汽車關(guān)鍵制造工藝——焊接

焊接是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中一種必要的工藝方法，在汽車制造中得到廣泛的應(yīng)用。

主要內(nèi)容：

一、焊接的定義和分類

二、常見(jiàn)的焊接方法及其優(yōu)缺點(diǎn)

三、焊接缺陷及其控制方法

四、汽車焊接新技術(shù)和新方向

一、焊接的定義和分類

焊接的定義：焊接是指通過(guò)加熱或者加壓，或者兩者并用；加或不加填充材料；使兩分離的金屬表面達(dá)到原子間的結(jié)合，形成永久性連接的一種工藝方法。

常見(jiàn)的焊接方法有熔焊，壓焊和釬焊三種，詳細(xì)的分類方法如下表所示。

熔焊：焊接過(guò)程中，將焊接接頭在高溫等的作用下至熔化狀態(tài)。由于被焊工件是緊密貼在一起的，在溫度場(chǎng)、重力等的作用下，不加壓力，兩個(gè)工件熔化的融液會(huì)發(fā)生混合現(xiàn)象。待溫度降低后，熔化部分凝結(jié)，兩個(gè)工件就被牢固的焊在一起，完成焊接的方法。

壓焊：利用焊接時(shí)施加一定壓力而完成焊接的方法，壓力焊又稱壓焊。鍛焊、接觸焊、摩擦焊、氣壓焊、冷壓焊、爆炸焊屬于壓焊范疇。

釬焊：采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。

焊接方法分類

二、常用的焊接方法及其優(yōu)缺點(diǎn)

點(diǎn)焊

電焊示意圖

屬于電阻焊的一部分，將被焊金屬工件壓緊于兩個(gè)電極之間，并通以電流，利用電流經(jīng)過(guò)工件接觸面及臨近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，將其局部加熱到熔化成塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種連接方式。點(diǎn)焊是一種高速、經(jīng)濟(jì)的連接方法。它適于制造可以采用搭接、接頭不要求氣密、厚度小于3mm的沖壓、軋制的薄板構(gòu)件，點(diǎn)焊要求金屬要有較好的塑性。這種方法廣泛用于汽車殼體、配件、家具等低碳鋼產(chǎn)品的焊接。

優(yōu)點(diǎn)：

熔核形成時(shí)始終被塑性環(huán)包圍，熔化金屬與空氣隔絕，冶金過(guò)程簡(jiǎn)單。

加熱時(shí)間短，熱量集中，故熱影響區(qū)小，變形與應(yīng)力也小。通常在焊后不必安排較正和熱處理工作。

無(wú)需焊絲、焊條等填充金屬，以及氧氣、乙炔、氬氣等焊接耗材，焊接成本低。

操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

生產(chǎn)率高，噪聲小且無(wú)有害氣體。

缺點(diǎn)及局限性：

目前還缺乏可靠的無(wú)損檢測(cè)方法，焊接質(zhì)量只能靠工件試樣和工件的破壞性試驗(yàn)來(lái)檢查，靠各種監(jiān)控和監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)保證。

點(diǎn)、縫焊的搭接接頭不僅增加了構(gòu)件的質(zhì)量，而且因在兩板間熔核周圍形成尖角，致使接頭的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均較低。

設(shè)備功率大，機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高，使設(shè)備的成本較高，維修較困難。

MIG焊

熔化極氣體保護(hù)電弧焊是采用連續(xù)等速送進(jìn)可熔化焊絲與焊件之間的電弧作為熱源熔化焊絲和母材金屬，形成熔池和焊縫的焊接方法。為了得到良好的焊縫應(yīng)利用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)熔滴、熔池金屬及焊接區(qū)高溫金屬免受周圍空氣的有害作用。

