在汽車(chē)制造業(yè)，安全一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而車(chē)身作為承載汽車(chē)零部件的載體，如何保證其強度就顯得尤為重要。在當前白車(chē)身生產(chǎn)過(guò)程中，點(diǎn)焊作為主要工藝，依舊占據著(zhù)重要位置。行業(yè)內一般通過(guò)NQST(白車(chē)身焊點(diǎn)強度質(zhì)量水平)的數值來(lái)反應白車(chē)身焊點(diǎn)強度的質(zhì)量水平。本文結合我公司的實(shí)際應用，從點(diǎn)焊的焊接原理、焊點(diǎn)強度的評價(jià)方式、點(diǎn)焊標準及失效模式、焊接強度的檢驗方式等方面做了詳細的分析介紹。點(diǎn)焊的定義及焊接原理

1.點(diǎn)焊的定義

點(diǎn)焊是指通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，用或不用填充材料，使兩分離的金屬表面達到原子間的結合，形成永久性連接的一種工藝方法。如圖1所示，一個(gè)完整的點(diǎn)焊形成過(guò)程包括預壓程序、焊接程序、維持程序和休止程序。在預壓階段沒(méi)有電流通過(guò)，只對母材金屬施加壓力;在焊接程序和維持程序中，壓力處于一定的數值下，通過(guò)電流產(chǎn)生熱量熔化母材金屬，從而形成熔核;在休止程序中，停止通電，壓力也在逐漸減小。點(diǎn)焊的主要焊接參數包括：焊接電流、焊接壓力、電極端面直徑和焊接時(shí)間。

圖1 一個(gè)完整的點(diǎn)焊形成過(guò)程

點(diǎn)焊的熱源是電流通過(guò)焊接區產(chǎn)生的電阻熱。根據焦耳定律，總熱量： ，R=2 +2 。公式中 產(chǎn)生的熱量; 接觸電阻Rc+2Rew所產(chǎn)生的熱量約占總熱量的10%左右;而焊件內部電阻2Rw所產(chǎn)生的熱量約占總熱量的90%左右。最高溫度總是處于焊接區中心，即熔核形成于焊接中心,如圖2所示。

圖２　點(diǎn)焊熔核形成示意

車(chē)身點(diǎn)焊焊接的標準及失效模式

白車(chē)身的焊點(diǎn)按照不同的部位和特性可以劃分為關(guān)鍵焊點(diǎn)和一般焊點(diǎn)：關(guān)鍵焊點(diǎn)是車(chē)身關(guān)鍵部位焊接的焊點(diǎn)，主要影響車(chē)身的剛度模態(tài)、碰撞以及法規等部位焊接的焊點(diǎn);一般焊點(diǎn)是指板件之間的搭接及鈑金之間連接時(shí)焊接的焊點(diǎn)。

1.車(chē)身點(diǎn)焊焊接強度的評價(jià)方式

白車(chē)身焊點(diǎn)質(zhì)量的好壞，主要是通過(guò)剖檢室對白車(chē)身焊點(diǎn)的破壞性檢查來(lái)評價(jià)和判斷，行業(yè)內一般用NQST的數值來(lái)表示，數值越小表示白車(chē)身焊點(diǎn)強度質(zhì)量水平越高。NQST計算公式如下：

2.車(chē)身點(diǎn)焊焊接的標準及失效模式

車(chē)身點(diǎn)焊過(guò)程中常見(jiàn)的失效模式如圖3所示。

圖3 常見(jiàn)的失效模式

(1)弱焊

弱焊的焊點(diǎn)熔核存在明顯的溶化結晶，但未能撕出凸臺。在焊接質(zhì)量評價(jià)過(guò)程中，弱焊是比較正常的一種焊接缺陷，在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法通過(guò)正常的方式識別出缺陷，需要通過(guò)非破壞性檢驗才能發(fā)現，但是在生產(chǎn)過(guò)程中不能每個(gè)焊點(diǎn)都通過(guò)破壞性檢驗來(lái)識別，只能通過(guò)抽檢的方式來(lái)進(jìn)行識別。因此，弱焊是一種在生產(chǎn)過(guò)程中時(shí)不容易被識別出來(lái)的，只有通過(guò)剖壞性試驗才能發(fā)現的焊接缺陷。

