天窗頂蓋CMT焊接表面質(zhì)量控制方法研究

郭 峰

奇瑞汽車股份有限公司 安徽合肥 241006

頂蓋是汽車外表面件之一，其質(zhì)量的好壞直接影響整車的外觀，尤其是天窗頂蓋，不但影響汽車表面質(zhì)量，還可能與天窗產(chǎn)生配合問(wèn)題，造成漏水、噪聲等性能缺陷。

CMT焊接工藝

CMT（Cold Metal Transfer，冷金屬過(guò)渡技術(shù)）是一種全新的MIG/MAG焊接工藝，由于其熱輸入量比普通的MIG/MAG焊要低，因而命名為Cold。

1.CMT焊接技術(shù)特性

MIG/MAG焊是目前世界上應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的焊接工藝，但由于其熱輸入量高、變形大，飛濺無(wú)法避免，因而限止它在某些領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是在1mm以下的薄板更是其使用的“禁區(qū)”。而CMT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這種可能，它的特點(diǎn)是冷熱循環(huán)交替。

CMT技術(shù)主要特性[1]如下：

（1）熱輸入量低，產(chǎn)品表面變形小 CMT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了0電壓狀態(tài)下的熔滴過(guò)渡。當(dāng)短路電流產(chǎn)生時(shí)，焊絲停止前進(jìn)，并自動(dòng)回抽，熔滴進(jìn)入熔池，電弧熄滅，此時(shí)電壓為0，電流減小。在這種方式中，電弧自身輸入熱量的過(guò)程很短，短路發(fā)生，電弧即熄滅，熱輸入量迅速地減少。整個(gè)焊接過(guò)程即在冷熱交替中循環(huán)往復(fù)。

（2）無(wú)飛濺冷熔滴過(guò)渡 在短路狀態(tài)下焊絲的回抽運(yùn)動(dòng)幫助焊絲與熔滴分離。通過(guò)對(duì)短路的控制，保證短路電流很小，從而使得熔滴過(guò)渡無(wú)飛濺，避免了傳統(tǒng)MIG/MAG飛濺大造成的表面缺陷。

（3）橋聯(lián)能力強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)品匹配間隙裝配要求低CMT的熔滴過(guò)渡是在電流幾乎為0的情況下，通過(guò)焊絲的回抽把熔滴送進(jìn)熔池，持續(xù)輸入熱量的時(shí)間特別短，從而給熔池一個(gè)冷卻的過(guò)程，使焊縫形成良好的橋聯(lián)能力，從而降低了薄板工件的裝配間隙要求。

2.常用CMT焊接設(shè)備形式及應(yīng)用場(chǎng)景

鑒于以上產(chǎn)品特性，CMT焊接特別適合應(yīng)用于當(dāng)前汽車頂蓋、四門、車身等焊接場(chǎng)景：

1）超薄板的焊接。

2）MIG釬焊鍍鋅板。

3）鋼與鋁的異種連接。

目前奇瑞汽車采用的CMT焊接設(shè)備有兩種形式（見(jiàn)圖1），主要應(yīng)用于自動(dòng)化線的四門及頂蓋焊接；如圖2所示，CMT焊接系統(tǒng)主要應(yīng)用于人工線的四門及頂蓋焊接。

圖1 機(jī)器人CMT焊接系統(tǒng)

圖2 人工CMT焊接系統(tǒng)

天窗頂蓋CMT焊接表面質(zhì)量控制方法

雖然CMT焊接工藝相較于普通的MIG/MAG焊有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是對(duì)于該種新工藝的使用仍處于一種不斷探索的狀態(tài)。由于各種不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、不同工藝參數(shù)及不同使用工況，現(xiàn)場(chǎng)依然存在較多產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。

下面通過(guò)對(duì)奇瑞某款M車型頂蓋CMT焊接應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析，主要從焊接參數(shù)、焊縫位置、熔核大小及零件配合狀態(tài)等幾個(gè)方面分析CMT焊接質(zhì)量控制方法。

1.焊接參數(shù)對(duì)表面質(zhì)量的影響

通過(guò)選取不同的電壓、電流和送絲速度，發(fā)現(xiàn)在焊接電壓和送絲速度接近的情況下電流的變化對(duì)頂蓋表面變形的影響最為劇烈：電流過(guò)大容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象，過(guò)小有未熔合問(wèn)題（見(jiàn)表1）。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，一般來(lái)說(shuō)選取70A±2A的電流較為合適。

表1 不同焊接參數(shù)下的表面質(zhì)量

2.焊縫位置對(duì)表面質(zhì)量的影響

產(chǎn)品在需要焊接的位置做了工藝缺口以便確認(rèn)焊縫位置，在調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)采用相同的焊接參數(shù)，燒焊在不同的位置來(lái)驗(yàn)證焊縫位置對(duì)頂蓋表面質(zhì)量的影響。通過(guò)多輪實(shí)物驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，雖然CMT焊接產(chǎn)生的熱量較小，但是越靠近頂蓋表面位置燒焊，頂蓋表面產(chǎn)生的熱變形越大，而且焊縫質(zhì)量也不如遠(yuǎn)離豁口位置的外觀質(zhì)量美觀（見(jiàn)圖3）。因此建議CMT焊縫位置應(yīng)選取在工藝缺口10mm范圍內(nèi)，且盡可能遠(yuǎn)離頂蓋本體表面（焊接在內(nèi)外板料邊處）。

圖3 不同焊縫位置焊接效果對(duì)比

3.熔核大小對(duì)表面質(zhì)量的影響

通過(guò)對(duì)驗(yàn)證過(guò)程的不斷總結(jié)，發(fā)現(xiàn)熱變形是頂蓋表面變形的一個(gè)重要因素。除了焊縫位置，焊接熔核也成為排查的的一大要素。

在驗(yàn)證過(guò)程中注意到，隨著熔核變小，頂蓋表面變形有減弱的趨勢(shì)。為降低焊接產(chǎn)生的熱變形，又能保證足夠的強(qiáng)度，建議將焊縫熔核控制在5～6mm。

4.零件匹配間隙對(duì)表面質(zhì)量的影響

零件匹配狀態(tài)的好壞直接影響到焊縫質(zhì)量及焊接效率，當(dāng)零件間隙大于1.5mm之后出現(xiàn)嚴(yán)重變形及燒穿等問(wèn)題（見(jiàn)表2）。

表2 不同零件匹配間隙下的焊接合格率

為控制零件匹配間隙，建議在焊縫附近增加夾具夾緊點(diǎn)加以控制；同時(shí)為了能減少焊接熱量產(chǎn)生的影響，支撐塊也改為銅材質(zhì)，提高散熱效率。

結(jié)語(yǔ)

從前面的驗(yàn)證可以發(fā)現(xiàn)，焊接參數(shù)、焊接熱量和零件匹配對(duì)頂蓋CMT焊接質(zhì)量影響最為突出。

為了提升頂蓋CMT焊接表面質(zhì)量，可以通過(guò)以下方法提升：

（1）設(shè)計(jì)合理的參數(shù)[2]如調(diào)整焊接行走角度和行走速度，一般采用15°左右的推、拉焊法，此工藝參數(shù)也直接影響焊縫的成形。

（2）提高散熱效率 除了將夾具優(yōu)化為銅塊支撐外，還可以考慮優(yōu)化焊縫數(shù)量和間距（如：長(zhǎng)邊250～290mm、短邊120～150mm）；合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是工藝提升的有利基礎(chǔ)。