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1、第三章 汽车焊装工艺,车身是汽车的基体，它不仅要承受来自汽车内、外部的所有力和力矩，为乘客和货物提供保护，而且还要满足用户对汽车外观质量日益苛刻的高要求，即车身应具有“承力、保护、美学”三大最基本的功能。此三大功能是否能得到最大限度地实现，在很大程度上取决于车身焊装质量。这正是业内常说“车身焊装工艺水平直接关系着汽车产品的外观质量和使用性能”的原因。轿车车身是各类汽车车身中结构最复杂、焊点和采用的焊接方式最多、对焊接质量要求最高的一种，是汽车焊装工艺中的典型代表，因此，本章以轿车车身为例介绍车身焊装工艺。,第一节 焊装工艺流程与布局,轿车车身是由数以千计薄板冲压成型的板壳构件通过焊接工艺方法组
2、合在一起的形体复杂、高强度空间板壳结构，其焊装工艺过程十分复杂。为此需对车身焊装工艺进行全面、科学、合理的规划。 车身焊装工艺流程 车身焊接工艺布局 车身焊装工艺方法,一、车身焊装工艺流程,为了便于焊接成形、且获得准确的车身外形尺寸和优良的外观质量，常将由薄板冲压成形的片状冲压件焊装成具有一定强度或功能的分总成，再将分总成焊装成大总成，将大总成焊装在一起组成车身的六大片（车身底板总成、顶盖总成、左/右侧围总成、前围总成、后隔板总成），然后将六大片合焊在一起构成车身焊接总成，装上车门、发动机罩、翼子板、行李箱盖便构成了整体焊接白车身，如图3-1至图3-2所示。,二、车身焊接工艺布局,轿车车身的所
3、有组成部件都由薄板冲压而成，汽车制造业将其统称为冲压件，其中90%以上的冲压件的板厚只有0.60.8mm，承力最大的冲压结构件其板厚亦小于3mm。 车身冲压件的面厚比很大，刚 度非常小，极易变形，要想将 多片极易变形的冲压件组焊成 高精度的车身分总成，在组焊 的全过程必须保持每一个冲压 件的形状不变，且各冲压件的 相对位置精度高。欲做到这一 点，车身焊装车间采用了大量 与之相适应的焊装夹具。,为了提高生产效率，满足生产节拍的要求，汽车车身焊装生产均将满足车身各总成部件及车身合装的焊装夹具按照一定的要求构成高效的焊装流水线。,车身焊装工艺的内容多而复杂，为了使车身焊装作业能有序高效进行，需合理规
4、划与布局焊装工艺。焊装工艺布局是否合理的评价指标是：车身在焊装线上的流动应顺畅、无效输送和辅助生产时间应尽可能短；物流配送方便；焊装线两侧有足够的工件摆放空间；便于产能的扩充和信息的导入。,三、车身焊装工艺方法,车身焊装工艺是一个广义的概念，是指将冲压成型的车身各组件组装成一个完整白车身的全部工艺过程，其内容主要有焊接、滚/折边、涂胶、合装、返修等。由于焊接工艺的比重超过90%以上，因此将其统称为焊装。 焊接：通过加热或者加压或者两者并用，添加或不加填充材料，使两分离的工件在其接合表面达到原子间的结合，形成永久性连接的一种工艺方法。常用的焊接工艺有五大类近20种不同的焊接工艺方法。,常用的车身
5、焊接工艺方法,第二节 电阻焊,将被焊工件置于两电极之间加压，并在焊接处通以电流，利用电流流经工件接触面及其邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之达到金属结合而形成牢固接头的工艺过程，由于焊接所需要的热来自于电流通过工件焊接处的电阻产生的热量，因此将其称为电阻焊。电阻焊有点焊、凸焊、缝焊、对焊等多种不同的焊接方式，如图3-6所示。点焊是电阻焊最典型的代表。点焊有单点焊、多点焊、单面点焊和双面点焊等多种，其特点是生产率高、质量好、成本低、工作条件好、易于实现自动化，因此在车身焊接中是一种应用最广泛焊接方式。,一、点焊,点焊的焊接过程由预压、通电、维持、休止四部分组成。其焊接质量的好坏与