(2) 虛焊

虛焊的焊點(diǎn)處只有少量的熔核或沒(méi)有熔核，造成接觸不良，時(shí)通時(shí)斷。虛焊與假焊都是指焊件表面沒(méi)有充分接觸，焊件之間沒(méi)有形成熔核，主要原因通常是由于焊件表面沒(méi)有清除干凈或焊劑用得太少以及焊接時(shí)間過(guò)短所引起的。

(3) 內飛濺

目視內飛濺焊點(diǎn)的內部，熔核金屬隨飛濺飛出，焊點(diǎn)熔核成為一個(gè)空洞。內飛濺產(chǎn)生的原因是：兩焊接板件的板厚超過(guò)5.4mm;或者焊接的電流、電壓較大且焊接時(shí)間比較短，在短時(shí)間內集聚較大的熱量，使焊接的板件中間的焊接熔核形成飛濺飛出熔核，導致焊接的熔核中形成空洞。

(4) 氣孔

焊點(diǎn)及熱影響區不允許有裂紋、燒穿存在，焊核周?chē)辉试S有氣孔存在，合資企業(yè)的標準是：強度部位為Φ1.5mm以下，密封部位不允許存在，一般部位為Φ1.5mm以下。

(5) 焊點(diǎn)位置

焊接位置誤差不允許超過(guò)圖紙規定位置±10mm，合資企業(yè)的標準是強度部位為5mm以下，密封部位是10mm以下，一般部位是10mm以下。

(6 )半點(diǎn)

焊點(diǎn)邊緣距母材邊緣距離不得小于1.0mm，合資企業(yè)的標準是強度部位的打點(diǎn)痕跡一定在部品中間，密封部位的打點(diǎn)痕跡在2/4以上，一般部位的打點(diǎn)痕跡在2/4以上。

(7) 點(diǎn)距不均

點(diǎn)距的誤差不允許超過(guò)圖樣要求的±15%，合資企業(yè)的標準是強度部位為±10mm，密封部位為±20mm，一般部位為±20mm。

(8) 壓痕深度

焊點(diǎn)壓痕的深度不得大于被焊接母材厚度的20%，合資企業(yè)的標準是：壓痕深度≤焊接板厚的30% 。

影響焊接強度的因素

1.焊接參數

(1)焊接電流

焊接電流對產(chǎn)熱的影響比電阻和通電時(shí)間大，它是平方正比關(guān)系，因此是必須嚴格控制的重要參數之一。焊接電流較小、熱源強度不足，此時(shí)不能形成熔核，因此，焊點(diǎn)的強度負荷較低且不穩定。隨著(zhù)電流的提高，內部熱源急劇增加，熔核尺寸穩定增加，焊點(diǎn)的拉剪載荷不斷提高;當電流過(guò)大會(huì )引起金屬過(guò)熱和噴濺，接頭性能反而降低，形成內飛濺焊點(diǎn)，沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的強度。

(2)通電時(shí)間

焊接時(shí)間對接頭性能的影響與焊接電流相似。

(3)電極壓力

電極壓力過(guò)小會(huì )造成因電流密度過(guò)大，而引起加熱速度增大而產(chǎn)生噴濺;電極壓力過(guò)大時(shí)將使焊接區總電阻和電流密度均減小，焊接散熱增加，熔核尺寸下降，接頭性能降低。為了使焊接熱量達到原有水平，保持焊點(diǎn)強度不變，在增大電極壓力的同時(shí)，應適當的增加焊接電流或延長(cháng)焊接時(shí)間來(lái)彌補電阻減小的影響;在確定電極壓力時(shí)，還必須考慮零件或者裝配質(zhì)量。如果工件已經(jīng)變形，導致焊接區不能緊密接觸，則需采用較高的電極壓力來(lái)克服這種變形。

