汽车车身螺柱焊接质量稳定性应用分析 第 1 页 共 7 页 1 汽车车身螺柱焊接质量稳定性应用分析汽车车身螺柱焊接质量稳定性应用分析 作者：刘道东，窦天宇 （奇瑞汽车有限公司规划设计一院 安徽 芜湖） 【摘【摘 要】要】 本文简单介绍了电弧螺柱焊接的原理及应用缺陷，对造成虚焊、过焊、偏弧等质量缺陷原因进行了分析及解决，重点从螺柱、产品设计、夹具设计等方面对偏弧产生致因总结给出了一些方法 【关键词】【关键词】 车身车身 螺柱焊螺柱焊 偏弧偏弧 1.概述概述 通常，汽车上的内外饰件、线束、地毯和油管、制动油管（如图 1.） 、隔热板、导流板等附件 与车身钣金的安装联接主要是靠螺柱螺母来实现的，各种附件安装件约 40 多种，所需螺柱也多达 100 多颗螺柱与钣金件采用凸焊或螺柱植焊的方式焊接固定，其在汽车制造中的用量日趋增长， 应用亦已趋成熟 图 1. 制动油管固定件的焊接螺柱位置 凸焊焊接是在螺柱的焊接端上预先加工出一个或多个凸点，使凸点与钣金件表面接触加压、通 电、熔化，从而形成焊点的电阻焊接方法钣金件与螺柱焊接位置需开孔，焊接时移动板件到凸焊 电极上定位焊接同种螺柱焊接不同板厚，稳定性相应会有变化。
螺柱焊接是在螺柱的焊接端上预先加工成凸台或尖角，使尖角与钣金件表面接触通电、熔化、 加压，从而形成焊缝的电弧焊接方法螺柱焊接是将焊枪移动到焊接工件处定位焊接同种螺柱焊 接不同板厚，稳定性相应能保证 由于螺柱焊焊接技术具有快速、可靠、工序简化、稳定性好等一系列优点因此，它已逐步替 代凸焊，并普及应用于汽车焊接生产过程中 2.螺柱焊接原理螺柱焊接原理 汽车行业的螺柱为 M8 以下，所需焊接功率小，因此，生产中实际应用的多为拉弧逆变式螺柱焊 机，遵循电弧焊接原理 焊接螺柱 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 汽车车身螺柱焊接质量稳定性应用分析 第 2 页 共 7 页 2 螺柱焊接时，先用焊枪压住板件，构成电流回路；再扣动扳机，半自动焊枪内部的伺服电机通 电，并在焊枪内部形成磁场，把焊枪的导电嘴以及整个焊钉向后提升，焊钉脱离板件，引出小电流； 此时焊钉与板件间形成电弧维持回路，然后再引出大电流，释放的热量熔化板件；达到设定的焊接 时间后，伺服电机反向通电，产生反向磁场力推动焊钉，将螺柱压入熔池里，完成整个焊接过程（如 图 2.） 图 2.螺柱焊接的阶段划分 螺柱焊机主要构成：主机、控制器、焊枪、焊接线、接地线等部分（如图 3.）。
图 3.螺柱焊机的主要构成 3.螺柱焊接应用缺陷螺柱焊接应用缺陷 汽车装配时主要采用扭力矩扳手在螺柱上进行拧紧安装螺母，拧紧对螺柱产生一定的拉拔力， 如果焊接质量不好，螺柱被从焊接面撕拉脱落据统计脱落发生率高达万分之十（10%%） ，因此带来 大量的 CO2 焊机返工补焊作业问题，从而严重影响车身的美观性 为解决装配过程中出现脱焊问题，提高螺柱焊的焊接质量，经过对螺柱焊接的工艺过程进行深 入分析研究，发现焊接后的虚焊、过焊、偏弧等几种焊接缺陷是造成螺柱脱落的原因（如图 4.） 1.虚焊：所谓“焊接虚焊”,就是指当按设定的扭矩拧紧时，螺柱从焊接处断裂脱落现象，主要 是焊接强度不够 虚焊表现为焊接气孔多和焊接缝窄而虚焊的产生主因是螺柱伸出长度，提升高度，提升时间，PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 汽车车身螺柱焊接质量稳定性应用分析 第 3 页 共 7 页 3 引弧电流，引弧时间，焊接电流，焊接时间，下压时间等焊接参数设置不当所引发的 焊接气孔：如果焊接时的下压力小、下压时间长，结果会导致焊接产生的气体未及时排除，从而 造成焊接气孔多，焊接疏松。
焊接缝窄：螺柱伸出长，提升时间不够；或焊接电流小，焊接时间短；焊接熔深浅，焊缝窄 2.过焊：所谓“焊接过焊” ，就是指焊接处的板件在焊接后呈现凸出或烧穿现象过焊的产生主 要是由焊接电流参数设置过大或焊接时间过长引发的 3.偏弧：所谓“偏弧” ，主要是指由于外界因素影响，焊缝不对称 图 4. 螺柱焊的几种焊接缺陷 4.焊接质量的影响因素焊接质量的影响因素 通过对焊接缺陷及其成因的分析，并结合实际生产中的焊接质量情况，我们发现由“虚焊”和 “过焊”两种缺陷所造成的脱焊，其总比重仅约占 10%，而 90%的脱焊则是因为焊接偏弧造成的 由于通过优化设备参数的方法就可以避免虚焊和过焊，所以，本文谨对实际可能造成焊接偏弧 的螺柱、产品设计、夹具设计等主要致因重点分析，制定并实施改善措施，提升了螺柱焊接质量 以下分析谨供同行分享和参考 1.螺柱对焊接质量的影响 由于焊接的特殊性，螺柱与母材焊接后的焊接区存在一定的减弱一般螺柱底端直径设计大于柱 体，焊接面积大于螺柱的面积，以此保证焊接的强度不小于螺柱本体强度 螺柱焊钉根部焊接位置的形状一般设计成锥型面或球型面（如图 5. 特殊的 T 型钉除外） 通常 国内汽车行业应用的多为锥角形式，起引弧和排出焊接产生气体的作用。
