廣州市交通運輸職業(yè)學(xué)校 李賢林
隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展,小型客車車身的結(jié)構(gòu)由車架式車身逐步轉(zhuǎn)變到整體式車身結(jié)構(gòu),整個車身形狀都是由薄鋼板沖壓制成,再通過各種連接方式形成一個整體。在車身材料的選擇方面,20世紀(jì)70年代中期以后,高強度低合金材料、超高強度材料、鋁合金材料及鍍層材料逐漸代替了原有的低碳鋼板材質(zhì)。鋼材的厚度也發(fā)生了很大的變化,外板材零件的厚度由0.9 mm下降到0.7 mm, 結(jié)構(gòu)零件的板材從3 mm下降到1.2 mm~2 mm。
以一臺后部發(fā)生撞擊的事故轎車為例,后翼子板(厚度通常為0.7 mm)發(fā)生嚴(yán)重變形,需要重新更換該零件,車身的整個側(cè)圍是一個整體,整體更換側(cè)圍工時和成本均較高,因此,維修改事故車采用切割更換的方式,在后翼子板的C柱上端位置和車門檻和后尾燈等位置需要切割變形零件,新的零件采用氣體保護焊對接焊及填孔焊完成焊接作業(yè),本文對氣體保護焊對接焊、填孔焊操作技術(shù)進(jìn)行解析。
汽車車身板件維修應(yīng)用焊接時,根據(jù)焊接接頭所處的狀態(tài)不同,可分為壓焊、熔化焊和釬焊。
(1)壓焊。先對金屬施加壓力使其壓緊,同時通過大電流形成的電阻熱將被焊金屬熔化形成焊點。壓焊焊接時,從操作方式來說,加熱和加壓并存。在各種壓焊方法中,電阻點焊(壓焊中的一種)是汽車制造業(yè)不可缺少的焊接方法,在汽車修理業(yè)中應(yīng)用也較為廣泛。
(2)熔化焊。將金屬件加熱到熔點,形成熔池,然后冷卻結(jié)晶,形成焊點。實施熔化焊時,只需將金屬加熱形成熔池,不需要加壓。目前,在車身維修作業(yè)中,氣體保護焊(熔化焊中的一種)應(yīng)用最為廣泛。
(3)釬焊。在需要焊接的板件上,將熔點比它低的焊料熔化(被焊板件不需熔化),而使被焊板件形成連接。根據(jù)釬焊材料的溫度,可分為軟釬焊和硬釬焊。汽車車身維修中,應(yīng)用的主要是銅焊,用于車身零件接口處密封,可防止水分和灰塵滲入,使用黃銅焊條作為焊料,屬于硬釬焊。
(1)由于焊接的形狀不受限制,它適合于連接整體式車身結(jié)構(gòu),焊接后仍保持車體的完整性。
(2)可減輕重量(不需要增加接合件)。
(3)對空氣和水的密封性好。
(4)生產(chǎn)效率高。
(5)焊接接頭的強度很大程度上受到操作者技術(shù)水平的影響。
(6)如果過多地加熱,周圍板件將會變形。
對汽車車身板件實施焊接,對接焊和填孔焊是最常見的焊接方法。對接焊用來實施零件接口位置焊接,根據(jù)操作方式和板材厚度不同可分為連續(xù)焊和連續(xù)點焊。填孔焊用來實施零件邊沿重疊位置焊接,根據(jù)操作方式和板材厚度不同可分為5 mm孔徑填孔焊和8 mm孔徑填孔焊。
圖1 對接連續(xù)焊操作
(1)操作要領(lǐng)。在實施對接連續(xù)焊時(圖1),首先是板件的定位與裝夾,保證板件裝夾的平面一致性,正式焊接時,焊絲對準(zhǔn)焊縫的中心,平穩(wěn)拉動焊槍,勻速移動,保證電弧的平順燃燒,為防止焊穿,通常每段焊接長度為25 mm~38 mm。
(2)質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。焊疤長度為25 mm~38 mm/段;焊疤高度<2 mm;焊疤寬度5 mm~10 mm;焊疤的正面高度和寬度一致;焊點背面面高度<1.5 mm;焊點背面的熔深有且連續(xù);焊點正背面無氣孔;焊點正背面無裂紋、夾渣。
