汽車白車身點焊質量控制評價體系研究

李雪海

摘 要：點焊的焊接質量對整車安全性至關重要，文章分析了點焊的常見缺陷模式及其成因，列舉了“人工抽檢+離線工藝調整”的傳統質量檢驗方式，探討了“無損檢測+在線實時監控”的過程質量能力提升措施。關鍵詞：白車身;電阻點焊;質量評價;無損檢測;過程質量控制中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）08-191-03

Abstract：?The quality of spot welding is important to the safety of the whole vehicle. This article analyzes the common defects and corresponding causes of spot welding， lists the traditional quality inspection methods of "manual sampling?+offline process adjustment"， and discusses "non-destructive testing+online Real-time monitoring" process quality improve?-ment measures.Keywords：?Body-in-White;?Spot welding;?Quality evaluation;?Non-destructive testing;?Process quality controlCLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）08-191-03

前言

電阻點焊是將被焊工件壓緊于電極之間，并通以電流，利用電流流經工件接觸表面及鄰近區域產生的電阻熱，將其加熱到熔化或塑性狀態，形成金屬結合的焊接方式[1]，包括預壓、通電焊接、維持、休止四個循環過程。

點焊具有速度快、易于實現自動化、成本低廉等優勢，大量應用于汽車行業，通常一臺白車身包含3000～6000個焊點，因此白車身強度和使用壽命很大程度上取決于焊點質量。隨著C-NCAP和C-IASI等碰撞試驗法規日趨嚴格，消費者對車輛安全的要求越來越高，傳統點焊質量檢驗方式制造成本高、效率低、檢測不充分的弊端逐步凸顯，推動汽車企業建立健全焊接過程質量監控體系，實現焊點質量“無損檢驗+在線全檢+實時監控”模式[2]，本文對該過程質量能力模式進行了初步探討。

1 點焊常見缺陷模式及原因

焊接是一個熱量傳導、轉化的過程，焊接熱量Q=I2Rt，因此點焊質量缺陷大部分可以通過調整焊接時間（t）、焊接電流（I）、電極壓力等參數解決。

圖1展示了點焊常見的焊接缺陷。最嚴重的缺陷是漏焊，即應焊未焊、缺少焊點，將會直接影響該區域的連接強度，必須杜絕。可能的原因有：人為操作失誤遺忘或者焊錯位置、焊接參數設置不當等。

其次是虛焊，工件接觸點未獲得足夠的熱量導致沒有焊核，這種焊點經鑿測檢驗會脫開。可能原因有：電極頭磨損嚴重、焊接電流過小、板材之間膠水過多等。

第三是焊點壓痕深、不平整。通常壓痕深度15%以內是正常現象，但對于諸如用戶可見的外露焊點，其表面平整度等級要求較高，可以在焊接時加墊銅板來改善表面焊接質量。如果焊點壓痕超過30%或者傾斜扭曲，也會判定為焊接缺陷，可能的原因有：電極頭不對中、焊槍未與工件垂直、零件匹配差、焊接壓力過大、焊接時間太長等。

第四是焊接飛濺，形成的根本原因是塑性環來不及包圍熔化的金屬而飛出。根據飛濺形成時期是在焊接通電加熱的前期還是后期，分為“內部飛濺”和“外部飛濺”，具體形成原因要根據兩種不同的飛濺形成機理具體分析[3]。其它焊接缺陷的成因和分析過程類似，不再贅述。

2 傳統的點焊質量檢驗方式

目前汽車企業常用的檢驗方式主要分為非破壞性檢驗和破壞性檢驗。不同的檢驗方式側重于不同的質量檢驗特征，如表1所示。

非破壞性檢驗首先會用肉眼檢查焊點的數量、位置、壓痕平整度以及是否有飛濺、焊穿等外觀缺陷;隨后將待檢工件固定在強度檢測臺上，將鑿子置于兩塊板材中間，從焊點旁5-10mm處鑿過，如果焊點未開裂、零件未脫開，說明焊點質量合格，否則判定為不合格。但非破壞性鑿測檢驗也有一定的局限性，針對位置被覆蓋不可見焊點、高強度鋼焊點以及板材表面有較高平整度要求的焊點，該方法無法實施，會因檢測不充分導致安全隱患。

通過每班組4次的抽檢，每次檢驗25%焊點，并保證每把焊槍、每種零件組合、每種焊接參數的焊點至少抽取一點，做到每班組可檢驗焊點全覆蓋，最大程度的發現焊接缺陷。針對不合格焊點，操作人員要做好相關記錄，一方面進行前后道質量追溯，避免缺陷產品流出車間;另一方面通知技術人員離線調整工藝參數，從人、機、料、法、環等方面分析缺陷原因、制定整改措施。

