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1、汽车白车身焊点虚焊的控制曾繁利（柳州柳新汽车冲压件有限公司，广西 柳州）摘要：根据笔者在汽车车身制造企业的实际工作经验，对白车身焊点虚焊的主要影响因素进行了详细分析，并从现场实用的角度介绍了虚焊的控制方法和监察机制，对白车身焊接质量保证有较好的参考意义。关键词：白车身 焊点虚焊 控制概述在汽车安全保证体系中，白车身的焊接强度保证是重要的一环，它直接影响到车身的强度和安全性能。汽车白车身制造中有7090%的工作量采用了点焊方式，30005000个焊点将将数百个薄板冲压件拼焊成一台白车身，在实际点焊生产过程中，对焊点强度影响最大同时发生最普遍的便是焊点虚焊，因此如何控制焊点虚焊，是白车身制造过程中
2、的一项重要课题。本文通过焊装车间的生产实例，对焊点虚焊的主要影响因素进行调查分析并提出实用的改善建议，供同行参考。焊点虚焊的表现形式及危害虚焊焊点外观表现为焊点发白，经焊点剥离试验后表现为焊点熔合度很小，无熔核或者熔核的直径小于工艺要求的最小值(有时也会出现环形熔核)，其本质是板件的焊透率不足。虚焊焊点的结合强度小于工艺规定值，焊接件强度会明显下降，因此，必须避免虚焊的发生。虚焊的原因分析及对策1、焊接规范设置不合理焊接规范设定是否合理，直接影响到板件的焊透率，低碳钢薄板焊接可参考表1（美国电阻焊机制造协会推荐规范）进行初步设定。表1 低碳钢推荐焊接规范在初步选定焊接规范后，要结合各个工位的实
3、际工况（如焊机、电缆老化状况、板件材质及搭接状况等）进行调整，验证焊点质量合格后才能作为工位的实际生产执行规范。以下是焊接规范设定的一些经验和常见调整方式：1.1 不同厚度板件焊接白车身覆盖件通常比内板件要薄，为保证熔核有效连接不同厚度的板件，同时薄板不被焊穿，规范设定时要注意以下问题 ：1.1.1两层板焊接当两层板料厚度相差不大时（小于3:1），按薄板选择工艺规范并稍微增大焊接电流或通电时间（5%10%）即可。当焊接的两层板料厚度比值较大（大于3:1）时，因熔核位于两层板件总厚度的1/2位置，无法有效连接薄板，这时除按薄板选择工艺规范并稍微增大焊接电流或通电时间（5%10%）之外，还需增大厚
4、板一侧的电极头直径，使熔核往薄板一侧偏移以保证焊点连接的有效性。1.1.2 三层板焊接当较厚的板料处于中间层时，可按薄板选择工艺规范，但要适当增加焊接电流，约增加，或者增加通电时间。当较薄的板料处于中间层时，可按厚板选择工艺规范，但要适当减少焊接电流，约减少，或者减少通电时间。1.2镀锌板焊接镀锌钢板因具有良好的抗腐蚀性能，普遍应用于轿车车身制造，但与普通低碳冷轧板相比，其点焊焊接性能相对要差，不利于熔核形成，因此镀锌钢板的点焊规范值要相应的调大，一般焊接电流值增大25%50%，焊接时间增加50%100%，电极压力增大10%25%。2、输出电流损耗虽然参数设置达到规范要求，但在实际生产过程中，
5、输出端电流值往往会出现了损耗，从而存在虚焊的风险。下面我们依据车间生产实例对电流损耗的风险及控制方法进行介绍。通过对各工位焊钳输出电流进行持续测量，发现随着时间的推移，部分工位输出电流值出现显著下降，最终低于工艺规范的下限值。表2是三个明显异常的工位实际输出电流的数据记录（其中测量值4是在更换电缆后，输出电流值已恢复正常范围）。序号焊钳设定输出电流（KA10%）实测输出电流测量值1测量值2测量值3测量值4电流结论电流结论电流结论电流结论1焊钳18.48.4OK8.4OK7.2NG8.4OK2焊钳28.98.8OK8.7OK7.6NG8.9OK3焊钳39.39.1OK9.0OK7.9NG9.2O
6、K表2 焊钳输出电流监测经对异常电缆进行拆解，发现电缆铜芯出现了不同程度的断股、磨损、老化等现象，这些情况的出现均会导致电缆电阻增大，输出电流降低。下面对这些现象进行逐项分析。2.1电缆铜芯断股焊接过程中，如果姿态不恰当，电缆频繁地进行大角度折弯-拉直动作，铜芯容易产生疲劳而不同程度的断股（图1）。焊接姿态不良的因素很多，焊点布局设计不合理、工装焊接通过性差、焊机及焊钳平衡器安装不合理等，均可能造成焊接姿态不良。要改善焊接姿态，在焊点设计、工装设计、设备安装阶段就要充分地按照人机工程的理念进行优化；对已经投入生产的工位，也要经常进行作业观察，发现有姿态不良的情况，及时寻求改善。图1 电缆断股2
