轎車白車身螺栓焊接質量分析與改進

甄雯　馮志新

摘 要：在國產轎車白車身的生產過程中，螺栓凸焊質量一直是其關注的重要問題。本文基于螺栓凸焊工藝的技術特點，結合生產現場實際，對螺栓凸焊存在的問題及原因進行分析，并提出改進方法，以保證螺栓凸焊質量，促進國產轎車白車身的生產。

關鍵詞：螺栓凸焊;焊接缺陷;焊接飛濺;隨動性

中圖分類號：U463.82文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）31-0102-03

Analysis and Improvement of Bolt Welding Quality for Car Body in White

ZHEN Wen FENG Zhixin

（Beijing Polytechnic，Beijing 100176）

Abstract： In the production process of domestic car body in white， the quality of bolt bump welding has always been an important issue of concern. Based on the technical characteristics of bolt protrusion welding process and the actual production site， the problems and causes of bolt protrusion welding were analyzed， and improvement methods were put forward to ensure the quality of bolt protrusion welding and promote the production of domestic car body in white.

Keywords： bolt projection welding;welding defects;welding spatter;follow-up

轎車白車身生產過程中，螺栓采用凸焊工藝進行焊接。該螺栓在總裝裝配過程中需要承受較大的扭矩，所以對焊接質量的要求較高。但是，承載式車身是一種復雜的組合結構，在白車身上進行凸焊不可避免地存在一定的質量缺陷。所以，對該凸焊質量的分析和改進具有重要的現實意義。

1 凸焊工藝

1.1 凸焊工藝及其特點

凸焊指的是首先在待焊接件接合面上加工一個或者多個凸點，確保該焊接件可以同另一個焊接件的表面有接觸，在完成該項加工后，對焊接件進行加壓和通電加熱處理，當凸點被加壓潰敗之后，使以上接觸點形成焊點的一種電阻焊方法[1]。同其他電阻焊方法相比，凸焊焊接的電流相對較為集中，可以避免在電焊時由熔合偏移帶來的缺陷問題，所以，凸焊工件的厚度比可以在6∶1以上。

在焊接過程中，電極會隨著凸點逐漸被壓潰迅速降低，為避免因失壓帶來的飛濺問題，應選擇電極隨動性相對良好的凸焊機。在進行多點凸焊的過程中，可能會產生凸點位移，這一現象大多是由于焊接條件選擇錯誤，電流在通過時帶來的電磁力所引發的。該問題可能會導致接頭的強度有所降低。從實際焊接過程來講，由于凸點高度的不一致性，上下電極之間有平行度差異，單點移動和固定情況發生的概率較大。

1.2 凸焊的工藝參數

對凸焊來講，電極壓力、焊接的電流和時間都是其主要工藝參數。其中，電極壓力由凸點尺寸、被焊接金屬自身性能、單次的焊接凸點數量等組成。在凸點達到焊接溫度時，電極壓力會將焊接件完全壓潰，使兩個焊接件之間的貼合更加緊密。如果電極壓力相對較大，焊接件中的凸點就會被過早壓潰，能量無法在凸點集中，電流的密度也因此被減少，凸焊的獨特性作用和接頭強度也因此降低，使焊接質量受到影響;反之，會引發嚴重的飛濺現象，導致焊接缺陷產生，進而對焊接質量帶來負面影響。當工件的厚度和材料基本相同時，凸焊的焊接時間是由凸點剛度和焊接電流兩項因素決定的。在對低合金鋼和低碳鋼進行凸焊時，焊接電流和電極壓力屬于主要參與。當主要參數的合理值被確定后，可以通過調節焊接時間的方式來保證焊點選擇的精準性。

2 轎車生產過程中出現的螺栓凸焊質量問題

2.1 螺栓出現開焊

在實際生產過程中，螺栓出現開焊（如圖1所示）是較為常見的問題。通過扭矩檢驗發現，有缺陷的螺栓未達到規定扭距值就出現了開焊現象，對總裝車間的裝配造成了嚴重影響。為了排除故障，故障車需要停留在生產線上，而這會影響整條生產線的線速。目前采取的臨時補救措施是對凸焊完成后的螺釘加焊MAG焊固定。但這增加了工人的勞動強度和成本，有時MAG焊的飛濺還會造成螺栓的螺紋損壞，影響總裝車間的裝配。

2.2 螺紋表面形成焊瘤

在生產過程中，凸焊的螺紋表面會形成焊瘤（如圖2所示），這是一種嚴重的質量缺陷，使總裝車間在裝配安全氣囊的壓縮泵時，無法將螺母緊固到指定位置，影響裝配質量。對于這種質量缺陷，常用的處理方法是人工用鈑牙進行清理，極大影響生產線的線速，加大了工人的勞動強度。

