車(chē)身輕量化的發(fā)展趨勢促使許多輕質(zhì)高強鋼被引入到車(chē)身制造業(yè)中，新材料的應用一方面降低了汽車(chē)自重，另一方面也給連接技術(shù)及接頭質(zhì)量檢測技術(shù)帶來(lái)了一系列問(wèn)題。使用新型的伺服焊槍和中頻逆變直流控制器能夠很好的穩定焊接過(guò)程，提高焊接質(zhì)量，而無(wú)損檢測技術(shù)很好地解決了質(zhì)檢中的問(wèn)題。

隨著(zhù)全球環(huán)境和能源危機的日益加劇，節能減排逐漸成為新一代轎車(chē)設計和制造中面臨的重要問(wèn)題。大量研究表明：燃油消耗的50%是由汽車(chē)的重量引起的，當整車(chē)質(zhì)量減輕10%，汽車(chē)的燃油經(jīng)濟性可提高3.8%，CO2排放量減少4.5%。因此，減少汽車(chē)自身重量是降低燃油消耗的最有效措施。車(chē)身的輕量化技術(shù)是現代汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的一大主流。

據一項新近的項目研究表明，使用輕質(zhì)高強材料可以將車(chē)身減重25%。目前，高強鋼的使用約占車(chē)身總用鋼量的30%左右，而這個(gè)比例還將進(jìn)一步擴大。通常來(lái)說(shuō)，把高強度鋼板分為普通高強鋼（HSS）和超級高強鋼（AHSS）。根據國際上對超輕鋼汽車(chē)的研究，把屈服強度在210～550MPa范圍內的鋼板稱(chēng)為高強度鋼，屈服強度大于550MPa的鋼板稱(chēng)為超高強度鋼。其中，普通高強度鋼主要包括高強度無(wú)間隙原子鋼（IF）、鋁鎮靜鋼（AKDQ）、烘烤硬化鋼（BH）和高強度低合金鋼（HSLA）；超級高強度鋼主要包括雙相鋼（DP）、相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP）、馬氏體鋼（MS）等。高強鋼中的BH、IF高強鋼主要用作車(chē)門(mén)、引擎罩、擋泥板和懸掛件等；DP和TRIP用作內板、底板和車(chē)輪等；馬氏體鋼（MS）用作保險杠、門(mén)梁等。圖1為各種先進(jìn)高強鋼的延展性和強度特性對比，由此可見(jiàn)，雙相鋼具有較高的強度和較好的延伸率，已經(jīng)成為車(chē)身制造中應用前景最廣泛的一種新型材料。

雙相鋼廣泛應用在降低車(chē)重的同時(shí)，也給車(chē)身連接裝配提出了新的要求。電阻焊作為車(chē)身制造中最重要的連接工藝之一，雙相鋼的點(diǎn)焊質(zhì)量控制和檢測也變得越來(lái)越重要。傳統的氣動(dòng)焊槍的電極壓力由氣缸驅動(dòng)，無(wú)法得到精確控制和保證，老式的交變電流焊機焊接電流不平穩，且受網(wǎng)壓波動(dòng)影響較大，已經(jīng)逐漸無(wú)法適應新材料的焊接。近年來(lái)，新型伺服焊槍使用伺服電機驅動(dòng)電極，能夠精確控制電極壓力。中頻逆變直流（MFDC）焊機以其快速的響應速度、平穩的電流控制，得到越來(lái)越廣泛的重視，為新材料的焊接質(zhì)量控制提供了良好的解決方案。

雙相鋼焊接工藝改進(jìn)

雙相鋼由于制備時(shí)采用特殊的相變強化處理工藝，從相圖上看，其馬氏體相變臨界曲線(xiàn)偏左，在進(jìn)行電阻點(diǎn)焊時(shí)，熔化后的高溫奧氏體在保壓過(guò)程中，冷卻過(guò)程曲線(xiàn)會(huì )穿越其馬氏體相變臨界區域，致使焊后熔核中形成不同含量和分布的馬氏體，導致熔核區比較脆，焊點(diǎn)十字拉伸強度及低周疲勞性能都不佳。采用常規的氣動(dòng)焊槍和交流焊機進(jìn)行焊接時(shí)，由于無(wú)法控制電極壓力及電流波動(dòng)，為了保證焊接質(zhì)量，通常采用比較大的焊接電流，會(huì )造成焊接時(shí)產(chǎn)生很大的飛濺。新型伺服焊槍和中頻逆變直流焊接電流控制器的引入，使焊接過(guò)程中的電極壓力和電流控制成為可能。