(1)操作要領(lǐng)。在實施對接連續(xù)點焊時,先對板件進(jìn)行定位點焊,通常定位點焊的距離為10倍~30倍板件厚度,板件越薄,定位焊點的距離越小。正式焊接時,焊槍傾斜10°~15°,形成第一個焊點的熔池后,下一個焊點焊接時,焊絲對準(zhǔn)上一個焊點的邊緣,聽到電弧平順燃燒的聲音后再焊接下一個焊點(圖2)。要點:每一個焊點的焊接時間盡量相同,保持勻速的焊接節(jié)奏。
圖2 對接連續(xù)點焊操作
(2)質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。焊點直徑為5 mm~6 mm;焊點正面高度<2 mm;焊點背面面高度<1.5 mm;焊點背面的熔深是否有且連續(xù);焊點重疊1/3~1/2;6焊點正背面無氣孔、裂紋、夾渣;對接焊區(qū)域是否存在拱起或者凹陷變形;焊疤的正面高度和寬度是否一致。
(1)操作要領(lǐng)。在實施直徑5 mm的填孔焊時,焊槍垂直對準(zhǔn)孔徑的中心,引燃電弧,觀察焊接位置是否性形成直徑約為7 mm左右的紅圈,填滿孔口以后稍作停留再松開焊槍扳手,一次焊接成型,避免二次焊接(圖3)。
(2)質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。焊點正面直徑為7 mm~8 mm;焊點背面直徑>2.5 mm;焊點正面高度<2 mm;焊點背面高度<1.5 mm;焊點正背面無氣孔;焊點正背面無裂紋、夾渣;是否存在燒穿或者未熔合;焊接面是否存在扭曲變形。
(1)操作要領(lǐng)。在實施直徑8 mm或以上的填孔焊接時,建議采用螺旋運槍法。如果內(nèi)外板的板件厚度一致,在孔的邊緣靠中1 mm處位置引燃電弧,然后均勻緩慢移動電弧作圓周旋轉(zhuǎn),填滿孔口后松開焊槍扳機。若內(nèi)板的厚度較外板的厚度大,建議由焊點的中心起弧,移動電弧均勻緩慢向外旋轉(zhuǎn),填滿孔口后松開焊槍扳機,這樣做的目的是分配大多數(shù)熱量給內(nèi)板,保證外板和內(nèi)板的連接強度。操作要點:進(jìn)行一個孔的焊點塞焊時要求一次完成,8 mm孔徑塞焊操作(圖4)。
(2)質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。焊點直徑為9 mm~12 mm;焊點正面高度<2 mm;焊點背面面高度<1.5 mm;焊點背面直徑為8 mm~10 mm;焊點正背面無氣孔;焊點正背面無裂紋、夾渣;焊點是否失圓(最大直徑和最小直徑只差超過1 mm);是否存在燒穿或未熔合(圖5)。
圖3 5 mm孔徑塞焊操作示意
圖4 8 mm孔徑塞焊操作示意
焊接電流越大,焊珠寬度越寬,同時焊珠的表面容易塌陷,因此焊接表面容易過低。當(dāng)然,因為電流足夠大,焊接的熔入深度也會更深。 焊接電流越小,電流過小導(dǎo)致焊絲和焊接鋼板未能夠充分熔合,所以焊珠寬度越窄,同時,鋼板沒有充分熔合,導(dǎo)致焊絲金屬堆積在鋼板表面,從而造成焊縫高度過高(圖6)。
操作要點:焊接電流在氣體保護焊接操作中,不是一個獨立的調(diào)節(jié)參數(shù),因為每一個焊點都是經(jīng)過了金屬溶化、形成熔池、冷卻結(jié)晶的過程,所以,焊接電流的調(diào)節(jié)需要搭配送絲速度,才能形成穩(wěn)定燃燒的電弧。
電弧電壓適當(dāng)時,可以獲得良好的焊珠效果。電弧電壓太低時,電弧的長度縮短,焊接熔入深度增加,焊珠正面高度過高,焊珠寬度減小。電弧電壓太高時,電弧的長度縮伸長,焊接熔入深度降低,焊珠正面高度減小,焊珠寬度增大(圖7)。