3 螺栓凸焊質量問題原因分析

3.1 分流對焊接質量的影響

首先對焊接規范進行分析，如表1所示。

在對焊接操作規范進行分析的過程中，按照1.2mm的板厚，M6規格螺栓的規范標準對凸焊機進行調整。達到標準規范值后，進行試片焊接和扭矩檢測，脫落現象仍然發生。

通過與凸焊設備廠家技術人進行溝通了解到，由于轎車使用的凸焊機不是傳統固定工頻直壓式凸焊機，而是用移動式逆變式點焊機（如圖3所示）進行凸焊。逆變式電焊機主要借助脈沖幅度調制法對焊接電流進行調節。與同工頻焊機設備相比，此種焊機的控制精度更高，且能更加快速地達到目標的焊接電流。

在焊接過程中，晶閘管開關控制的工頻焊機，在半周范圍內只能對接通時間進行控制，不能對斷開時間進行控制。此外，第一周電流大多都是以上一次的焊接電流作為標準，逐步朝著目標電流進行調整，這也被稱為“預測型控制”。由于逆變式焊機使用的是脈沖幅度調制開關，所以，其屬于“決定型控制”，可以根據需求在預訂條件到達時將電流切斷，隨之提升頻率。因此，逆變式焊機達到目標電流的時間可比工頻縮短90%以上。但是，逆變式焊機靈敏度較高，分流對焊接效果影響很大。焊接螺栓為M6，而電極凸焊模為M8。螺釘在凸焊模中匡量較大，螺栓與電極凸焊模內部接觸產生分流，從而影響焊接質量（如圖4所示）[2]。

3.2 飛濺對焊接質量的影響

在凸焊加熱金屬的過程中，焊接處受溫度影響會熔化成液體，受焊接位置金屬膨脹力性質的影響，電極出現上下推移，使焊接區域上外加壓力隨之降低，無法及時得到擴展，加熱速度快，液化金屬和塑性變形金屬無法順利向四周流布形成相應的塑性環，熔化區被封閉，氣壓逐步升高，產生焊接飛濺問題。焊接飛濺的產生會帶走熔化區大量的金屬，在熔化區形成一個凹坑，導致接觸位置形成空洞。在焊接飛濺路線上，也會形成相應的隧道，隧道孔基本都小于空洞面積，外界氣體通過這個隧道進入空洞中。受焊接熱能和壓力的作用，金屬在焊接過程中容易產生位錯移動、攀移及金屬液流的情況，致使隧道滯后于空洞，形成堵塞。

飛濺產生的原因大致有以下幾方面：①焊接表面狀態的影響;②沖擊電流的影響;③焊機隨動性的影響;④塞貝克效應對焊接飛濺的影響;⑤電源波動的影響。

4 凸焊質量的改進措施

①對于分流的控制，可使用絕緣材料制成電極凸焊模內絕緣套（如圖5所示），以杜絕分流現象的發生。加電極凸焊模內絕緣套后，能有效起到絕緣作用，杜絕了分流的產生（如圖6所示）。

②為了控制飛濺現象，在焊接前要嚴格控制焊接平面的平行度和凸點的尺寸公差，清除待焊表面的污物、銹、水等，使表面的狀態達到焊接要求。同時，焊機應在焊接前通流動水冷卻（流出的水溫不得超過40℃），電極臂溫不得超過70℃，還要清除電極臂活動處的污物，使焊鉗活動靈敏，保持良好的隨動性。

焊接電源應配制穩壓電源或單獨接電源，防止外界影響形成電壓波動。

焊接電極采用圓錐弧面（工作面）電極，在電極對中性良好時，受金屬塑性變形和加熱后金屬液流的流布作用及焊接處外圍溫度的影響，可以增強塑性環對焊接處的膨脹抗力。造成焊接飛濺形成焊瘤的焊鉗，電極表面由于與螺栓帽頻繁接觸而形成凹坑（如圖7所示），使兩個電極表面不能嚴密接觸，從而導致加熱后金屬液流的流布不均勻，進而形成飛濺和焊瘤。因此，必須經常修整電極表面，保持電極間配合良好，并按時更換電極，使電極尺寸不低于規定尺寸。

在采取了上述改進措施后，凸焊的飛濺和焊瘤大大減少，焊接質量大為改善。實踐證明，上述措施較為有效地提高了焊接質量（如圖8和圖9所示）。

5 結論

在實際生產過程中，結合理論知識，通過一系列分析和技術改造，使螺栓凸焊的質量缺陷得到明顯改善。此項改造可減少MAG焊的補焊時間和螺栓焊瘤的清理時間，提高了工作效率。同時，由于取消了MAG焊補焊，節約補焊所需的焊絲，減少了物料的使用。

參考文獻：

[1]冀殿英.焊接手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2]孫啟政.論點焊和凸焊中的飛濺[J].航空精密制造技術，1999（5）：22-25.