汽車常用焊接方法

1、1,汽車常用焊接方法,焊接是用加熱或加壓，或加熱又加壓的方法，在使用或不使用填充金屬的情況下，使兩塊金屬連接在一起的一種加工工藝方法。按焊接過程中金屬所處的狀態(tài)不同，可把焊接方法分為熔焊、壓焊和釬焊三大類，其中每一類又包括許多焊接方法。,2,焊接是汽車四大制造工藝之一，下表列舉了主要應(yīng)用到的焊接技術(shù)。相比較表中的傳統(tǒng)焊接技術(shù)，先進(jìn)焊接技術(shù)還包括激光焊，超聲波焊，異種材料焊接等。,表1 汽車制造常用焊接方法,3,一.焊條電弧焊 二.CO2氣體保護(hù)焊 三.電阻點(diǎn)焊 四.激光焊接 五.激光-電弧焊接的應(yīng)用 六.常見焊接缺陷,4,一.焊條電弧焊,焊條電弧焊即手工電弧焊，是利用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧

2、焊方法。是以焊條和焊件作為兩個(gè)電極，被焊金屬稱為焊件或母材。焊接時(shí)因電弧的高溫和吹力作用使焊件局部熔化。在被焊金屬上形成一個(gè)橢圓形充滿液體金屬的凹坑，這個(gè)凹坑稱為熔池。隨著焊條的移動(dòng)熔池冷卻凝固后形成焊縫。,焊接電源分為兩種，直流弧焊電源和交流弧焊電源。根據(jù)焊條牌號(hào)，工藝要求等因素選擇焊接電流。 焊條分為酸性焊條和 堿性焊條。含有氧化鈦的焊條是酸性焊條一種，可用于所有位置的焊接，特別適用于橫角/立角位置的接頭焊接。堿性焊條藥皮中含有大量的碳酸鈣、氟化鈣（螢石），多用于焊接中型和大型結(jié)構(gòu)，具有較高的焊接質(zhì)量、良好的機(jī)械性能和抗裂紋能力。但是清除熔渣較困難。,5,圖1 手工電弧焊焊接設(shè)備示意圖 圖

3、2 焊縫成形示意圖,圖3 手工焊縫實(shí)物圖,6,手工電弧焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：工藝靈活，適應(yīng)性強(qiáng)；可以適用于各種碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、低溫鋼和不銹鋼等材料的平、立、橫、仰多種位置以及不同厚度，結(jié)構(gòu)形狀的焊接。與氣焊、埋弧焊相比，手工電弧焊金相組織熱影響區(qū)小，接頭性能好。易于通過工藝調(diào)整來控制變形和改善應(yīng)力。 與此同時(shí)也具有很多缺點(diǎn)，對(duì)焊工的技術(shù)要求高，焊工的操作技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)直接影響焊接質(zhì)量的好壞；勞動(dòng)條件比較差， 焊工在焊接過程中時(shí)要求必須高度集中精力，而且還會(huì)受到高溫烘烤有毒、煙塵和金屬蒸氣的危害；生產(chǎn)率較低，焊接工藝參數(shù)選擇較小。,7,二. CO2氣體保護(hù)焊,CO2保護(hù)焊氣體保護(hù)焊的一種，必須設(shè)置

4、擋風(fēng)裝置才能施焊，通常還會(huì)配套煙塵凈化裝置。可分為自動(dòng)焊及半自動(dòng)焊兩種，對(duì)于較長(zhǎng)的直線焊縫和規(guī)則的曲線焊縫，可采用自動(dòng)焊；對(duì)于不規(guī)則的或較短的焊縫，則采用半自動(dòng)焊，目前生產(chǎn)上應(yīng)用最多的是半自動(dòng)焊CO2氣體保護(hù)焊。按照焊絲直徑可分為細(xì)絲焊和粗絲焊兩種。細(xì)絲焊采用直徑小于1.6mm,工藝上比較成熟，適宜于薄板焊接；粗絲焊采用的直徑大于或等于1.6mm，適用于中厚板板的焊接。 CO2保護(hù)焊采用明弧焊接，熔池可見度好，操作方便，適宜于全位置焊接。并且有利于焊接過程中的機(jī)械化和自動(dòng)化，特別是空間位置的機(jī)械化焊接。電弧在保護(hù)氣體的壓縮下熱量集中，焊接速度較快，熔池小，熱影響區(qū)窄，焊件焊后的變形小，抗裂性能

5、好，尤其適合薄板焊接。但是煙塵和飛濺較大，可通過技術(shù)手段解決。 在汽車制造工業(yè)中，逐漸代替了金屬焊絲惰性氣體保護(hù)焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊和埋弧焊，成為一種極為普及的工藝。,8,圖4 CO2氣體保護(hù)焊工作原理圖,9,CO2氣體保護(hù)焊作為一種高效節(jié)能的優(yōu)質(zhì)的汽車工藝焊接技術(shù)，在國(guó)內(nèi)的汽車制造行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，有效地解決了在焊接設(shè)備和混合氣體保護(hù)等技術(shù)上的問題的困擾，氣體保護(hù)焊可用在車門包邊等方面。,圖5 車門二氧化碳保護(hù)焊焊縫實(shí)物圖,10,三.電阻點(diǎn)焊,電阻點(diǎn)焊是利用電流通過工件及焊接接觸面間所產(chǎn)生的電阻熱，將焊件加熱至塑性或局部熔化狀態(tài)，再施加壓力形成焊接接頭的焊接方法。通常分為雙面點(diǎn)焊和單面點(diǎn)