6、预压力、通电时间、通电电流、工件性能、电极的形状与材料等因素有直接关系，其中通电电流和通电时间对焊接质量的影响最大。,1、预压力的影响,点焊的预压力是由电极施加的，因此预压力又称为电极压力。适当的电极压力对于保证焊接质量十分有利，其原因是：适当的电极压力可以破坏焊接接头表面氧化污物层，使焊接接头表面保持良好的接触，促进焊接接头的熔合，热熔时在电极压力作用下形成的塑性环防止周围气体侵入和液态熔核金属沿板缝向外喷溅，对于保证焊接质量具有十分重要的作用。,2、焊接电流的影响,点焊所需要的热量完全由电流转换而来，由此可见焊接电流对焊接质量的影响。电流越大所产生的焊接热越大，焊接接头处的金属越容易熔化。
7、不同的材料其熔化热和散热能力均有较大差异，因此焊接不同种类的金属应采用不同的焊接电流；此外，点焊接头处金属厚度的不同所需的焊接热也存在很大的差异，因此焊接较厚的金属时需要较大的焊接电流，焊接较薄的金属时需要较小的电流，否则焊接接头有被烧穿的危险。由此可见，焊接电流是一个必须严格控制的重要工艺参数。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。,3、通电时间的影响,通电时间又称焊接时间，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、短时间焊接模式（简称强条件或硬规范），也可采用小电流、长时间（简称弱条件或软规范）。选用硬规范还是软规范，取决
8、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，选用时应特别注意。,4、电极形状及材料的影响,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。,5、工件性能的影响,工件表面状况如氧化物、污垢、油和其他杂质等均会影响工件的导电性能，通常情况下都会增大焊接接头处的接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不能导通，使焊接过程无法进行。氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的不均匀性，引起焊接质量的不稳定。因此彻底清洁工件表面是焊
9、接接头质量的保证。 除工件表面状况会影响到焊接质量外，工件材料的许多性能都会对点焊的有效性构成较大影响：材料的导电性和导热性越高，焊接性越差；材料的高温强度越高、屈服强度越高，焊接性越差；材料的塑性温度范围越窄，对参数波动越敏感，焊接性越差；材料对热循环的敏感性越强，焊接性越差；此外，熔点高、线膨胀系数大、易形成致密氧化膜的金属，其焊接性一般较差。,6、点焊工艺参数的选用,选择点焊工艺参数时可以采用计算法或查表法（见表3-2），无论采用哪种方法，所选择出来的工艺参数都不可能是十分精确和合适的，需针对具体的工件的特点由实验确定。,点焊工艺参数表 表3-2,1）两种不同厚度钢板的点焊,当两工件的厚
10、度比小于3:1时，焊接并无困难。此时工艺参数可按薄件的厚度选择，并稍增大一些焊接电流或通电时间即可。 当两工件的厚度比大于3:1时，此时除按上上述方法处理外，还应采取下列措施，以保证焊接质量。 在厚板一侧采用较大的电极直径；在薄板侧选用导电性稍差的电极材料。,2）三层钢板的点焊,当点焊中间为较厚零件的三层板时，可按薄板厚度选择工艺参数，但要适当增加焊接电流，其增加量约为1025%，或者增加通电时间。 当点焊中间为较薄零件的三层板时，可按厚板厚度选择工艺参数，但要适当减少焊接电流，减少量约1025%，或者减少通电时间。,3）带镀层钢板的点焊,点焊镀锌或镀铝钢板时，应比不带镀层的钢板提高电流203
11、0%，并同时提高电极压力20%。,7、点焊质量检验,电焊质量的检验最常用、最简单且最有效的方法是撕开法，如图3-7所示。优质焊点的标志是：在撕开试样的一片上有圆孔，而另一片上有圆凸台。厚板或经淬火处理的材料有时不能撕出圆孔和凸台，但可通过剪切的断口判断熔核的直径。,图3-7 点焊质量的撕裂检验,二、凸焊,前面述及，凸焊的焊接原理和设备与点焊很接近，只是焊接接头有所不同，因此人们常将凸焊称为是点焊的一种特殊形式。,1、凸焊的工艺特点,1）在一个焊接循环内可焊接一个焊点又可焊接多个焊点，生产率高，没有分流影响，因此可在窄小的部位上布置焊点而不受点距的限制。 2）由于电流密集于凸点上，电流密度大，故