優(yōu)點(diǎn)：

GMAW法可以焊接所有的金屬和合金。

克服了焊條電弧焊法條長(zhǎng)度的限制。

能進(jìn)行全位置焊。

電弧的熔敷率高。

焊接速度高。

焊絲能連續(xù)送進(jìn)，所以得到長(zhǎng)焊縫沒(méi)有中間接頭。

由于產(chǎn)生的熔渣少，可以降低焊后清理工作量。

它是低氫焊方法。

焊接操作簡(jiǎn)單，容易操作和使用。

缺點(diǎn)及局限性：

焊接設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格較貴又不便于攜帶。

因焊槍較大，在狹窄處的可達(dá)性不好，因此影響保護(hù)效果。

室外風(fēng)速應(yīng)小于1。5m/s，否則易產(chǎn)生氣孔，所以室外焊接應(yīng)采取主風(fēng)措施。

GMAW是明弧焊，應(yīng)注意預(yù)防輻射和弧光。

螺柱焊：

將金屬螺柱或類似的其他金屬緊固性（栓、釘?shù)龋┖附拥焦ぜㄒ话銥榘寮┥先サ姆椒ń凶雎葜浮?a href="http://www.qlightnano.com/hanjiejishu.html" class="tag-link">螺柱焊接技術(shù)是為提高焊接質(zhì)量和效率而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)專業(yè)焊接技術(shù)。通過(guò)螺柱焊接的方法，我們可以將柱狀金屬在5ms~3s的短時(shí)間內(nèi)焊接到金屬母材的表面，焊縫為全斷面熔合。由于焊接時(shí)間短，焊接弧度高，焊接能量集中，操作方便，焊接效率高，對(duì)母材熱損傷小等特點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在汽車等行業(yè)。實(shí)現(xiàn)螺柱焊的方法有電阻焊、摩擦焊、爆炸焊以及電弧焊等。

優(yōu)點(diǎn)：

焊接時(shí)間短，只有1-3ms，空氣來(lái)不及侵入焊接區(qū)，焊接接頭已經(jīng)形成，因此無(wú)需保護(hù)措施。

螺柱直徑與被焊工件壁厚之比可以達(dá)到8-10，最小板厚約0.5mm。

不用考慮螺柱長(zhǎng)度的焊接收縮量，這是因?yàn)槿艹睾苄?，而且接頭是塑性連接。

接頭沒(méi)有外部可見(jiàn)的焊腳，不需要進(jìn)行接頭外觀質(zhì)量檢查，不會(huì)有氣孔、裂紋等缺陷。

TIG焊

在惰性氣體的保護(hù)下，利用電極與母材金屬（工件）之間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的焊接過(guò)程。
優(yōu)點(diǎn)：

惰性氣體不與金屬發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，也不溶于金屬，為獲得高質(zhì)量的焊縫提供了良好條件。

焊接工藝性能好，明弧，能觀察電弧及熔池，即使在小的電流下電弧仍然燃燒穩(wěn)定，焊接過(guò)程無(wú)飛濺，焊縫成型美觀。

容易調(diào)節(jié)和控制焊接熱輸入，適合于薄板或?qū)崦舾胁牧系暮附印?/p>

電弧具有陰極清理作用。

適用于全位置焊，是實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型的理想方法。

缺點(diǎn)及局限性：

熔深較淺，焊接速度較慢，焊接生產(chǎn)率較低。

鎢極載流能力有限，過(guò)大的電流會(huì)使焊接接頭的力學(xué)性能降低，特別是塑性和沖擊韌度降低。

對(duì)工件的表面要求較高。

焊接時(shí)氣體的保護(hù)效果受周圍氣流的影響較大，需采取防護(hù)措施。

生產(chǎn)成本較高。

凸焊：

凸焊同點(diǎn)焊一樣，均屬于電阻焊，凸焊與點(diǎn)焊的差別在于，凸焊的工件上需要預(yù)制一定形狀和尺寸的凸點(diǎn)，焊接過(guò)程中電流通路面積的大小決定于凸點(diǎn)尺寸，而不像點(diǎn)焊那樣決定于電極端面尺寸。