上海通用現場(chǎng)的伺服焊槍有C型、X型和P型，以C型槍為例，其結構如圖2所示。與傳統氣動(dòng)焊槍相比，伺服焊槍使用伺服馬達來(lái)帶動(dòng)滾珠絲杠（Ball screw）或桿型絲杠（Roller screw）旋轉，以驅動(dòng)電極桿直線(xiàn)上下運動(dòng)，實(shí)現加壓和焊接的全過(guò)程。由于伺服馬達的數字化控制，與傳統氣動(dòng)焊槍相比，伺服焊槍有如下特性：

1. 電極運動(dòng)位置和速度精確可控，一方面可實(shí)現與工件的軟接觸，減少沖擊噪音，并延長(cháng)電極壽命；另一方面，使電極打開(kāi)幅度可控，機器人運行軌跡可實(shí)現最優(yōu)化，減少不必要的行程。

2. 整個(gè)焊接過(guò)程中的電極壓力可控，其壓力調節速度可達200kgf/cycle（10kgf/ms），能夠很好地避免和抑制飛濺，有效保證和提高焊接質(zhì)量；在進(jìn)行管板焊接時(shí)，電極壓力可調的特性能夠減少管的焊接變形，防止裂紋產(chǎn)生。

3. 采用伺服焊槍電能的消耗成本低于壓縮空氣的消耗成本，可以達到節能的效果。

4. 通過(guò)伺服電機編碼器反饋的動(dòng)態(tài)電極位移信息可間接反映焊點(diǎn)質(zhì)量，為焊點(diǎn)質(zhì)量在線(xiàn)監測提供了可能。

中頻逆變直流焊機（MFDC）是將工頻（50Hz）交流變換為中頻（1 000Hz）直流輸出，時(shí)間分辨率比工頻提高，控制精度也提高，并且輸出電流不受次級輸出回路變化影響，熱效率也較高，輸出功率也很大，焊接質(zhì)量也更好。與傳統交流焊機相比，有如下特性：

1. 焊接質(zhì)量：工頻交流焊機的調節周期較長(cháng)，對50Hz的電網(wǎng)，焊接時(shí)間調節分辨率為20ms。逆變直流點(diǎn)焊機時(shí)間調節分辨率可達1ms（1 000Hz逆變頻率），控制精度高。逆變焊機反饋控制的響應速度明顯加快，輸出穩定性好。工頻交流焊機由于電流過(guò)零的影響，熱效率低，用晶閘管調節電流，當電流百分比偏小時(shí)，過(guò)零時(shí)間長(cháng)，影響更大；逆變直流點(diǎn)焊機輸出電流為脈動(dòng)直流，在回路電感的作用下為連續直流輸出，熱效率高，焊接熱輸入穩定。

2. 焊接速度：工頻交流焊機因電流過(guò)零的影響，加熱時(shí)間相對較長(cháng)。逆變電阻點(diǎn)焊機為直流輸出，加熱集中，焊接時(shí)間縮短。

3. 節能效果：工頻交流點(diǎn)焊機工作在50Hz，變壓器損耗大，焊機功率因素低，回路損耗大。逆變焊機變壓器工作在較高的頻率，損耗很小，直流輸出改善功率因素，節能效果明顯。

4. 設備體積與重量：工頻交流焊機的變壓器鐵心較大，同樣功率條件下設備較笨重。逆變直流電阻點(diǎn)焊機變壓器大大減小，設備較輕巧。

使用伺服焊槍?zhuān)蓄l逆變直流焊接控制器與傳統氣動(dòng)焊槍?zhuān)涣骱附涌刂破?，在焊?.8mm＋0.8mm雙相鋼DP600時(shí)，選用同樣焊接參數（304kfg，240ms，9～12kA）的情況下，焊接質(zhì)量對比如圖3a所示，新設備的焊點(diǎn)熔核尺寸比傳統設備要大0.2mm左右，而焊點(diǎn)拉剪力要大300kN左右，有效提高了焊點(diǎn)質(zhì)量。在可焊性方面，如圖3b所示，新設備的可焊性比傳統設備要高0.4kA，有效改善了雙相鋼的可焊性。