6、焊兩大類。雙面點(diǎn)焊時(shí)，電極由工件的兩側(cè)向焊接處饋電，是最常用的方式，這時(shí)工件的兩側(cè)均有電極壓痕。點(diǎn)焊過程分為預(yù)壓，焊接，鍛壓，停止四個(gè)過程，時(shí)間極短。機(jī)械化、自動(dòng)化程度高。,圖6 電阻點(diǎn)焊工作過程,11,圖7 左后輪眉點(diǎn)焊 圖8 速騰側(cè)圍焊點(diǎn),12,電阻點(diǎn)焊具有的采用內(nèi)部熱源、熱量集中、熱影響區(qū)小、產(chǎn)品變形小，能獲得較好的表面加工質(zhì)量、易操作、不使用外加焊接耗材等特點(diǎn)，使其成為焊接質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化大規(guī)模生產(chǎn)的最常用的焊接方法之一，廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域，尤其是在車身，車門等部位的焊接。 其缺點(diǎn)在于焊接設(shè)備費(fèi)用高，為此應(yīng)該分析點(diǎn)焊焊接方式、工藝計(jì)劃與生產(chǎn)線的自動(dòng)化等問題，以做

7、到均衡生產(chǎn)。由于車身結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，整車尺寸大，搭接接頭多，剛性差、易變形，在焊接過程中容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力和變形，嚴(yán)重影響到車身制造質(zhì)量和穩(wěn)定性，這就要求焊接產(chǎn)品的尺寸精度和性能不斷提高，焊接過程的節(jié)拍和效率不斷提高。因此選用合理的焊接方法和工藝參數(shù)，決定了焊接質(zhì)量的好壞和焊接效率的高低。,13,四.激光焊接,激光焊是利用激光能作為熱源熔化并連接工件的焊接方法，對(duì)于一些特殊材料及結(jié)構(gòu)的焊接具有非常重要的作用。激光焊具有高能量密度，深穿透，高精度，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天，電子，汽車制造，核動(dòng)力等高新技術(shù)領(lǐng)域，并日益受到重視。焊接時(shí)，激光照射到被焊接材料表面，與其發(fā)生作用，一部分被反射，

8、一部分被吸收，進(jìn)入材料內(nèi)部。激光焊接加工時(shí)材料吸收的光能想熱能轉(zhuǎn)換是在極短時(shí)間內(nèi)完成的，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，熱能僅僅局限于材料的激光輻照區(qū)，然后通過熱傳導(dǎo)，熱量由高溫區(qū)傳向低溫區(qū)。金屬對(duì)激光的吸收，主要與激光波長(zhǎng)，材料性質(zhì)，溫度，表面狀況以及激光功率密度等因素有關(guān)。,14,圖9 典型激光焊接設(shè)備結(jié)構(gòu),15,按照激光對(duì)工件的作用方式和激光器輸入能量不同，激光焊可分為連續(xù)激光焊和脈沖激光焊。連續(xù)激光焊在焊接過程中形成一條連續(xù)的焊縫。脈沖激光焊輸入到工件上的能量是斷續(xù)的，脈沖的，形成一個(gè)圓形焊點(diǎn)。按激光聚焦后光斑作用在工件上功率密度的不同，一般分為熱導(dǎo)焊和深熔焊。激光焊接目前主要采用兩種激光器：氣體激光器

9、和YAG固體激光器，兩者可以彌補(bǔ)彼此的不足，兩者對(duì)比如表2所示。,表2 兩種不同激光器比較,16,圖10 車身激光焊接,圖11 激光焊縫外觀圖,圖12 激光焊和點(diǎn)焊對(duì)比圖,17,激光焊接技術(shù)具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)： (1)減輕了車身的重量。設(shè)計(jì)者可按不同厚度尺寸和材質(zhì)的材料合理組合，使結(jié)構(gòu)和剛度大大提高，重量減輕。 (2)原材料的利用率提高，減少余料，使廢料率下降。 (3）應(yīng)用于車身制造時(shí)，使汽車車身結(jié)構(gòu)功能提高，由于材料的強(qiáng)度厚度得到合理組合，結(jié)構(gòu)的剛度得到提高，抗碰撞性能也得到提高。 同時(shí)也有局限性： (1)因?yàn)榧す馄春赴宓纳a(chǎn)技術(shù)含量高，尤其是激光焊接的工藝控制對(duì)于精度的要求十分苛刻。此外，激