破壞性檢驗通常使用鑿子或者沖擊鉆將焊點強力拉開，然后使用游標卡尺測量焊點熔核直徑，通過與理論最小焊核直徑對比，評價焊點質量是否合格。金相檢驗也是一種破壞性檢驗，將待檢焊點從中心切開，并對其磨削拋光，用一種適宜的腐蝕液（比如含2%乙醇的硝酸）使金相組織明顯可見，然后用50倍放大鏡或者顯微鏡，觀察橫磨面，評價焊點內部質量特征，如內部裂紋、焊核直徑小，焊點未熔合等缺陷。

破壞性檢驗雖然能全面、直觀的反映焊接質量，但勢必會導致白車身報廢，成本高昂且檢驗效率較低，因此整車廠通常只是進行定期抽檢（比如每生產10000臺白車身破壞性檢驗1臺），輔助非破壞性檢驗，對焊點質量進行評價。

3?點焊過程質量能力提升

傳統的質量控制采用抽樣檢驗方式，也被稱為事后質量控制。但質量控制應從源頭治理，預防越早越好。因此過程質量監控應運而生，通過實時檢測、監控焊接過程并排除質量控制環各環節中導致缺陷的因素，來確保產品質量穩步提升。

從提高檢測效率、降低質量檢驗成本的角度，各車企都在推廣超聲波無損檢測，該方法不破壞焊點原有形狀、不改變或不影響其使用性能，因此在車企獲得越來越多的關注與發展。具體有兩種檢驗形式：一種是利用超聲波檢測儀發射一個極短的高頻超聲波穿透焊點，然后反射回超聲波接收器，通過計算波的飛行距離、波峰以及衰減情況可以鑒別焊點的質量狀態;另一種是探頭涂抹耦合劑后可以直接對焊點內部狀態進行無損探傷并成像顯示，可以一目了然的判定焊點質量是否合格，如圖2所示。

在線實時檢測是提升過程質量能力的重要手段，方法之一是動態電阻評估法，專家研究出熔核直徑與動態電阻之間存在函數關系，如果能實時監測動態電阻值[4]，就可間接反映焊接質量。

基于該原理，使用UIR（U/I Regulator）自適應技術，也稱恒功率反饋系統，在常規焊槍的基礎上增加一個質量控制模塊，實時檢測電極桿兩端的焊接電壓U、焊接電壓I，計算出動態電阻R=U/I;然后動態調整焊接電壓和電流并能自動補償焊接擾動因素的影響（比如電極頭磨損、板材匹配差、分流等），以保證良好的焊接質量。目前該系統在提高電極壽命、降低焊接飛濺率方面有顯著作用，某車型2018年優化前后焊點飛濺率從60%降低到5%以下。

針對焊接過程中質量數據繁雜、可讀性差、無法互通的情況，我司還設計了一種基于物聯網技術的焊接過程質量控制系統，能夠實時獲取焊接過程數據、設備參數及報錯更改等信息，利用Power BI大數據智能分析軟件，搭建各類分析模型，實現各類焊接數據的關聯，可視化、多維度地展示焊接質量狀態，并具備智能報警和智能分析等功能，有效降低焊接缺陷率[5]。

這些“無損檢測+在線實時監控”模式的探索，將逐步提升汽車行業點焊的過程質量，促進車企優化、完善點焊的質量控制評價體系。

4 結論

電阻點焊在白車身中廣泛使用，其質量好壞直接決定了整車安全強度和使用壽命。“人工抽檢+離線工藝調整”的傳統質量檢驗方式雖然在過往質量控制評價體系下發揮了很大

作用，但隨著自動化、智能制造的程度加深，這些檢驗方式的局限性逐步凸顯。基于“無損檢測+在線實時監控”模式的點焊質量控制評價體系值得大范圍推廣使用。

參考文獻

[1] 錢光輝.車身制造中的點焊質量控制[J].現代零部件.2013（3）：79- 81.

[2] 夏裕俊，李永兵，樓銘等.電阻點焊質量監控技術研究進展與分析. 2020，31（1）：100-125.

[3] 曾清林，何深成.淺談白車身電阻點焊焊接飛濺影響因素及控制預防對策.汽車與駕駛維修 （維修版） 2019，（07），80-81.

[4] 路林，張文林.電阻點焊質量無損檢測技術的發展研究[J].焊接技術. 2018，47（12）：1-4.

[5] 李秀峻.基于物聯網技術的焊接過程質量能力提升研究[J].上海汽車.2020（2）：43-47.