焊點(diǎn)質(zhì)量檢測工藝改進(jìn)

高強鋼的焊點(diǎn)由于含有比較多的馬氏體，在性能上會(huì )表現出一定的脆性。使用傳統的鑿檢法進(jìn)行焊點(diǎn)質(zhì)量檢測時(shí)，會(huì )出現從焊點(diǎn)界面撕裂的情形（如圖4），這就需要對焊點(diǎn)進(jìn)行修補，在一定程度上，增加了焊接成本。因此，對于高強鋼點(diǎn)焊質(zhì)量檢測而言，適合采用無(wú)損檢測法。

高強鋼焊點(diǎn)無(wú)損檢測方法除了在線(xiàn)實(shí)時(shí)采集焊接過(guò)程信號來(lái)進(jìn)行判斷之外，還有焊后的離線(xiàn)無(wú)損檢測方法。其中，最常用的是超聲波無(wú)損探傷方法（如圖5），它是利用超聲波在焊點(diǎn)界面反射或穿透點(diǎn)焊熔核時(shí)的聲波衰減程度和回波間隔來(lái)判斷焊點(diǎn)質(zhì)量的好壞。操作者手持探頭，配合耦合劑，探頭緊貼焊點(diǎn)表面，并與工件表面垂直，根據監視器顯示的超聲波曲線(xiàn)波形寬度和幅度等變化，來(lái)判斷焊點(diǎn)質(zhì)量好壞。

1. 合格焊點(diǎn)：回波序列的波幅相應快速遞減。這是因為焊核金屬的晶粒較母材粗大，聲波穿過(guò)時(shí)，能量衰減也大?；夭ǖ拈g隔反映焊點(diǎn)的厚度。

2. 焊核熔深不夠：此時(shí)顯示長(cháng)的回波序列。原因是聲波穿過(guò)較少的焊核區域，聲能衰減相應減少。

3. 焊核直徑太?。捍藭r(shí)在正常的回波信號中間會(huì )出現中間波，它是由母材界面引起的反射波，通過(guò)它能鑒別焊核直徑是否小于聲束直徑，這就是為什么在選擇探頭直徑時(shí)必須考慮焊核直徑的緣故。

4. 虛焊：在正常的回波信號序列后半段，顯示中間缺陷波，同時(shí)回波序列較長(cháng)。

5. 漏焊：聲波未能進(jìn)入第二層板，回波序列顯示非常多的底波信號。

6. 過(guò)燒：回波序列顯示只有少量回波。此時(shí)焊核區域過(guò)大，聲能衰減非常嚴重。

上海通用公司的超聲波點(diǎn)焊檢測設備使用4.5mm直徑高頻（20MHz）探頭，對高強鋼底板的鑿檢盲區進(jìn)行超聲波檢測，配合少量的傳統破壞性檢測，構成嚴密的三級檢查體系。根據產(chǎn)量和抽檢批次，抽取車(chē)輛進(jìn)行超聲波探傷，發(fā)現缺陷后，對缺陷焊點(diǎn)進(jìn)行破壞性檢測來(lái)驗證檢查結果。其探測的焊點(diǎn)占總數的50%以上，準確率達95%以上，在實(shí)際使用中取得了良好的效果。

綜上所述，車(chē)身輕量化趨勢中應用的高強鋼組織跟普通低碳鋼不盡相同，傳統的焊接設備及檢測方法也逐漸無(wú)法滿(mǎn)足高強鋼的焊接要求。以雙相鋼為例，使用新型的伺服焊槍和中頻逆變直流控制器能夠很好的穩定焊接過(guò)程，提高焊接質(zhì)量。在焊點(diǎn)質(zhì)量檢測方法方面，實(shí)時(shí)的電極壓力監測方法和抽樣的超聲波探傷法都能夠很好地解決雙相鋼質(zhì)檢中的問(wèn)題，為雙相鋼的進(jìn)一步推廣應用奠定了基礎。