工作站。

3. 汽車(chē)焊接加工的工藝品質(zhì)直接決定了整車(chē)的外觀水平，當(dāng)代的車(chē)身制造已轉(zhuǎn)變?yōu)橛绍浖绦蚩刂撇⑦\(yùn)用先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)板材進(jìn)行套裁與套用，并利用激光焊接工藝完成半成品成型。采用此工藝，其焊接所形成的焊縫轉(zhuǎn)接平整，能較大程度減少零配件和結(jié)構(gòu)件的數(shù)量，從而減輕車(chē)身重量。同時(shí)，還能提升車(chē)身的尺寸精度和抗腐蝕能力，確保整車(chē)的安全性、穩(wěn)固性。可見(jiàn)，激光焊接技術(shù)在汽車(chē)制造業(yè)中的應(yīng)用已非常成熟，加大對(duì)其工藝的技術(shù)研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)其技術(shù)的進(jìn)一步提升和拓展，促進(jìn)汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)有更好的發(fā)展。

4. 激光焊接工藝能為齒輪箱體類(lèi)零部件的加工節(jié)省大量的原材料，提供更緊湊、牢固的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，還能減少制造工序，使質(zhì)量控制更精準(zhǔn)，生產(chǎn)效率也同步得到提升。其工藝主要應(yīng)用在底盤(pán)、變速齒輪、傳動(dòng)軸、散熱器、離合器等生產(chǎn)制造和裝配中。

（二）汽車(chē)零部件電阻點(diǎn)焊工藝

1. 一般乘用車(chē)車(chē)身的焊接點(diǎn)多達(dá) 4000 個(gè)，分布在整個(gè)車(chē)身，故其焊接質(zhì)量和水平直接關(guān)系到汽車(chē)的質(zhì)量和安全，對(duì)車(chē)輛后續(xù)的維護(hù)保養(yǎng)以及使用壽命都有較大的關(guān)系。電阻點(diǎn)焊工藝其工作原理主要是利用電流通過(guò)金屬產(chǎn)生電阻，并達(dá)到通過(guò)電阻的熱熔化將所需焊接的物件間原子相結(jié)合的目的。這個(gè)過(guò)程需要不斷地學(xué)習(xí)和熟練才能達(dá)成良好的焊接效果。同時(shí)，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)焊接裝配的間隙控制在 0.7mm 左右，否則容易造成焊接處變形等缺陷，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2. 此工藝不需要使用焊條、焊絲等填充金屬，焊接加熱時(shí)間短，焊接時(shí)熱影響區(qū)域較小，應(yīng)力變形也相對(duì)較小。同時(shí)還具有焊接無(wú)噪聲、有害氣體的產(chǎn)生、焊接后無(wú)須熱處理和校正工序，其成本較低且操作難度不高，能較好地滿(mǎn)足焊接工藝自動(dòng)化的需要。

（三）汽車(chē)零部件凸焊工藝

1. 其是一種能同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)焊接的高效工藝，可用于取代電弧焊與咬接。其需要事先在焊件上加工出凸點(diǎn)或找到能使電流集中的倒角作為焊接時(shí)的接觸部位，此方式有利于焊件表面氧化膜壓破，減小點(diǎn)焊中心距，故可一次性完成多點(diǎn)焊接，極大地提升了效率，并減少焊接處的彎曲變形。在汽車(chē)車(chē)身上，一般是將有凸點(diǎn)的螺母焊接在薄板上，這樣裝配時(shí)只需擰緊螺栓即可。此工藝主要適用于焊接低合金鋼和低碳鋼的沖壓件，最佳厚度應(yīng)控制在 1-3mm，才能確保其焊接質(zhì)量。

2. 凸焊的優(yōu)缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)：（1）效率高，能同時(shí)對(duì)多個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行處理;（2）焊接速度快，且除電力外無(wú)其他消耗;（3）可用于無(wú)法使用 RSW 連接的金屬上或防泄漏的接頭上。其缺點(diǎn)主要有：焊件的對(duì)準(zhǔn)和凸起的尺寸必須控制在公差范圍內(nèi)，否則會(huì)影響焊點(diǎn)質(zhì)量;凸起的分布受限于電流的分流路徑。

（四）汽車(chē)零部件縫焊工藝

1. 其主要是指焊件在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的盤(pán)狀電極間通過(guò)，形成一條焊點(diǎn)前后搭接的連續(xù)焊縫。它采用圓盤(pán)形電極，與焊件做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其主要應(yīng)用于汽車(chē)油箱部件。

