汽车常用焊接方法

汽车常用焊接方法焊接是用加热或加压，或加热又加压的方法，在使用或不使用填充金属的情况下，使两块金属连接在一起的一种加工工艺方法。按焊接过程中金属所处的状态不同，可把焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三大类，其中每一类又包括许多焊接方法。焊接是汽车四大制造工艺之一，下表列举了主要应用到的焊接技术。相比较表中的传统焊接技术，先进焊接技术还包括激光焊，超声波焊，异种材料焊接等。表1汽车制造常用焊接方法一.焊条电弧焊二.CO2气体保护焊三.电阻点焊四.激光焊接五.激光-电弧焊接的应用六.常见焊接缺陷一.焊条电弧焊焊条电弧焊即手工电弧焊，是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。是以焊条和焊件作为两个电极，被焊金属称为焊件或母材。焊接时因电弧的高温和吹力作用使焊件局部熔化。在被焊金属上形成一个椭圆形充满液体金属的凹坑，这个凹坑称为熔池。随着焊条的移动熔池冷却凝固后形成焊缝。焊接电源分为两种，直流弧焊电源和交流弧焊电源。根据焊条牌号，工艺要求等因素选择焊接电流。焊条分为酸性焊条和碱性焊条。含有氧化钛的焊条是酸性焊条一种，可用于所有位置的焊接，特别适用于横角/立角位置的接头焊接。碱性焊条药皮中含有大量的碳酸钙、氟化钙（萤石），多用于焊接中型和大型结构，具有较高的焊接质量、良好的机械性能和抗裂纹能力。但是清除熔渣较困难。图1手工电弧焊焊接设备示意图图2焊缝成形示意图图3手工焊缝实物图手工电弧焊具有以下优点：工艺灵活，适应性强；可以适用于各种碳钢、低合金钢、耐热钢、低温钢和不锈钢等材料的平、立、横、仰多种位置以及不同厚度，结构形状的焊接。与气焊、埋弧焊相比，手工电弧焊金相组织热影响区小，接头性能好。易于通过工艺调整来控制变形和改善应力。与此同时也具有很多缺点，对焊工的技术要求高，焊工的操作技术和经验直接影响焊接质量的好坏；劳动条件比较差，焊工在焊接过程中时要求必须高度集中精力，而且还会受到高温烘烤有毒、烟尘和金属蒸气的危害；生产率较低，焊接工艺参数选择较小。二.CO2气体保护焊CO2保护焊气体保护焊的一种，必须设置挡风装置才能施焊，通常还会配套烟尘净化装置。可分为自动焊及半自动焊两种，对于较长的直线焊缝和规则的曲线焊缝，可采用自动焊；对于不规则的或较短的焊缝，则采用半自动焊，目前生产上应用最多的是半自动焊CO2气体保护焊。按照焊丝直径可分为细丝焊和粗丝焊两种。细丝焊采用直径小于1.6mm,工艺上比较成熟，适宜于薄板焊接；粗丝焊采用的直径大于或等于1.6mm，适用于中厚板板的焊接。CO2保护焊采用明弧焊接，熔池可见度好，操作方便，适宜于全位置焊接。并且有利于焊接过程中的机械化和自动化，特别是空间位置的机械化焊接。电弧在保护气体的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池小，热影响区窄，焊件焊后的变形小，抗裂性能好，尤其适合薄板焊接。但是烟尘和飞溅较大，可通过技术手段解决。在汽车制造工业中，逐渐代替了金属焊丝惰性气体保护焊、钨极惰性气体保护焊和埋弧焊，成为一种极为普及的工艺。图4CO2气体保护焊工作原理图CO2气体保护焊作为一种高效节能的优质的汽车工艺焊接技术，在国内的汽车制造行业得到广泛的应用，有效地解决了在焊接设备和混合气体保护等技术上的问题的困扰，气体保护焊可用在车门包边等方面。