(4)電極形狀及材料

電極的端面接觸面積決定著(zhù)電流密度和熔核大小，電阻材料的電阻率和導熱性關(guān)系著(zhù)熱源的產(chǎn)生和散失，電極必須有合適的強度和硬度，不至于在反復加壓過(guò)程中發(fā)生變形和損耗，使接觸面積大，接頭強度下降。電極頭端面尺寸增加，焊接區電流密度減小，散熱增強導致熔核尺寸減小，接頭承載能力也相應降低。

(5)焊件表面狀況

焊件表面上帶有氧化物、鐵銹或其他雜質(zhì)等不均勻覆層時(shí)，會(huì )因接觸電阻的不一致，各個(gè)焊點(diǎn)產(chǎn)生的熱量大小不一致，引起焊接質(zhì)量的波動(dòng)。所以，焊接前清理待焊件表面是獲得優(yōu)質(zhì)焊接質(zhì)量的必備條件。

(6)電極

電極端面直徑在6～8mm之間是焊點(diǎn)質(zhì)量保障的條件之一。

2. 沖壓件質(zhì)量

沖壓件質(zhì)量也是影響焊接強度的因素之一，如沖壓件表面起皺、變形都會(huì )影響焊接質(zhì)量。焊接面起皺，會(huì )導致鈑金搭接間隙增大，從而導致焊點(diǎn)出現弱焊、虛焊和內飛濺等焊接缺陷;板件翻邊不平整，會(huì )導致板件在搭接時(shí)的間隙過(guò)大。當板件搭接間隙大于1mm時(shí)，焊點(diǎn)就會(huì )出現虛焊、弱焊和內飛濺等。這些焊接缺陷都是焊點(diǎn)的內部焊接質(zhì)量問(wèn)題，在正常的生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現不了的，只能通過(guò)破壞性檢驗才能識別。所以沖壓件質(zhì)量對焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量影響比較大，控制好沖壓件質(zhì)量也是提高焊接質(zhì)量的途徑之一。沖壓件質(zhì)量主要控制沖壓件的焊接面變形問(wèn)題及搭接邊平整。

3.工裝防錯

工裝防錯主要是體現在焊點(diǎn)的位置及焊點(diǎn)半點(diǎn)這些焊接缺陷上面。如一些焊點(diǎn)在焊接過(guò)程中是無(wú)法看到的，只能通過(guò)在工裝上增加限位槽或者是擋塊來(lái)確保焊點(diǎn)的位置，以防止焊點(diǎn)焊接半點(diǎn)。

4.人員操作

人員操作也是影響焊接質(zhì)量的一個(gè)因素，操作時(shí)要求焊鉗的電極與板件垂直焊接，如果焊接時(shí)板金與電極不垂直就會(huì )出現焊接飛濺、點(diǎn)扭曲和虛焊等焊接缺陷。

車(chē)身焊接強度檢驗方式

1.焊接強度控制及檢驗

車(chē)身上各部件的焊接主要依靠點(diǎn)焊，點(diǎn)焊在車(chē)身焊接質(zhì)量中起著(zhù)非常重要的作用，其質(zhì)量合格與否對整車(chē)安全、強度和外觀(guān)等性能影響非常大，尤其是焊接強度的保障對整車(chē)安全有著(zhù)非常重要的意義。此外，其他焊接方法，如MIG焊、激光焊等，其焊接質(zhì)量也同樣重要。

以某車(chē)型為例，長(cháng)安福特馬自達焊裝車(chē)間引入了德國B(niǎo)OS 6000系統，可以對該車(chē)型所有焊接機器人和焊點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，既可以監控每個(gè)焊點(diǎn)的焊接參數、飛濺大小和焊接質(zhì)量，也可以監控焊接機器人電極頭的磨損情況和打磨頻次等。此外，在焊接生產(chǎn)過(guò)程中，對樣件進(jìn)行強度檢驗的環(huán)節也非常重要。

點(diǎn)焊檢驗手段主要有非破壞性檢查(Non-Destructive)和破壞性檢查(Destructive)兩種方式。非破壞性檢查包括鑿檢、超聲波檢驗等，破壞性檢查包括Teardown點(diǎn)焊檢查和激光焊/MIG焊金相分析等。

我公司焊裝車(chē)間目前采用了幾種主要的檢驗手段：

(1)非破壞性檢查(鑿檢)