12、可用较小的电流进行焊接，并能可靠地形成较小的熔核。 3）凸点的位置准确、尺寸一致，各点的强度比较均匀。因此对于给定的强度、凸焊焊点的尺寸可以小于点焊。 4）由于采用大平面电极，且凸点设置在一个工件上，所以可最大限度地减轻另一工件外露表面上的压痕。大平面电极的电流密度小、散热好，电极的磨损要比点焊小得多，因而大大降低了电极的保养和维修费用。 5）与点焊相比，工件表面的油、锈、氧化皮、镀层和其它涂层对凸焊的影响较小。当然，工件表面越洁净，其焊接质量就越好越稳定。 6）凸焊的不足之处是需要冲制凸点的附加工序；电极比较复杂；若一次要焊多个焊点，则需要使用更高的电极压力和高精度的大功率焊机。 由凸焊的上
13、述特点不难看出，凸焊特别适合于车身上的螺帽焊接。,2、凸焊电极,常用的凸焊电极有圆形平头电极、大平头棒状电极、螺帽专用电极等三种基本类型。 1）圆形平头电极：圆形平头电极又称为标准点焊电极，若进行凸焊作业时采用标准点焊电极，则电极接触面直径应不小于凸点直径的两倍，以减小工件表面的压痕。 2）大平头棒状电极：大平头棒状电极常用于局部位置的多点凸焊，如加强垫圈的凸焊，一次可焊46点。大平头棒状电极的接触面必须足够大，应超过全部凸点的边界，超出量一般应相当于一个凸点的直径。 3）螺帽专用电极：螺帽专用电极主要用于螺帽的焊接。汽车车身上需要焊接的螺帽非常多，因此螺帽专用电极在汽车车身焊接工艺中应用的非
14、常广泛。,3、凸焊质量的影响因素,电极压力 焊接时间 焊接电流 电极材料,1）电极压力,凸焊的电极压力取决于被焊金属的性能，凸点的尺寸和一次焊成的凸点数量等。电极压力应足以在凸点达到焊接温度时将其完全压溃，并使两工件紧密贴合。电极压力过大会过早地压溃凸点，失去凸焊的作用，同时因电流密度减小而降低接头强度；电极压力过小会引起严重飞溅。,2）焊接时间,对于给定的工件材料和厚度，焊接时间由焊接电流和凸点刚度决定。在凸焊低碳钢和低合金钢时，影响焊接质量的因素主要是电极压力和焊接电流。在电极压力和焊接电流确定后，通过调节焊接时间，以获得满意的焊接质量。若希望缩短焊接时间，就要相应增大焊接电流，但过份增大
15、焊接电流可能引起金属过热和飞溅。通常情况下，凸焊的焊接时间比点焊长，而电流比点焊小。多点凸焊的焊接时间稍长于单点凸焊，以减少因凸点高度不一致而引起各点加热的差异。采用预热电流或电流斜率控制（通过调幅使电流逐渐增大到需要值），可以提高焊点强度的均匀性并减少飞溅。,3）焊接电流,凸焊每一焊点所需电流比点焊同样一个焊点时小。但在凸点完全压溃之前电流必须能使凸点熔化。凸焊电流应该是在采用合适的电极压力下不致于挤出过多金属的最大电流。对于一定凸点尺寸，挤出的金属量随电流的增加而增加。采用递增的调幅电流可以减小挤出金属。和点焊一样，被焊金属的性能和厚度仍然是选择焊接电流的主要依据。 多点凸焊时，总的焊接电
16、流大约为每个凸点所需电流乘以凸点数。但考虑到凸点的公差、工件形状，以及焊机次级回路的阻抗等因素，需做适当调整。 凸焊时还应尽可能做到两被焊板间的热平衡，否则，在平板未达到焊接温度以前凸点便已熔化。因此，焊接同种金属时，应将凸点冲在较厚的工件上；焊接异种金属时，应将凸点冲在电导率较高的工件上。若在厚板上冲出凸点有困难，也可在薄板上冲凸点。,4）电极材料,电极材料会影响到被焊两工件上的热平衡，在焊接厚度小于0.5mm的薄板时，为了减少平板一侧的散热，常用钨铜烧结材料或钨做电极的嵌块。,4、凸焊质量检验,凸焊质量的检验内容主要的焊接强度，常采用拉力法进行检验，即检测焊点的抗拉能力。表3-3是螺帽凸焊抗拉能力的检验指标。,凸焊的检验标准 表3-3,第三节 熔化焊,在焊接过程中将工件接口处加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法，称为熔化焊。进行熔化焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，先熔化的部分冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。熔化焊也有多种不
