汽车零部件焊接工艺研究

彭广新

【摘要】随着经济的不断发展，汽车制造业占据着国民经济增长的首要地位。零部件焊接质量直接影响着汽车的整体质量。本文从焊接的概述、焊接在汽车零部件中的作用、汽车零部件的焊接工艺等几个方面进行了分析。

【关键词】汽车；零部件；焊接

　　一、前言

近年来，由于汽车行业的不断壮大，汽车零部件的焊接工艺问题得到了人们的广泛关注。虽然我国在此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进，在科学技术突飞猛进的新时期，加强零部件焊接工艺技术的研究，对我国汽车制造行业的发展有着重要意义。

二、焊接的概述

焊接是现代机械制造业中一种必要的工艺方法，在汽车制造中得到广泛的应用。汽车的发动机、变速器、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。在汽车零部件的制造中，点焊、凸焊、缝焊、滚点（凸）焊、焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊、钎焊、摩擦焊、电子束焊和激光焊等各种焊接方法中，由于点焊、气体保护焊、钎焊具有生产量大、自动化程度高、高速、低耗、焊接变形小、易操作的特点，所以特别适合汽车车身薄板覆盖零部件的焊接，因此在汽车生产中应用最多。

三、焊接在汽车零部件中的作用

汽车车身零部件为金属薄板壳体结构，主要由薄板冲压件经电阻点焊或CO2气体保护弧焊等粘结而成。汽车车身装焊生产的主要任务就是完成汽车车身(即白车身)的制造。对于轿车来说，车身焊装线一般是由地板总成线、左右侧围总成线、前围(仪表台横梁)、后围(后行李仓托架)线、顶棚线、门盖总成线、车身总成线(主线)等组成。各分总成线又由很多合件、组件及零件焊装工位组成。汽车车身焊接的基本特征就是组件到部件再到总成的一个组合过程，因此汽车零部件的焊接精度决定着车身分总成组件的焊接精度，最后影响和决定着车身焊接总成的焊接精度与质量。因此，汽车零部件的制造过程中，对焊接工艺提出了较高的要求。

四、汽车零部件的焊接工艺

焊接是汽车生产流水线上一项不可或缺的加工工序。汽车最主要的车架、车桥、车身、车厢、变速箱、发动机等几大零部件的加工，也都离不开焊接。目前，在汽车生产制造中使用的焊接工艺有很多种，如CO2气体保护焊、电阻焊、氩弧焊、电弧焊、激光焊等。在这些焊接工艺中，CO2气体保护焊、电阻焊具有生产量大、焊接变形小、效率高、便于操作、自动化程度高、低能耗等特点，比较适合汽车车身薄板覆盖零部件以及车厢、车架和车桥等的焊接。

1、CO2气体保护焊

CO2气体保护焊主要是以CO2为保护气体的一种焊接工艺，其优点是：

（1）焊接成本低，仅为焊条电弧焊成本的50%左右；

（2）生产效率高，是焊条电弧焊的2~4倍；

（3）便于操作，由于是明弧焊接，所以对工件的厚度要求不限，并且还可以进行全方位焊接及向下焊接；

（4）焊缝具有较高的抗裂性，由于焊缝低氢且氮的含量较少，所以其抗裂性能较高；

（5）焊后变形相对较小，角变形仅为0.5%，不平度仅有0.3%。

该焊接工艺主要用于汽车车身蒙皮、后桥车、架以及车箱等的焊接。

2、电阻焊

电阻焊是将被焊工件压紧在两电极之间，然后施加一定的电流，并利用电流流经工件接触面或邻近区域时所产生的电阻热效应，将工件加热至熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种焊接工艺。电阻焊的具体优点如下：

（1）焊接成本低，电阻焊无需使用焊条、焊丝等填充金属，并且也不需要氢、氧、乙炔等焊接材料，所以其总的焊接成本较低；

（2）操作简便，能够实现自动化和机械化，降低了劳动强度，改善了劳动条件；

（3）无噪声及有害气体；

（4）加热时间短，且热量集中，热影响区域小，变形与应力也很小；

（5）焊后无需校正和热处理

3、激光焊

激光焊是以聚焦好的激光束作为能源轰击焊件，并通过这一过程所产生的热量进行焊接。其主要优点如下：

（1）热影响区间变化范围小，因热传导产生的变形也相对较低；

（2）无需使用电极，没有电极污染，并且该焊接工艺不属于接触式焊接，能够降低机具的变形和耗损；

（3）不受空间限制，可焊接小型或间隔较近的零部件；

（4）可焊接的材质种类范围广，并且可接合各种不同材质的材料，或不同物性的两种金属；

据有关数据表明：一台激光焊接机器人，能够代替3~4台电阻焊机器人，如果在加工一个车身上充分利用激光焊接，则可减少焊件准备工装投资车身密封以及材料消耗等费用约合150美元左右，并且还可将钢材利用率提高50%。