图5车门二氧化碳保护焊焊缝实物图三.电阻点焊电阻点焊是利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或局部熔化状态，再施加压力形成焊接接头的焊接方法。通常分为双面点焊和单面点焊两大类。双面点焊时，电极由工件的两侧向焊接处馈电，是最常用的方式，这时工件的两侧均有电极压痕。点焊过程分为预压，焊接，锻压，停止四个过程，时间极短。机械化、自动化程度高。图6电阻点焊工作过程图7左后轮眉点焊图8速腾侧围焊点电阻点焊具有的采用内部热源、热量集中、热影响区小、产品变形小，能获得较好的表面加工质量、易操作、不使用外加焊接耗材等特点，使其成为焊接质量稳定、生产效率高、易于实现自动化大规模生产的最常用的焊接方法之一，广泛应用于汽车制造领域，尤其是在车身，车门等部位的焊接。其缺点在于焊接设备费用高，为此应该分析点焊焊接方式、工艺计划与生产线的自动化等问题，以做到均衡生产。由于车身结构形状复杂，整车尺寸大，搭接接头多，刚性差、易变形，在焊接过程中容易产生较大的应力和变形，严重影响到车身制造质量和稳定性，这就要求焊接产品的尺寸精度和性能不断提高，焊接过程的节拍和效率不断提高。因此选用合理的焊接方法和工艺参数，决定了焊接质量的好坏和焊接效率的高低。四.激光焊接激光焊是利用激光能作为热源熔化并连接工件的焊接方法，对于一些特殊材料及结构的焊接具有非常重要的作用。激光焊具有高能量密度，深穿透，高精度，适应性强等优点，广泛应用于航空航天，电子，汽车制造，核动力等高新技术领域，并日益受到重视。焊接时，激光照射到被焊接材料表面，与其发生作用，一部分被反射，一部分被吸收，进入材料内部。激光焊接加工时材料吸收的光能想热能转换是在极短时间内完成的，在这个时间内，热能仅仅局限于材料的激光辐照区，然后通过热传导，热量由高温区传向低温区。金属对激光的吸收，主要与激光波长，材料性质，温度，表面状况以及激光功率密度等因素有关。图9典型激光焊接设备结构按照激光对工件的作用方式和激光器输入能量不同，激光焊可分为连续激光焊和脉冲激光焊。连续激光焊在焊接过程中形成一条连续的焊缝。脉冲激光焊输入到工件上的能量是断续的，脉冲的，形成一个圆形焊点。按激光聚焦后光斑作用在工件上功率密度的不同，一般分为热导焊和深熔焊。激光焊接目前主要采用两种激光器：气体激光器和YAG固体激光器，两者可以弥补彼此的不足，两者对比如表2所示。表2两种不同激光器比较图10车身激光焊接图11激光焊缝外观图图12激光焊和点焊对比图激光焊接技术具有以下技术优势：(1)减轻了车身的重量。设计者可按不同厚度尺寸和材质的材料合理组合，使结构和刚度大大提高，重量减轻。(2)原材料的利用率提高，减少余料，使废料率下降。(3）应用于车身制造时，使汽车车身结构功能提高，由于材料的强度厚度得到合理组合，结构的刚度得到提高，抗碰撞性能也得到提高。同时也有局限性：(1)因为激光拼焊板的生产技术含量高，尤其是激光焊接的工艺控制对于精度的要求十分苛刻。此外，激光焊接的成本较高，限制了此项技术的广泛应用。(2)由焊缝区组织变化所造成的成形性能下降和焊缝移动等因素引起的工装制造难题是激光焊接难点之一。五.激光-电弧焊接激光-电弧复合焊接技术是为了满足特定的焊接加工要求，综合利用激光焊接和电弧焊接的优势，将两者物理性能和能量传输性能以恰当的方式融合到一起，形成的一种先进的焊接技术手段。激光-电弧复合焊接不是激光束与电弧两种热源简单的叠加，而是通过两种热源之间的相互作用和形成了一种新的复合热源。