汽车电阻点焊焊接质量的过程控制

qiyekejiyufazhan2015年第2期（总第390期）企业科技与发展随着科技的不断发展，焊接技术和焊接设备也在不断地推陈出新，各种焊接工艺在汽车车身装配上的应用也越来越多，尽管如此，电阻点焊因其低成本、高效率的特点，仍旧是车身装配的主要连接工艺，电阻点焊完成90%以上的车身装配的工作量。通常一辆轿车车身上有3000～5000个焊点（如图1所示），焊接质量的好坏直接影响整车的性能。因此本文主要探讨汽车车身装配焊接时，如何做好电阻点焊焊接质量的过程控制。1电阻点焊的原理电阻点焊是通过点焊电极对被焊工件施加并保持一定的压力，使工件稳定接触，然后使焊接电源输出电流通过被焊工件和它们的接触表面，产生热量，升高温度，熔化接触点局部形成焊点（如图2所示）。点焊过程的三个阶段如图3所示。2影响焊接质量因素2.1焊接电流从公式（1）可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此在点焊过程中它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因回路的几何形状变化或因在次级回路中引入了不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。除焊接电流总量外，电流密度也对加热有显著影响。通过已焊成焊点的分流，以及增大电极接触面积或凸焊时的凸点尺寸，都会降低电流密度和焊热接热，从而使接头强度显著下降。2.2焊接电阻接触电阻存在的时间较短暂，一般存在于焊接初期，由两【作者简介】梁锋（1975—），本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司工艺工程师，研究方向：整车制造工艺；陈伊娜（1983—），本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司冲压工艺及设备资深工程师，研究方向：模具开发的项目管理。汽车电阻点焊焊接质量的过程控制梁锋，陈伊娜（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）【摘要】文章对电阻点焊焊接原理、影响焊接质量的因素和焊接过程中保证焊点质量的几条关键要素做了详细的说明并列举了的实际应用的一些实例，希望能对汽车白车身零部件供应商的焊接过程的提升有所帮助。【关键词】焊接质量；过程参数【中图分类号】U463.82【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2015）02-0044-06图1轿车车身焊点图3点焊过程的三个阶段注：Q———产生的热量；I———焊接电流；R———电极间电阻；t———焊接时间。图2电阻焊接示意图Q＝I2×R×t（1）应用技术||44qiyekejiyufazhan2015年第2期（总第390期）企业科技与发展方面原因形成。（1）工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物质层，会使电流遭到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物质层甚至会使电流不能导通。（2）在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。在接触点处形成电流线的收拢。由于电流通路的缩小而增加了接触处的电阻。2.3焊接压力电极压力对两电极间总电阻R有显著影响，随着电极压力的增大，R显著减小。此时焊接电流虽略有增大，但不能影响因R减小而引起的产热的减少。因此，焊点强度总是随着电极压力的增大而降低。在增大电极压力的同时，增大焊接电流或延长焊接时间，以弥补电阻减小的影响，可以保持焊点强度不变。采用这种焊接条件有利于提高焊点强度的稳定性。电极压力过小，将引起飞溅，也会使焊点强度降低。2.4焊接时间为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间（强条件，又称硬规范），也可采用小电流和长时间（弱条件，也称软规范）。