如果螺柱制造的锥角不在 螺柱中心，焊接电流会偏离螺柱中心，从而会造成焊接缝偏离底端中心，形成偏弧缺陷 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 汽车车身螺柱焊接质量稳定性应用分析 第 4 页 共 7 页 4 图 5. 螺柱焊钉根部焊接位置的形状 2.结构件形状对焊接质量的影响 螺柱与被焊接件表面相互垂直状态下焊接，具有最佳的焊接质量而汽车车身金属结构件设计 时，未考虑螺柱焊工艺质量的特殊性，所以车身结构件形状对螺柱焊接质量影响较大 ⑴结构件的形状设计应尽量避免螺柱在弧面上焊接因为焊枪的垂直角度仪是通过焊枪螺柱回 退距离感应的，螺柱在弧面上焊接，不垂直状态下，角度仪误认的回退距离满足设定值，焊接时则 产生偏弧缺陷如图 6.） 图 6.弧面焊接 ⑵结构件的形状设计要充分考虑到螺柱焊枪的尺寸，以避免出现焊接螺柱与搭接板距离小于防飞溅套半径尺寸（如图 7.）否则，焊接时会出现螺柱与焊接面不垂直，从而产生焊接偏弧 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 汽车车身螺柱焊接质量稳定性应用分析 第 5 页 共 7 页 5 图 7. 焊接螺柱与搭接板的距离 ⑶结构件的形状设计应能保证螺柱焊在实施时可以有选择折叠面中间的余地，以此来避免焊接在折叠上，造成焊接偏弧（如图 8.）。
图 8. 金属零部件的折叠边 3.夹具结构对焊接质量的影响 车身结构件在固定夹紧状态下进行焊接，夹具在设计时，一般会考虑可夹持性，而忽略可焊接 性这也影响螺柱焊接质量 ⑴由于螺柱焊接时，通常都是焊枪先下压焊钉接触板件，焊枪自动提升螺柱，进行焊接相对 板料厚度为 0.8mm 及以下的结构件，受到焊枪下压后会存在下凹，螺柱提升过程时，板件回弹，造 成引弧距离不够，形成偏弧 所以，对于板料厚度为 0.8mm 及以下的结构件，夹具设计应考虑到在焊接背面设计支撑（如图9.），以避免板件回弹产生焊接偏弧 图 9. 焊接面的背面设计的支撑 背面增加支撑 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 汽车车身螺柱焊接质量稳定性应用分析 第 6 页 共 7 页 6 ⑵螺柱与焊接面在垂直状态下焊接效果最好因此，为了保证人工焊接位置的定位精度和垂直 度，夹具设计相应螺柱焊枪的定位导向套装置而定位导向套的大小和垂直度，亦会造成焊接状态不垂直，产生焊接偏弧 因此，夹具上的定位导向套外径要大于焊枪的防飞溅套外径约 0.5～0.8mm，且必须保证与焊接表面垂直 4.材质对焊接质量的影响 碳钢类材料属于铁磁体，具有在外磁场作用下，产生磁感应强度，且强度大小随外磁场变化而 变化，并还具有外磁场撤除、仍有剩磁的特性。
电弧焊接时，周围将产生磁场，磁场在电弧轴线四周的分布对称，电弧稳定规则当焊接电弧 周围存在强铁磁体导致磁场不均匀时，电弧中心将会偏离轴线，偏向一侧，从而产生偏弧缺陷，称 做磁偏吹 ⑴夹具通常采用碳钢制造而成，经过机加工、焊接，会不同程度被磁化螺柱焊接时，剩余磁 力线流经工件与电弧电流所产生的磁力线相叠加，磁场大的一侧会产生推力，将电弧推向磁场小的 一侧，造成偏弧 ⑵车身结构件应用碳钢类材料，当几何形状不对称时，焊接电流流经工件、电弧和螺柱时，电 流导通走最快的通路，会被电磁场干扰所引起的电弧“偏吹”到局部集中方向，造成偏弧 对于以上两种情况，可以采用如下图 10.所示的方法加以调整或增加接地线位置及数量来消除 图 10.消除“磁偏吹”的方法 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 汽车车身螺柱焊接质量稳定性应用分析 第 7 页 共 7 页 7 ⑶设计螺柱导向套时，为便于工件焊接螺柱后能轻松从夹具中取出，通常会将部分焊枪导向套 设计成半圆型或开个缺口此种设计结果会导致电弧磁力线集中到半圆型导套上，电弧偏向半圆型导套一侧，造成偏弧 对于此种情况，可以采用将半圆型改成整圆形，或者更换导向套为铜合金或尼龙等材料，仍保持半圆型的方法，则可能给予消除偏弧缺陷（如图 11.）。
图 11. 可以消除偏弧缺陷的两种焊枪导向套 5.结束语结束语 通过对汽车车身螺柱焊接的焊接质量的改善与应用，虽然仍有少数参数设置、操作及螺柱材质 等因素引发的脱焊现象，但是焊接品质已有明显提升，装配脱焊率已由原万分之十（10%%）降低 到约万分之三（3%%）不仅提高车身螺柱焊接质量水平，同时也减小了现场 CO2 焊接返修工作 量，降低了返修成本消耗 希望本文能与广大同行分享车身螺柱焊工艺应用规律，共同提高螺柱焊接工艺质量水平 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 。