操作要點:當(dāng)電弧電壓正常時,會聽到很流暢的“吱吱”聲,同時產(chǎn)生很明亮的電弧。若電弧電壓太高,電弧長度會變長,電弧燃燒不穩(wěn)定,“吧嗒”的聲音會增多。若電弧電壓太低,焊絲可能不會產(chǎn)生電弧,焊絲粘在鋼板上產(chǎn)生“嘭嘭”聲。
電極到母材的距離太近,遮住了焊接位置的視線,且容易造成焊絲回?zé)斐呻姌O頭堵塞。電極到母材的距離太遠(yuǎn),電弧被拉長,容易造成焊絲熔深不夠,電弧燃燒不穩(wěn)定。通常,電級到母材的距離為8 mm~15 mm(圖8)。
操作要點:從圖8可以看出電極到母材的距離包含焊絲伸出長度和電弧燃燒的長度,要調(diào)節(jié)電極到母材的距離,使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),首先要調(diào)節(jié)焊絲的
伸出噴嘴的長度(便于測量),通常為3 mm~5 mm,同時,在焊接時,保持焊槍在運行過程中,縱向的高度一致,才能確保電弧燃燒時電弧長度一致。
保護氣體的流量根據(jù)鋼板的焊接厚度來確認(rèn),鋼板的厚度越大,焊接所需要的熱量越大,所需的保護氣體流量越多。通常,對于2 mm以下的鋼板,推薦將保護氣體流量調(diào)整到10 L/min~15 L/min(圖9)。保護氣體流量過大,造成氣體浪費,容易在焊接位置形成渦流,過快冷卻焊接部位,容易造成氣孔;保護氣體流量太小,保護效果不夠,焊接部位容易氧化。
圖5 8 mm孔徑塞焊焊疤形態(tài)
圖6 焊接電流影響焊疤形態(tài)
圖7 不同焊接電壓形成的焊疤
圖8 電極到母材的距離
操作要點:調(diào)節(jié)保護氣體流量時,先打開氣瓶減壓器閥門,再調(diào)節(jié)流量計,使之達(dá)到目標(biāo)值,每次焊接結(jié)束時,關(guān)閉減壓閥后,當(dāng)流量計存留殘余氣體時,使用焊槍開關(guān)放凈流量計中的殘余氣體。
焊接過程中焊接方向一般分為前進(jìn)法和后退法兩種(圖10)。
(1)前進(jìn)法。焊槍指向未焊接部分,方便于在焊接時判斷焊接位置,但因為焊接指向未焊接部分,焊接得到的熔深較淺,焊縫扁平。
(2)后退法。焊槍的焊接方向與焊槍傾斜方向相反,焊槍指向已焊部位,焊接位置金屬融化比較充分,熔深較大。
操作要點:實施前進(jìn)法焊接時,較容易出現(xiàn)焊接熔深不足,焊點正面過高的缺陷,故適宜采用較大電流、較慢的焊接速度。反之,后退法焊接時,因熱量較集中,故適宜采用較小的焊接電流,焊接速度不宜過慢,防止燒穿。
焊接速度取決于焊接電流的大小、鋼板厚度和個人的操作技術(shù)。若電流大小不變,焊接速度過慢,導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)增大,板件產(chǎn)生過大的熱變形,還可能導(dǎo)致燒穿。焊接速度過快,焊點直徑小,熱影響區(qū)域小,但過快可能導(dǎo)致焊接熔深不足。在保證焊接熔深的前提下,為抑制焊接熱變形,建議采用小電流、較快速度焊接(圖11)。
操作要點:焊接速度因人而異,并沒有絕對的參考值,在實施過程中,確保電弧的穩(wěn)定燃燒,每個焊點的焊接頻率盡量保持一致。
對車身板件實施對接焊及填孔焊時,若操作不當(dāng),容易引發(fā)焊疤各種缺陷,這些缺陷非但影響到焊疤的美觀,更容易造成被焊零件的連接強度缺失,如果返工,則造成車身鋼板二次損傷,同時增加維修成本。