工作时，激光和电弧同时作用在金属表面上同一点。与激光或电弧单一热源焊接相比，激光束与电弧之间的相互作用使得复合热源的焊接特性产生显著变化，表现在焊接接头的焊缝成形、微观组织和力学性能等特性不同于单一热源焊接接头。激光电弧复合焊具有以下优点：（1）提高了焊接过程的稳定性。（2）相比较而言，实现了高效率，低成本的焊接。（3）可以增加焊缝熔深，改善焊接成型。（4）减少焊接缺陷，提升焊接质量。（5）降低工作要求，提升焊接适应性。图13激光电弧复合焊接原理图15激光电弧复合焊接设备实物图14异种材料激光焊接拼焊板表3电弧，激光，激光-电弧焊接结果对比图16三种焊缝对比图德国大众汽车公司辉腾(Phaeton)系列车型的所有车门都采用了冲压、铸件和挤压成形的铝件，且应用了激光-MIG电弧复合焊接工艺技术，整个车门共计48条激光-电弧复合焊缝，长度为3570mm。激光焊接焊缝11条，长度为1030mm，MIG（熔化极惰性气体保护焊）电弧焊接焊缝7条，长度仅为380mm。图17车门激光焊接A：夹具b：复合焊头c：车门内板焊点分布图18辉腾车门实物图激光-MIG电弧复合焊接技术还应用于全铝车身奥迪A8车型的制造，整个车身激光-MIG电弧复合焊接焊缝长度共计4500mm。图19奥迪A8车身激光焊接图20奥迪A8车身实物图六.常见焊接缺陷焊接接头的不完整性称为焊接缺陷，主要有外观形状缺陷，咬边，烧穿，气孔，夹渣，未焊透，未熔合，焊接裂纹等。这些缺陷减少焊缝截面积，降低承载能力，产生应力集中，引起裂纹，降低疲劳强度，易引起焊件破裂导致脆断。其中危害最大的是焊接裂纹和未熔合。常用焊缝探伤方法有射线探伤，超声波探伤，渗透探伤，磁性探伤等。图21常见焊接缺陷1.焊接裂纹焊接件中最常见的一种严重缺陷。在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。具有尖锐的缺口和较大的长宽比。焊接裂纹不仅发生于焊接过程中，有的还有一定潜伏期，有的则产生于焊后的再次加热过程中。按裂纹形成的条件，可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类。根据不同的裂纹形式，采取相应的措施，可以避免焊接裂纹的产生。图22焊接残余应力导致的层状撕裂示意图图23车门焊缝裂纹2.未熔合未熔合是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。按所在部位，未熔合可分为坡口未熔合，层间未熔合和根部未熔合。未熔合是一种面积缺陷，应力集中严重，危害性仅次于裂纹。主要原因是焊接热输入太低，电弧指向偏斜，坡口侧壁不清洁，层间清渣不彻底等。通过适当加大的焊接电流，正确地选择焊接工艺参数，注意坡口及层间部位的清洁等方法可以避免。图24未熔合分类示意图图25层间未熔合射线探伤底片图总结焊接工艺是汽车制造四大工艺之一，具有自动化与高速化的特点，能够发挥出批量生产的优越性。随着科技的进步，焊接技术会有更大的发展。一方面，材料方面的五个变化趋势．即从黑色金属向有色金属变化：从金属材料向非金属材料变化：从结构材料向功能材料变化；从多维材料向低维材料变化：从单一材料向复合材料变化。新材料的连接对焊接技术提出了更高的要求。另一方面，先进制造技术的蓬勃发展，正从信息化、集成化、系统化、柔性化等几个方面对焊接技术的发展提出了越来越高的要求。先进焊接技术将逐步实现上述要求，提升整个制造业的水平。谢谢！2016,4,21