静音钢板焊接技术研究

2018-12-24黄西利

装备制造技术 2018年10期

黄西利，杨华，韦响

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545000）

随着汽车技术的不断发展和国内汽车市场的不断升级，国内各汽车公司为了增强产品竞争力，都在花费大量时间、精力和成本研究新工艺、新技术和新方法不断提升整车NVH性能，提高车内舒适度等。其中白车身采用静音钢板这种新材料就是提升性能最为显著的方法之一，目前已被越来越多地应用于汽车有阻尼减振或隔音要求的部件，如：汽车仪表板前围板、地板、车身雨水板、发动机阀盖和油底壳以及隔热部件等。凭着减振、隔音效果好、成本低的特定，静音钢板在汽车减震、降噪、减重及成本等方面具有不可比拟的优势，已被国内越来越多汽车厂家研究、试验和推广。

静音钢板是一种特殊定制的类三明治复合高分子阻尼减振隔音的金属材料，通过特制的粘弹性低膨胀的高分子阻尼材料作为中间减振层把上下两层冷轧钢材、铝材等金属材料粘接在一起，具有足够的粘结强度和塑性，金属性及低膨胀性。但由于此高分子材料的不导电性，给制造过程特别是焊接工艺造成很大困难。虽然随着新材料技术的发展，通过在阻尼材料中添加特定的导电材质已能使静音板具备一定地低导电性，但其焊接性依然较常规金属板材有非常大的差异。本文即针对静音钢钢板对于常用白车身焊接过程中出现的问题进行研究及验证，探讨相关的工艺设计方案。

1 静音板焊接工艺分析

1.1 静音钢板与普通板的电阻点焊差异

普通钢板的点焊是将搭接好的两层或三层钢板置于焊钳的电极头之间，在一定的电极压力下，利用工件间的电阻在焊接电流的作用下产生电阻热加热并局部融化母材达到金属间的焊接。而静音钢板因其钢板刚度降低、导电性下降、中间夹有高分子阻尼材料层，其点焊过程既不同于普通钢板的电阻点焊，也不同于在焊接件预涂胶层的胶接点焊。如果要把静音钢板和普通钢板焊接在一起，等于将三层钢板和一层树脂胶结合在一起（图1），树脂胶是已经固化了的带有弹性的低导电绝缘层。

图1 静音板电阻点焊示意图

1.2 静音钢板与普通板的螺柱弧焊差异

普通两层或者三层钢板上的螺柱焊或者螺母焊的母材都是单侧单层板材（图2），类似于堆焊的方式，一般母材最低板厚为0.7 mm，常用板材厚度为1.0mm，因此板材的抗变形能力和可焊性均比较好。然而静音板一般为0.5+0.5 mm或者0.7+0.3 mm的复合板，假如螺柱焊接在静音板上，则相当于焊接于0.5 mm或0.7 mm（0.3 mm钣金需要开避让孔）母材上（图3）。普通点焊和螺柱焊最低板厚要求为0.6 mm，因此相当于超薄板材的螺柱焊，板材强度急剧降低，极易焊穿。另外，由于高分子阻尼材料受热产生气体等其他杂质，也会影响焊缝质量，均会导致螺柱焊的焊缝成型差、强度低、焊后板材易拉扯变形、静音板材间分层等缺陷，常规金属板材的螺柱焊接工艺无法适应于静音板。

图2 普通钢板的螺柱焊

图3 静音钢板的螺柱焊

1.3 静音钢板与普通板的气体保护焊差异

静音板的气体保护焊特点主要表现为：焊接飞溅大、容易起火苗、焊缝成型差及气孔缺陷多等焊接缺陷，焊接接头强度趋弱。其主要是由于高分子阻尼材料的存在，焊接时类似点焊，使得原本两层焊的焊接匹配变成三层焊+高分组阻尼层的焊接匹配，并且焊接时高分子阻尼材料受热分解产生杂质、气体，致使焊接过程飞溅大，焊缝组织气孔多、咬边、成形差等焊接缺陷，因此静音板的气体保护焊焊接质量及强度低于普通钢板之间的焊接（图4）。

图4 静音板CO2气体保护焊示意图

2 静音钢板焊接试验

公司为了提升XXX车型的NVH性能，对前围板材料进行研究，采用静音钢板替代原前围板钢材（图5），前围板在生产制造过程中涉及到主要工艺：前围板与其他零件搭接的两层、三层电阻点焊、螺柱焊接、CO2气体保护焊等连接工艺。为了保证焊接制造的可靠性及稳定性，需要对静音钢板上相关焊接工艺进行相关研究测试。

图5 XXX车型前围板结构

静音钢板材料选型规格：本次试验主要采用1.0 mm钢板（0.5 mm+阻尼+0.5 mm、0.3 mm+阻尼+0.7 mm）规格的静音钢板进行试验（图6）。

图60 .5mm+阻尼+0.5mm静音钢板结构示意

2.1 静音钢板电阻点焊试验

根据工艺分析及统计：在实际造车过程中，前围板替换为静音钢板，主要与如下几种规格冷轧钢板焊接（表 1）.

表1 板材焊接组合

参数设计：以现有参数规范焊（现场采用硬规范），根据现有试验结果，建议初版焊接参数维持不变。根据现场破坏性试验再做微调（如脱焊虚焊，建议焊接电流+500A）。其中，对于四层板1.0+1.6+2.0+1.2、0.7+1.0+1.0+1.5及主导板厚 2.0 mm的特殊板材搭接未做验证。根据板材焊接组合选择合适的焊接参数，现有冷轧焊接参数如下（表2、表3）.