優(yōu)點(diǎn)（與點(diǎn)焊相比較）：

一次同電可以同時(shí)焊接多個(gè)焊點(diǎn)，不僅生產(chǎn)率高，而且沒(méi)有分流影響。

電流密集于凸點(diǎn)，與點(diǎn)焊相比，焊接電流分布更集中，故可用較小電流進(jìn)行焊接，并能可靠地形成較小的熔核。

凸點(diǎn)的位置準(zhǔn)確，尺寸一致，各點(diǎn)的強(qiáng)度比較均勻。

電極的磨損量比點(diǎn)焊小，因而大大降低了電極的保養(yǎng)和維修費(fèi)用。

與點(diǎn)焊相比，工件表面的油、銹、氧化皮、鍍層和其他涂層對(duì)凸焊的影響較小。

可以焊接一些點(diǎn)焊難以焊接的板厚組合。

缺點(diǎn)及局限性（與點(diǎn)焊比較）：

需要沖制凸點(diǎn)的附加工序。

有時(shí)電極比較復(fù)雜。

當(dāng)一次同電焊接多個(gè)焊點(diǎn)時(shí)，需要使用高電極壓力、高機(jī)械精度的大功率焊機(jī)。

三、焊接缺陷及其控制方法

1.未熔合

主要是焊縫金屬和母材之間或焊道金屬和焊道金屬之間未完全熔合的部分，即填充金屬粘蓋在母材上或者是填充金屬層間而部分金屬未熔合在一起。

防止措施：

稍減焊接速度，略增焊接電流，使熱量增加到足以熔化母材或前一層焊縫金屬；

焊條角度及運(yùn)條應(yīng)適當(dāng)，要照顧到母材兩側(cè)溫度及熔化情況；對(duì)由熔渣、臟物等所引起的未熔合，要加強(qiáng)清渣，將氧化皮等臟物清理干凈；

注意分清熔渣和鐵水，焊條有偏心時(shí)應(yīng)調(diào)整角度使電弧處于正確方向；

氣體保護(hù)焊尤宜控制焊接速度不要過(guò)高，電弧電壓偏低，維持一定的弧長(zhǎng)，保持射流過(guò)渡，而且優(yōu)先應(yīng)用氦混合氣體作為保護(hù)氣體；

半自動(dòng)焊或埋弧自動(dòng)焊場(chǎng)合，焊絲直接對(duì)準(zhǔn)接頭根部以確保根部焊透。

2.咬邊

咬邊是焊接過(guò)程中，電弧將焊縫邊緣熔化后，沒(méi)有得到填充金屬的補(bǔ)充，在焊縫金屬的焊趾區(qū)域或根部區(qū)域形成溝槽或凹陷。

防止措施：

選用合適電流，避免電流過(guò)大；

控制焊接速度，使其必須滿足所熔敷的焊縫金屬完全充填于母材所有已熔化的部分；

采用擺動(dòng)工藝時(shí)，在坡口邊緣運(yùn)條稍慢些，焊條應(yīng)做短時(shí)停頓，以使焊縫金屬與鄰接板料之間的溫度相近，在坡口中間運(yùn)條速度要快些，并使填充金屬與基本金屬混合均勻；

手工焊要控制焊條的位置，在角焊時(shí)，焊條要采用合適的角度和保持一定的電弧長(zhǎng)度，保持運(yùn)條均勻，既要保證完全熔化，又要使焊接熔池形成飽滿的外形；

盡量采用短弧焊；

當(dāng)有可能形成過(guò)量咬邊時(shí)，應(yīng)盡量避免在水平位置施焊角焊縫，而采用船形位置焊接；

過(guò)量的擺動(dòng)也容易形成咬邊，可采用多道焊工藝克服這一缺陷。

3.焊瘤

焊瘤是過(guò)量的焊縫金屬流出基體金屬熔化表面而未熔合，這種金屬是由于熔池溫度過(guò)高，使液體金屬凝固較慢，在自重作用下下墜而形成。也就是在焊接過(guò)程中，熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上所形成的金屬瘤。在角焊縫中產(chǎn)生的頻度多于對(duì)接焊縫。