10、光焊接的成本較高，限制了此項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。 (2)由焊縫區(qū)組織變化所造成的成形性能下降和焊縫移動(dòng)等因素引起的工裝制造難題是激光焊接難點(diǎn)之一。,18,五.激光-電弧焊接,激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)是為了滿足特定的焊接加工要求， 綜合利用激光焊接和電弧焊接的優(yōu)勢(shì)， 將兩者物理性能和能量傳輸性能以恰當(dāng)?shù)姆绞饺诤系揭黄穑?形成的一種先進(jìn)的焊接技術(shù)手段。 激光-電弧復(fù)合焊接不是激光束與電弧兩種熱源簡(jiǎn)單的疊加， 而是通過兩種熱源之間的相互作用和形成了一種新的復(fù)合熱源。工作時(shí)，激光和電弧同時(shí)作用在金屬表面上同一點(diǎn)。與激光或電弧單一熱源焊接相比， 激光束與電弧之間的相互作用使得復(fù)合熱源的焊接特性產(chǎn)生顯著變化，表

11、現(xiàn)在焊接接頭的焊縫成形、 微觀組織和力學(xué)性能等特性不同于單一熱源焊接接頭。 激光電弧復(fù)合焊具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）提高了焊接過程的穩(wěn)定性。 （2）相比較而言，實(shí)現(xiàn)了高效率，低成本的焊接。 （3）可以增加焊縫熔深，改善焊接成型。 （4）減少焊接缺陷，提升焊接質(zhì)量。 （5）降低工作要求，提升焊接適應(yīng)性。,19,圖13 激光電弧復(fù)合焊接原理,圖15 激光電弧復(fù)合焊接設(shè)備實(shí)物,圖14 異種材料激光焊接拼焊板,20,表3 電弧，激光，激光-電弧焊接結(jié)果對(duì)比,圖 16 三種焊縫對(duì)比圖,21,德國(guó)大眾汽車公司輝騰( Phaeton) 系列車型的所有車門都采用了沖壓、 鑄件和擠壓成形的鋁件，且應(yīng)用了激光-MIG

12、 電弧復(fù)合焊接工藝技術(shù)，整個(gè)車門共計(jì) 48 條激光-電弧復(fù)合焊縫，長(zhǎng)度為 3570mm。 激光焊接焊縫 11 條， 長(zhǎng)度為 1030mm， MIG（熔化極惰性氣體保護(hù)焊） 電弧焊接焊縫 7 條， 長(zhǎng)度僅為380mm。,圖17 車門激光焊接 A：夾具 b：復(fù)合焊頭 c：車門內(nèi)板焊點(diǎn)分布,圖18 輝騰車門實(shí)物圖,22,激光-MIG 電弧復(fù)合焊接技術(shù)還應(yīng)用于全鋁車身奧迪 A8 車型的制造，整個(gè)車身激光-MIG 電弧復(fù)合焊接焊縫長(zhǎng)度共計(jì) 4500mm。,圖19 奧迪A8車身激光焊接,圖20 奧迪A8車身實(shí)物圖,23,六.常見焊接缺陷,焊接接頭的不完整性稱為焊接缺陷，主要有外觀形狀缺陷，咬邊，燒穿，氣孔

13、，夾渣，未焊透，未熔合，焊接裂紋等。這些缺陷減少焊縫截面積，降低承載能力，產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起裂紋，降低疲勞強(qiáng)度，易引起焊件破裂導(dǎo)致脆斷。其中危害最大的是焊接裂紋和未熔合。常用焊縫探傷方法有射線探傷，超聲波探傷，滲透探傷，磁性探傷等。,圖21 常見焊接缺陷,24,1.焊接裂紋 焊接件中最常見的一種嚴(yán)重缺陷。在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙。具有尖銳的缺口和較大的長(zhǎng)寬比。焊接裂紋不僅發(fā)生于焊接過程中，有的還有一定潛伏期，有的則產(chǎn)生于焊后的再次加熱過程中。按裂紋形成的條件，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等四類。根據(jù)不同

14、的裂紋形式，采取相應(yīng)的措施，可以避免焊接裂紋的產(chǎn)生。,圖22 焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致 的層狀撕裂示意圖,圖23 車門焊縫裂紋,25,2.未熔合 未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷。按所在部位，未熔合可分為坡口未熔合，層間未熔合和根部未熔合。未熔合是一種面積缺陷，應(yīng)力集中嚴(yán)重，危害性僅次于裂紋。主要原因是焊接熱輸入太低，電弧指向偏斜，坡口側(cè)壁不清潔，層間清渣不徹底等。通過適當(dāng)加大的焊接電流，正確地選擇焊接工藝參數(shù)，注意坡口及層間部位的清潔等方法可以避免。,圖24 未熔合分類示意圖,圖25 層間未熔合射線探傷底片圖,26,總結(jié) 焊接工藝是汽車制造四大工藝之一，具有自動(dòng)化與高速化的特點(diǎn)，能夠發(fā)揮出批量生產(chǎn)的優(yōu)越性。隨著科技的進(jìn)步，焊接技術(shù)會(huì)有更大的發(fā)展。一方面