选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都有一个上下限，使用时以此为准。超出或低于此限，将无法形成合格的焊点。2.5焊接电机头由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，因此，电极的形状和材料对熔核的形成有显著影响。随着电极端头的变形和磨损，接触面积增大，焊点强度将降低。2.6焊接材料的表面状况焊接材料表面的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不能通过。局部的导通，由于电流密度过大，则会产生飞溅和表面烧损。氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的不均匀性，引起焊接质量波动。因此，彻底清理焊接材料表面是保证获得优质焊接质量的必要条件。3焊接过程中保证焊点质量的几条关键要素3.1焊点的尺寸标准选择3.1.1选择主板厚两层或三层散件的搭接主导板厚的确定如下：譹訛两层板搭接：选薄的板厚（如图4所示）；譺訛三层不同板厚的搭接：选第二薄的板厚（如图4所示）；譻訛两件或两件以上板厚相同的两层或三层板的搭接：选其中相同厚度的板厚。3.1.2焊点直径确定所列的最小焊点尺寸是基于所确定的主导板厚方根的4倍这一公式得到的，主导板厚的单位为毫米。当焊点尺寸小于表1所规定的最小尺寸，则焊点为不合格焊点。3.2焊接焊点的工艺布置焊点必须落在设计位置并满足下列要求。（1）对有明显产品特征供目视参考的单排焊点样式，端部焊点位于设计位置10mm半径范围外为不合格焊点（明显的产图4主板厚的选择表1焊点直径确定薄板尺寸t（mm）焊点直径最小值dmin（mm）0.40～0.593.00.60～0.793.50.80～1.394.01.40～1.994.52.00～2.495.02.50～2.995.53.0～3.496.03.50～3.996.54.00～4.507.0应用技术||45qiyekejiyufazhan2015年第2期（总第390期）企业科技与发展表2焊接参数的设定Ⅰkk888888899999———品特征必须是可见的切边或其他可辨认的产品特征，且垂直或近似垂直于焊点连线，距端部焊点30mm以内），如图5所示。（2）对其他焊点位于设计位置20mm半径范围外为不合格焊点，见表3。（3）在某一焊点样式中（包括单排焊点），假如相邻焊点的间距超出设计间距20mm，偏离设计位置最远的焊点为不合格焊点。3.3焊接参数的选择3.3.1焊接参数的设定焊接可参照表2、表3SGM的标准，但也需要根据实际工艺进行适量调整。稳定后进行记录和备案。3.3.2焊接工艺参数的调整（1）没有焊接工程师指导或授权，任何人不能进行焊接程序结构的调整。（2）维修人员在焊接工程师不在场，而现场出现焊接质量问题时，可根据实际情况对焊接参数进行调整。（3）对维修人员调整后的参数，焊接工程师必须负责审核和跟踪。3.3.3调整记录的管理（1）焊接参数调整结束后，生产现场负责跟踪并作好记录（焊接质量跟踪单）。（2）焊接工程师负责解决跟踪出现的问题。在跟踪周期结束后，质量无问题，由焊接工程师及工段长共同确认后关闭。跟踪文件由焊接工程师归档，保存期限为12个月，并更新原来的焊接程序记录。3.4焊接电机头的确认3.4.1标准型电极（如图6所示）（1）尺寸小的电极（d＜16）用于边缘狭窄焊枪难以达到的情况，其电极端面较小，所需的电流也较小，不适用于焊接厚板材或高载荷的应用。（2）尺寸大的电极（d＞16）用于厚度大于1.8mm的板材，比尺寸小的电极的电流大，有更好的热量特性。3.4.2电机头的修磨更换标准（1）使用一段时间后，电极端面直径增大，磨损的电极使图5焊点位置设计要求图6标准型电极表3焊接参数的设定Ⅱ第一层板厚（mm）0.70.70.70.80.81.21.21.41.4第二层板厚（mm）0.811.20.811.21.51.51.2第三层板厚（mm）—————1.61.4—1.5焊接电流（kA）8.7～13.58.7～13.58.7～13.58.7～13.58.7～13.59.5～14.710.03～15.910.3～15.99.5～14.7焊接时间（周波）6～126～126～126～126～126～126～126～126～12焊接压力（公斤力）220～450220～450220～450220～450220～450220～450220～450220～450220～450备注—————————应用技术||46qiyekejiyufazhan2015年第2期（总第390期）企业科技与发展流经电极端面的电流密度减小；电极帽局部磨损会导致焊点不平扭曲，此时需修磨电极头，如图7（a）所示。