五、实例分析

1、案例概述

某汽零部件是公司主要产品之一。传统工艺上，加工此类部件一般是先进行点焊、铆接，最后进行CO2气体保护焊。在多次生产过程中，CO2气体保护焊焊缝镀锌总是出现镀不上或黑斑等缺陷，之后多次进行工艺改进，添加去焊渣工序，虽然镀后焊缝效果有所改善，但零件外观较差，添加新工序后严重耗费人力工时，并滞后生产进度。针对这种状况，对该部件工艺研究势在必行。

2、工艺分析

（1）材料化学成分及力学性能分析

部件组成材料主要包括圆钢丝A、钢板B。其中，A材料为中碳钢，锰含量较高，力学性能良好；B材料为低碳钢，塑性较好。

（2）材料焊接性分析

材料B为低碳钢钢板，含碳量及其他合金元素均较少，因而该材料的焊接性好，一般不需采取特殊的工艺措施即可得到优质的焊接接头。另外，低碳钢几乎适用各种焊接方法进行焊接。材料A为中碳钢棒料，含碳量较高，焊接性较低碳钢差。焊接时一般采取焊前预热焊后缓冷的办法处理，预热可以减小冷却速度，降低近缝区的淬硬倾向，改善焊接接头的塑性，减小焊接残余应力。

（3）选择合适焊接工艺

根据我公司设备能力和生产状况，倾向用电阻焊代替CO2气体保护焊。电阻焊生产效率高，劳动条件好，工件变形小，容易实现机械化和自动化，成本低。

首先，分析零件结构。材料A为Φ7.2mm，材料B厚度2.0mm。若采用点焊方式，由于这两种焊接件材料不同，厚度不等，焊接熔核将不对称于其交界面，而是向厚度大，导热、导电性能差的一侧偏移，偏移的结果将使锁板焊透率减小，焊点强度降低。同时，生产上一般采用双面单点焊模式，焊后工件两侧均有压痕，影响外观。因此，考虑采用凸焊技术。

3、试验论证

（1）夹具、电极设计

根据图样要求，设计焊接夹具一套，上下电极各一副。设计原则：定位准确，配合合理。

（2）焊前准备

主要包括以下三点：

第一，取待焊件若干件，要求过量具合格，外观合格。

第二，对部分零件进行压包处理。考虑到待焊面为圆弧面，而常规圆球形及圆锥形凸点不利于接触定位，故改为长形凸点，变成线接触，以增加熔核尺寸，提高焊点强度。

凸点设计方案：沿焊缝中心位置对称压包，左右各一个，间距8mm，凸点尺寸：长4mm*宽3mm*高1.5mm，长方向与A垂直方向，进行压包处理。

第三，对所有试验件进行表面清理，去油污、锈迹，并对所有试验件进行编号。

（3）确定焊接参数

试验采用凸焊机，主要焊接参数：压力、行程时间、预压周数、加压周数、焊接周数、热量调节量、维持时间及次级空载电压。

撕破试验是检验焊点的最常用方法，操作简单，效果明显。

第一，撕破试验是用外力撕开焊缝，优质焊点的标志：在撕开试样的一片上有圆孔，另一片上有圆凸台。有时也可以通过撕开的断口判断熔核的直径。

第二，试验工具有虎头钳、撕破锹和锤子。

第三，试验现象及结论。

结论：凸焊样件经多次锤击仍无法撕破，点焊样件锤击后B材料有明显撕破痕迹，A材料上有明显凸台，在特定冲击范围内，凸焊样件焊接接头牢固可靠。

通过对该部件的工艺研究，发现该部件采用凸焊技术成形是可行的。显然，这一技术上的改进，让我们对该部件的焊接方法有了新的认识，加工手段也有了更多选择。

（1）凸焊作为电阻焊中的一种，也是点焊的一种变形。在相同的技术条件下，凸焊在处理焊缝熔核偏移等问题上更具优势。由于电流密度集于凸点，电流密度大，故可用较小的电流进行焊接，并能可靠地形成较小的熔核。

（2）在一个焊接循环内可同时焊接多个焊点。不仅生产率高，而且没有分流影响。原采用CO2气体保护焊生产速度为200个/h，现采用凸焊方法生产速度可以达到500个/h。

六、结束语

通过对汽车零部件焊接工艺的问题研究，进一步明确了焊接工艺在汽车零部件加工中的重要性。因此，在汽车零部件的后续加工中，要加强焊接工艺技术水平的提高，促进汽车制造业的发展。

参考文献：

[1]刘昌雄 车身焊装技术的发展趋势 中国汽车工程学会制造分会 2009年