汽车热成型板焊接质量控制研究

2021-03-31

科学与信息化 2021年8期

重庆卓通汽车工业有限公司重庆 401120

前言

为了保持我国能源与环境的可持续发展，汽车制造业开始重视汽车制造过程中的节能减排，因为降低车身重量可以有效减少汽车油耗从而达到节约能源的目的，热成型板的重量轻且安全性能优的特点，逐渐取代普通钢板。但是由于热成型板的内在结构复杂，其在焊接过程中，很难对焊接质量进行把控，因此焊接方式、焊接设备及焊接工艺对于焊接质量有着很大的影响。

1 汽车热成型板的概况及应用现状分析

1.1 汽车热成型板的概况

热成型钢板表现出来的物理特性为：硬度高且耐高温，特别容易导致焊核的脆化，严重时会降低焊接接头的韧性及塑性，焊核裂纹的增加。使得在焊接过程中极易产生飞溅及毛刺，加大了焊接质量的控制难度及焊接成本。

1.2 汽车热成型板的应用现状

二十世纪九十年代后期，热成型钢板开始在汽车制造中得以应用，主要以日产车为主，当时全车零部件的热成型板的应用比例大概为15%，到了二十世纪年代末，热成型板的应用超过了30%。由于热成型板的硬度高、质量轻的特性，迅速在汽车制造业中被广泛应用。

2 汽车热成型板的焊接性分析

2.1 热成型板的可焊性分析

在热成型板进行焊接过程中，由于快速的加热、冷却，会使焊点的脆性增强，并且在焊接过程中会产生飞溅和毛刺，导致热成型板的焊接质量很难得已控制。

2.2 热成型板的焊接工艺

在对热成型板进行焊接过程中，通常有三种焊接工艺。其一，在弱规范焊接之后对焊接的零件进行全面的热处理。但并不适合生产焊接；其二，利用更弱的规范进行焊接，不作任何热处理，特点是焊接速度慢，焊接变形较大；其三，利用强规范进行焊接，立即进行热处理。由于短时间内对热成型板进行重新加热对其钢的机械性能有很大的影响，所以，重复加热时不可以超过钢的重结晶温度，保证热处理的有效性。

3 汽车热成型板的焊接质量控制实例分析

3.1 焊接材料的选择

以某车型汽车的B柱的焊接材料信息如下表所示：

表1 某车型B柱的焊接材料信息

3.2 焊接设备的选择

在汽车热成型板焊接过程中主要应用两种焊接设备，分别为：中频直流焊机以及伺服焊枪。

中频直流焊机：由于中频直流焊机在焊接过程中，其焊接电流是不经过零点的，这就使得热成型钢板等脆硬型材料在焊接的时候减小了产生裂纹的风险，这也是与交流焊机相比，中频直流焊机的优势所在。此外，因为中频直流焊机在工作过程中所产生的电流没有很明显的峰值电流，几乎为完全的直流电流，可以保证焊核的尺寸趋于稳定，明显减小焊接过程中的飞溅现象[1]。中频直流焊机由于其控制线路的设计特别精确，在焊接过程中有较强的抗干扰能力，且热效率相对较高，可以保证整个焊接过程中，焊接质量的稳定性。

伺服焊枪：由于在物理性质方面的差异，汽车热成型钢板的硬度要远大于普通钢板的硬度，因此，所应用的焊接压力要大于普通钢的焊接压力。伺服焊枪恰好可以达到比较高的焊接压力，且其可控性能比较稳定。相比于气动焊枪，伺服焊枪的焊接压力来源于伺服电机，因此显而易见，电机的稳定性更好一些，可以进一步保证焊接质量。

3.3 焊接过程中飞溅及毛刺的有效控制办法

在热成型板焊接过程中，易形成飞溅及毛刺现象，由于热成型板硬度高，焊后再进行毛刺的打磨十分困难，并且打磨的成本也很大。

（1）飞溅及毛刺的形成原因。由于热成型钢的耐热性质，在高温情况下的抗拉强度也很高，因此在焊接过程中应当选择相对较低的电流焊接，但所采用的压力必须为高电极压力。若在焊接过程中的压力较小，就会因为压力小而产生飞溅现象，从而在热成型板上形成气泡，影响焊接质量。其次，焊钳结构不合理，伺服电机的安装方式无法做到最大扭矩进行工作，也会导致电极压力偏小的问题发生，从而导致飞溅现象发生。

（2）减少飞溅及毛刺现象，提高焊接质量的控制办法。在提高焊接质量的过程中，应当首先考虑影响焊接质量的原因，对症下药才能有效提高焊接质量[2]。在实例中，可以选用合理的焊钳结构，例如焊接压力可达6000N的大压力焊钳；焊机由中频直流焊机换为三相交流变频焊机。因为三相交流变频焊机是三相电源输入，对电流的相应比较迅速，保证了焊点的稳定性，减少飞溅现象的发生，其次，其焊接时间较短，可以节省焊机用电。在此次实例中，相比于三相交流变频焊机，中频直流焊机所表现出来的不足之处为焊接过程需要持续加热，导致热成型板热量过大，形成飞溅及毛刺。