防止措施：

正確選擇工藝參數(shù)，間隙不宜過(guò)大，選用較平焊小10%~15%的焊接電流，嚴(yán)格控制熔池溫度，防止過(guò)高；

選用小直徑焊條施焊，焊條左右擺動(dòng)中間快些，兩側(cè)稍慢些，在邊緣有稍停留的穩(wěn)弧動(dòng)作時(shí)間；

在對(duì)接焊第一層時(shí)，要注意熔池溫度，密切觀察熔池形狀。如發(fā)現(xiàn)開(kāi)始有下墜跡象應(yīng)立即滅弧，讓熔池溫度稍微下降，再引弧焊接；

選擇合適的焊條傾角，使用堿性焊條時(shí)宜采用短弧焊接，運(yùn)條速度要均勻。

4.弧坑

弧坑是由于斷弧或收弧不當(dāng)，在焊縫末端形成的凹陷，而后續(xù)焊道焊接之前或在后續(xù)焊道焊接過(guò)程中未被消除，弧坑通常出現(xiàn)在焊縫尾部或接頭處，弧坑不僅削弱焊縫截面，而且由于冷速較高，雜質(zhì)易于集聚，而伴隨產(chǎn)生氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。
防止措施：

正確地選擇焊接電流；

采用斷續(xù)滅弧法或用收弧板，將弧坑引至焊件外面；

手工電弧焊在收弧過(guò)程中焊條在收尾處作短時(shí)間停留或作幾次環(huán)形運(yùn)條，使足夠的焊條金屬填滿熔池；

在埋弧自動(dòng)焊時(shí)，分兩步按下“停止”按扭，目的是為了填滿弧坑。

5.凹坑

焊后在焊縫表面或背面形成低于母材表面的局部低洼部分叫凹坑，焊縫背面的凹坑通常又叫內(nèi)凹。

防止措施：

壓短弧長(zhǎng)、調(diào)整焊條傾角和適當(dāng)減少裝配間隙；

焊條在收尾處稍多停留一會(huì)，為避免因停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致熔池溫度過(guò)高，而造成熔池過(guò)大或焊瘤，應(yīng)采用幾次斷續(xù)滅弧來(lái)填滿，即在該處稍停留后就滅弧，待其稍冷后再引弧，并填充一些熔化金屬，這樣幾次便可將凹坑填滿。但堿性直流焊條不宜采用斷續(xù)滅弧法，否則易產(chǎn)生氣孔。

6.未焊透

未焊透是指基本金屬之間，或者基本金屬與熔敷金屬之間的局部未熔合現(xiàn)象，它和未熔合有些相似，有時(shí)很難區(qū)別。

防止措施：

正確選擇坡口型式和裝配間隙，注意坡口兩側(cè)及焊層之間的清理；

正確選擇焊接電流的大?。?/p>

隨時(shí)調(diào)整運(yùn)條中焊接的角度，使熔化金屬之間及熔化金屬與基本金屬之間充分熔合；

7.燒穿

焊接過(guò)程中，熔化金屬自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷。

防止措施：

減小焊接電流，適當(dāng)增加焊接速度；

嚴(yán)格控制焊件間隙，并保證這種間隙在整個(gè)焊縫長(zhǎng)度上的一致性。

四、汽車焊接新技術(shù)和新方向

焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)為電弧電壓跟蹤傳感，該系統(tǒng)具有尋找焊縫起始點(diǎn)、終點(diǎn)以及弧長(zhǎng)參考點(diǎn)，焊接過(guò)程中根據(jù)弧長(zhǎng)的變化，用電弧傳感器控制電壓自適應(yīng)控制。這種方法也只能應(yīng)用于角接接頭形式，對(duì)于轎車底盤(pán)零件大量的薄板搭接焊縫，因無(wú)法尋找弧長(zhǎng)參考點(diǎn)也無(wú)法應(yīng)用。

機(jī)器人焊接

        工業(yè)機(jī)器人，因集自動(dòng)化生產(chǎn)和靈活性生產(chǎn)特點(diǎn)于一身，故轎車生產(chǎn)近年來(lái)大規(guī)模、迅速地使用了機(jī)器人。在焊接方面，主要使用的是點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人。國(guó)內(nèi)汽車焊接水平與國(guó)外相比差距很大，焊接的自動(dòng)化已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)汽車生產(chǎn)廠家的重視。