2. 其質(zhì)量影響因素主要如下。（1）焊接電流。它的大小決定了熔核的焊透率和重疊量。在焊接低碳鋼時(shí)焊透率控制在 50%左右為佳;如果焊接電流超出定值不但不會(huì)提升接頭強(qiáng)度，而且還可能會(huì)造成焊縫燒穿、壓痕過(guò)深等缺陷，此點(diǎn)是需要特別注意的。（2）電極壓力。壓力不足容易造成縮孔，而壓力過(guò)大會(huì)造成滾盤(pán)的過(guò)度損耗而出現(xiàn)變形。（3）焊接時(shí)長(zhǎng)。其主要通過(guò)焊接時(shí)長(zhǎng)來(lái)控制熔核尺寸，通過(guò)冷卻時(shí)間來(lái)控制重疊量。若采用較高的焊速時(shí)，其焊接與休止時(shí)長(zhǎng)應(yīng)控制在 4∶1。（4）焊接速度。焊接速度的選擇與焊件材質(zhì)、厚度以及焊縫強(qiáng)度和質(zhì)量等因素相關(guān)。一般在焊接不銹鋼和有色金屬時(shí)，必須采用較低的焊速，從而形成致密性較高的焊縫;甚至還需要采用焊速更低的步進(jìn)縫焊，其熔核形成的全過(guò)程均在滾盤(pán)停止的情況下進(jìn)行。

（五）汽車(chē)零部件二氧化碳焊接工藝

1. 此工藝主要用在汽車(chē)制造的手工焊接部分，比較適合全方位焊接。為了確保焊接效果必須選擇優(yōu)質(zhì)的焊機(jī)和焊條，同時(shí)設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)盡量減少飛濺程度。由于二氧化碳成本較低，而且此工藝形成的焊縫質(zhì)量也較高，故被大量的運(yùn)用在汽車(chē)及零部件領(lǐng)域中。

2. 其優(yōu)點(diǎn)主要如下：（1）此工藝具備成熟度相對(duì)較高，且成本大約只有焊條電弧焊成本的一半左右;焊接效率是焊條電弧焊的 3 倍左右。（2）此工藝便于操作，同時(shí)不易受到焊件厚度的影響，而且還可以進(jìn)行全方位焊接及向下焊接，主要用在汽車(chē)車(chē)架、車(chē)廂、后橋等部件的焊接。（3）因其焊縫氫、氮含量較少，而具有較高的抗裂性。

（六）汽車(chē)零部件復(fù)合激光焊接工藝

1. 其具有激光高速焊接時(shí)電弧焊接的工藝穩(wěn)定性。其工藝上能確保鈑金件長(zhǎng)焊縫平順。同時(shí)，還能夠較好的完成較大縫隙以及較深焊縫熔深，且焊接過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)焊縫背面下垂的情形，還可通過(guò)添加輔料對(duì)焊縫晶格組織施加影響，其焊縫具有更佳的機(jī)械性能。

2. 此工藝準(zhǔn)備工作和事后處理工作量相對(duì)較小，工藝特點(diǎn)突出，且焊接過(guò)程穩(wěn)定性良好，能較大幅度提升各種材料的焊接性能。其適用范圍廣、生產(chǎn)效率高且工時(shí)較短，但其設(shè)備相對(duì)昂貴，且焊接前需要先通過(guò)試焊，對(duì)焊炬的兩個(gè)熱源的夾角進(jìn)行合理控制，若出現(xiàn)過(guò)大夾角，則容易導(dǎo)致焊縫過(guò)寬、焊不透等缺陷，從而影響焊接質(zhì)量。

三、 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽車(chē)零部件的品質(zhì)高低直接是影響整車(chē)品質(zhì)的關(guān)鍵所在，這就需要汽車(chē)零部件生產(chǎn)和制造中，能夠結(jié)合實(shí)際情況，選擇更為合理的焊接工藝，有效提升汽車(chē)整體安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛興霞，劉永成.汽車(chē)零部件激光焊接工藝的計(jì)算機(jī)模擬及試驗(yàn)分析[J].鑄造技術(shù)，2016，37（5）：1023-1028.

作者簡(jiǎn)介：王偉，上海和達(dá)汽車(chē)配件有限公司煙臺(tái)分公司。