7、.2电缆异常磨损自动焊、傀儡焊多采用空冷电缆，绝缘套很薄，而铜质电缆通电过程中产生的磁场相互作用使电缆剧烈晃动，电缆与电缆、电缆与工装之间极易产生频繁摩擦，损坏电缆，影响电流输出（图2）。图2 电缆磨损焊接时因磁场产生的晃动是不可避免的，对自动焊、傀儡焊等固定焊钳的工位，电缆要进行充分加固，同时，电缆要尽量避免螺旋状布置，以免增大感应磁场的强度。2.3 电缆老化电缆老化是指在使用过程中，铜芯因过度发热等外部因素影响导致铜芯发生氧化、局部熔损等情况（图5），随着使用时间增加，导电性能下降，输出端电流降低。图3 电缆老化 要控制电缆的异常发热，首选要根据焊接电流和使用频率合理选择电缆，避免过载发热
8、，同时焊接规范设定时不能一味的追求焊接效率，在一个焊接周期里要保证足够的休止时间，避免电缆冷却不足而持续升温；对于自动焊密集的工位，要注意改善通风条件，保证空冷电缆散热及时。2.3 电流输出损耗的风险防范以上方法只能减少电缆的异常情况发生频次，但不能完全杜绝。在电缆出现异常时，往往是内部铜芯损坏，通过肉眼难以发现，因此，要想降低电流损耗的风险，还需要建立日常的监测机制，比如可以使用毫欧表按一定周期对电缆进行循环测量，确保所有电缆在异常变化的早期就受到监控，及时采取纠正措施。建议对各工位电缆更换的频率进行统计和分析，得出各个工位电缆更换的时间规律，以便及时进行预防性更换，对异常情况比较集中的工位
9、，要查找根本原因进行改善。 3、焊接分流在焊接过程中，一部分电流没有经过焊接区参与焊点形成的现象叫做焊接分流，点焊的分流有两种，一种是经过已经焊好的焊点分流，一种是偶然接触分流，如焊接过程中焊钳与零件或夹具接触分流。分流会造成通过焊接区的电流密度减小，分流严重时可导致虚焊。焊接区周围的焊点越多，通过这些焊点的分流就越大，因此，在保证焊接强度的前提下，增大焊点间距，可以降低焊接分流，低碳钢焊点间距一般取30mm0mm。要减少焊钳与零件、工装接触分流，应在焊点位置设计、焊钳和工装设计时，综合考虑焊接姿态。目前不少工装制造企业已采用模拟软件检查焊钳通过性，在设计早期就可以对焊接姿态进行优化。对于无法
10、完全避免的工装接触，应对工装接触部位进行绝缘处理。4、电极头端面直径偏大电极头未及时修磨或修磨量不够会造成端面直径偏大，进而导致板件接触面积增大，焊接加热部位电流密度减小，严重时可导致虚焊。解决方法是根据不同板厚设定电极头修磨标准（表3），及时修磨和更换电极头。序 号零件厚度（单层板厚）/mm电极头端面直径D/mm10.85.3021.01.26.0031.57.0042.08.0052.59.0063.010.00表2：电极头端面尺寸（参考）当两层板料厚度相差不大时（小于3:1），按薄板选择电极头尺寸，当焊接的两层板料厚度比值较大（大于3:1）时，还需增大厚板一侧的电极头直径，使熔核往薄板一
11、侧偏移以保证焊点连接的有效性。需要指出的是，人工修磨电极头存在标准不好把握、修磨质量差等问题，除存在虚焊风险外，焊点外观质量也较差。而采用电极修磨器则可以较好的保证修磨质量。目前机器人焊接工位已较多的采用自动修磨技术，即达到设定的焊接点数后自动进行电极头修磨。结语以上介绍了焊点虚焊的主要影响因素和控制方法，在实际生产中，如果要很好地防止虚焊缺陷流出，还需要开展以下工作;1、建立输出电流的监测机制，推荐对重保岗位每半月进行一次输出电流检测，普通岗位一个季度进行一次检测。2、焊点强度的日常点检，建议焊点的凿检（不能凿检的用试片代替）至少按2次/班执行； 通过对虚焊影响因素的正向控制，再结合日常的点检监察，可以很好的防止焊点虚焊缺陷的流出。参考文献：1 中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册. 第1卷.北京：机械工业出版社，2007 2 唐远志，向雄方. 汽车车身制造工艺. 北京：化学工业出版社，2009