(1) 缺陷現(xiàn)象。焊接時熔池過快冷卻,導(dǎo)致氣體來不及析出從而在焊疤上形成小孔(圖12)。
(2)引發(fā)原因。CO2氣體不純或供氣不足;焊接時卷入空氣;預(yù)熱器不起作用;風(fēng)大保護不完全;噴嘴被飛濺物堵塞;噴嘴與工件的距離過大;焊接區(qū)表面被污染、油銹、水分未清除;電弧過長、電弧電壓過高不正確。
圖9 隔離氣體流量示意圖
圖10 前進(jìn)與后退兩種焊接方向示意圖
圖11 不同的焊接速度形成的不同形態(tài)焊疤
(1)缺陷現(xiàn)象。咬邊是由于過分熔化的母材形成一個凹坑,使母材的橫截面減小,嚴(yán)重降低了焊接部位的強度(圖13)。
(2)引發(fā)原因。電弧過長、電弧電壓過高;焊槍角度不正確;焊接速度太快;焊接電流過大;焊炬擺動不當(dāng);6)焊絲位置不當(dāng),沒對中。
(1)缺陷現(xiàn)象。不正確熔化發(fā)生在母材與焊接金屬之間,或發(fā)生在兩種熔敷金屬之間的熔化不良現(xiàn)象(圖14)。
(2)引發(fā)原因。焊槍不對中;焊接時位置未對準(zhǔn);焊接時電流與板件厚度不匹配;焊接操作時不穩(wěn),電弧燃燒不平順。
(1)缺陷現(xiàn)象。板件未熔透,板件背面未見連續(xù)焊疤(圖15)。
(2)引發(fā)原因。電流過??;電弧過長,送絲不均勻;焊絲端部沒有對準(zhǔn)兩層金屬板的對接位置;焊接速度過快;焊縫坡口角度過小,焊縫裝配間隙過小。
(1)缺陷現(xiàn)象。過多的濺出物在焊縫的兩邊形成許多斑點和凸起(圖16)。
(2)引發(fā)原因。電弧過長;焊接電流與電弧電壓配合不當(dāng);焊絲和焊件清理不良;焊接電流與電弧電壓配合不當(dāng);焊槍角度太大。
(1)缺陷現(xiàn)象。焊縫寬度不一致,焊縫不是均勻的流線形,而是不規(guī)則的形狀(圖17)。
(2)引發(fā)原因。焊接工藝參數(shù)不合適;焊絲位置不當(dāng),對中差;導(dǎo)電嘴出絲孔被損壞或變形,導(dǎo)電嘴松動;送絲滾輪的中心偏移;移炬速度不穩(wěn)。
圖12 氣孔
圖13 咬邊
圖14 不正確熔化
圖15 熔深不足
圖16 焊接濺出物太多
(1) 缺陷現(xiàn)象。焊縫被熔穿,表面形成較大的孔洞(圖18)。
(2)引發(fā)原因。焊接電流太大;2塊金屬之間的焊縫太寬;焊槍移動速度太慢;焊槍到母材之間的距離太短;焊件上有銹、油漆或油污;焊點焊接時間過長。
汽車車身維修作業(yè)中,車身板件切割更換、車身零件總成更換等作業(yè)形式都不可避免要應(yīng)用到各種焊接方法,尤其是氣體保護焊對接焊和填孔焊。在實際的車身維修作業(yè)中,車身零件焊接質(zhì)量好壞,非但影響工作效率,同時對汽車的安全性也會產(chǎn)生直接影響。了解氣體保護焊的焊接技術(shù)的特性,學(xué)會對接焊和填孔焊的操作要領(lǐng)、掌握分析和調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)的方法,有助于提升車身維修從業(yè)人員氣體保護焊的操作技術(shù)水平;同時,明確焊接質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn),可以幫助維修人員在實際工作過程中,對照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接質(zhì)量檢驗;通過焊接缺陷的現(xiàn)象分析,引導(dǎo)車身維修人員總結(jié)引起缺陷的原因,提升其對焊接技術(shù)的理解能力。
圖17 焊縫不均勻
圖18 燒穿