（2）电极间轴向间距增加，相比于理想电极电极压力降低，电极帽端面到冷却水还距离太小导致散热过快，热量不足，如图7（b）所示。3.5设备的过程监控设备过程监控包括工艺参数的测量以及设备功能性运转的目视评估。3.5.1工艺参数的监控（1）每班开班前由专人执行对焊接工艺参数的测量和记录，实测值在规定的工艺参数范围内，方可实施试片焊接检查等工作。（2）计划内或计划外的停机，在重新开机使用前也必须对焊接参数进行测量和记录。（3）技术人员应根据测量获得的数据进行定时的分析，对与可预见的设备或电网问题及时地发现，并组织相关部门采取有效的措施。3.5.2设备功能性运转的目视评估为保证焊接设备的和工装的正常运转，每班看板前应该进行以下的目视检查。3.5.2.1工装夹具（1）定位销不松动，清洁，夹紧器在关夹状态下不松动，不变形。（2）气路，气阀，气缸不漏气，开关不损坏，气管接头不松动，气管不损坏。3.5.2.2悬挂焊机（1）水阀/气阀全部打开，检查循环水是否正常(正常时球浮起)。（2）焊机以下的气/水管无破损，气管不漏气，水管不漏水。水/气管破损重应及时更换。（3）电缆与焊钳连接处不松动，绝缘垫片不损坏，电缆不破损。开关有效，开关线不破损。电缆、开关线破损严重及时更换。（4）钳臂紧固，不磨损（磨损厚度不超过原来尺寸的1/3），清洁。钳臂电极帽对中，符合工艺要求，焊接动作正常。焊钳的挂钩绝缘垫片不松脱，不磨损，挂钩转角无裂纹。气管，气缸不漏气，不破损。如有破损的及时更换。（5）平衡器的钢丝绳无断股，平衡器的二次保护绳不松脱，不断股。（6）焊钳挂钩的紧固螺母不松动，焊钳挂钩磨损厚度不超过原来的1/3。平衡器的钢丝绳、二次保护绳、焊钳挂钩如破损严重及时更换。4焊接材料的尺寸和表面状况的确认焊接前要确保焊接使用的材料和尺寸的正确，板件表面无氧化物、污垢、油和其他杂质，为保证焊接质量做充足的准备。（1）在焊前必须进行工件表面清理，以保证接头质量稳定。（2）清理方法分机械清理和化学清理两种。常用的机械清理方法有喷砂、喷丸、抛光以及用纱布或钢丝刷等。（3）低碳钢和低合金钢在大气中的抗腐蚀能力较低。因此，这些金属在运输、存放和加工过程中常常用抗蚀油保护。如果涂油表面未被车间的赃物或其他不良导电材料所污染，在电极的压力下，油膜很容易被挤开，不会影响接头质量。故在焊接前应检查焊件表面是否有赃物或被其他不良导电材料所污染。5焊接质量的检查———试片检查、目视检查、非破坏检查、破坏检查5.1试片检查操作步骤和判定标准：①在规定规格的两块试片搭接处焊三焊点（先焊两边焊点1、2两点，最后焊中间焊点3），如图8所示；②用辅助手柄拉试片进行观察焊点是否合格，焊缝剥开开后，熔核应留在一块板上，另一板上留下一个小孔，熔核直径应为电极头直径的80%左右，说明焊接质量良好，否则不合格，同时填写检查记录表，如图9所示。图8在规定规格的两块试片搭接处焊三焊点（a）（b）图7需修磨的电极头应用技术||47qiyekejiyufazhan2015年第2期（总第390期）企业科技与发展频次：每班开班的首、中、末实施焊接试片的破坏性检查并记录检查结果，如存在问题，停止作业，及时反馈，由相关负责人给出具体的解决措施。5.2目视检查标准：以焊点工艺目视样件或图片为标准。内容：①清点焊点个数；②检查焊点位置；③检查是否存在不可接收的焊点。频次：所有焊接零件的所有焊点必须实施100%目视检查。5.3非破坏检查选点原则：确定检查工位的数量及位置，从而确认该检查工位涉及的焊枪和对应的焊接程序。对于每把焊枪，如果相同板材匹配的同排列焊点，可选取两端和中间的焊点；对于相同焊枪，且相同焊接程序的焊点，可选取接合面焊接要求最高的焊点；此外，可以加入平