鑿檢主要是生產(chǎn)線(xiàn)各工位對可撬焊點(diǎn)的質(zhì)量檢驗手段，使用的工具是扁鏟、錘子等，頻次為20件/次，如圖4所示。鑿檢通?？梢园l(fā)現較為簡(jiǎn)單的焊接缺陷，如虛焊、弱焊等。

圖4 鑿檢

(2)非破壞性檢查(無(wú)損強度檢測)

無(wú)損檢測試驗包括射線(xiàn)探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷和渦流探傷。超聲波在被檢測焊點(diǎn)金屬材質(zhì)中傳播時(shí)，焊點(diǎn)內部組織的變化對超聲波的傳播會(huì )產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對超聲波受影響程度和狀況的探測，可以了解焊點(diǎn)性能和內部缺陷，軟件畫(huà)面會(huì )實(shí)時(shí)顯示超聲波的傳播情況，如有異常說(shuō)明焊點(diǎn)內部有缺陷。比如：波峰逐級降低過(guò)緩(較平整)，說(shuō)明該焊點(diǎn)存在低熱溶現象;波峰逐級降低過(guò)陡(較陡峭)，說(shuō)明該焊點(diǎn)存在過(guò)熱溶現象。

(3)破壞性檢查(Teardown )

Teardown通過(guò)手工鏨、氣動(dòng)鏨、電鏨和榔頭等破壞所有焊點(diǎn)、焊縫，對焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗。分總成和白車(chē)身的檢查頻次為每月一次。

2.工藝性檢驗

在產(chǎn)品制造過(guò)程中為了保證工藝的正確性而進(jìn)行。它包括：材料焊接性試驗、焊接工藝評定試驗、焊接電源檢驗、工藝裝備檢驗、輔機及工具檢驗、結構的裝配質(zhì)量檢驗、焊接工藝參數檢驗、預熱、后熱及焊后熱處理檢驗。

車(chē)身焊接強度過(guò)程保障

1. 焊接電極

焊接電極的端面直徑在6～8mm之間，使用過(guò)程中需及時(shí)修磨，按照標準要求配送到生產(chǎn)工位進(jìn)行更換使用，并進(jìn)行記錄;過(guò)程中檢查監督電極帽是否按照標準進(jìn)行更換，來(lái)保障焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。

2. 參數監控

焊接參數是保障焊接強度的一個(gè)重要因素，焊接參數的正確與否是時(shí)刻需要關(guān)注的。一般工位的焊接參數是每個(gè)月監控一次，關(guān)鍵工序的焊接參數是半個(gè)月監控一次，通過(guò)對焊接參數的監控來(lái)確保焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。

3. 焊接設備

(1)穩定性

通過(guò)增加中頻焊機來(lái)提高焊接參數的輸出穩定性，從而提升焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。

(2)焊接設備的完好性

焊鉗不能出現漏水、漏氣現象，設備的完好性是保障焊接質(zhì)量的重要因素。

4. 板件質(zhì)量監控

沖壓件搭接是否有間隙或者說(shuō)是板件的焊接面是否起皺，搭接板件的邊緣是否有間隙超過(guò)1mm，這些都是影響焊接強度的因素，因此對板件的質(zhì)量監控也是提升焊接強度的一種途徑。

5. 關(guān)鍵焊點(diǎn)的保障方式

可采取的保障方式有：增加中頻焊機、夾具增加擋塊、自動(dòng)化焊接(增加機器人焊接保障焊點(diǎn)的一致性)、產(chǎn)品結構設計、增加焊點(diǎn)標識或者增加焊點(diǎn)槽。

結語(yǔ)

汽車(chē)車(chē)身的焊接質(zhì)量直接決定著(zhù)整車(chē)的質(zhì)量，車(chē)身存在焊接缺陷將會(huì )導致車(chē)身強度不夠、功能組件失效無(wú)法安裝等，從而直接影響到整車(chē)的安全性及功能性，同時(shí)還會(huì )導致漏雨、噪聲和車(chē)門(mén)關(guān)閉障礙的發(fā)生。所以，如何快速有效的控制焊接強度是每一個(gè)汽車(chē)廠(chǎng)極力追求的目標。