胡桂金，鄧 濤，梁霖江

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

在汽車車身件的點(diǎn)焊焊接中，焊點(diǎn)表面質(zhì)量一直都是影響整個(gè)車身件質(zhì)量的重要因素之一[1]，特別是一些在整車上可以看見的區(qū)域，對(duì)于焊點(diǎn)表面質(zhì)量的要求更高。但由于人員操作、焊鉗電極頭磨損、零件尺寸精度等原因，部分焊點(diǎn)的表面質(zhì)量往往很難保證，會(huì)出現(xiàn)凹陷、扭曲、毛刺等表面質(zhì)量問(wèn)題[2]。如果該處是可見區(qū)域，則會(huì)影響到車輛的美觀性；而如果是裝配面，則會(huì)影響的相關(guān)零件的裝配，甚至可能會(huì)出現(xiàn)異響、零件磨損等車輛質(zhì)量問(wèn)題。

為了提升焊點(diǎn)的表面感知質(zhì)量，往往需要采用特殊的工藝或工裝來(lái)實(shí)現(xiàn)，而墊銅板焊接是其中較為常用的一種[3]。本文通過(guò)研究電阻點(diǎn)焊的機(jī)理及缺陷，討論提升焊點(diǎn)表面質(zhì)量的方法，著重研究墊銅板在電阻點(diǎn)焊中應(yīng)用的具體實(shí)施方案，能為墊銅板焊接在具體應(yīng)用過(guò)程中提供參考。

1 電阻點(diǎn)焊的機(jī)理及缺陷

1.1 電阻點(diǎn)焊機(jī)理

電阻焊是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并通以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱將其加工到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種方法。形式如圖1所示。電阻焊形成要經(jīng)過(guò)下面幾個(gè)階段：

圖1 常規(guī)電阻點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)圖

預(yù)壓階段：通電之前向焊接件加壓，建立良好的接觸與導(dǎo)電通路，保持電阻穩(wěn)定。

焊接時(shí)間：向焊件通電加熱形成熔核。

維持時(shí)間：切斷焊接電流，電極壓力繼續(xù)維持至熔核凝固到足夠強(qiáng)度。

冷卻結(jié)晶階段：當(dāng)熔核達(dá)到合格的形狀與尺寸之后，切斷焊接電流，熔核在電極力作用下冷卻。

1.2 電阻焊點(diǎn)缺陷

由于電阻點(diǎn)焊過(guò)程中存在高熱、高壓的環(huán)境，同時(shí)焊接件存在熔化、結(jié)晶的過(guò)程，所以焊接件不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些缺陷：

（1）穿孔：嚴(yán)重情況，焊點(diǎn)母材直接穿洞；如中心部位發(fā)生穿孔縮孔也是焊穿現(xiàn)象，其會(huì)降低焊點(diǎn)的強(qiáng)度，特別是關(guān)鍵焊點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生較大影響。

（2）焊點(diǎn)裂紋：在焊點(diǎn)表面出現(xiàn)裂紋，也影響焊點(diǎn)強(qiáng)度。

（3）焊點(diǎn)毛刺：焊點(diǎn)周圍出現(xiàn)較大毛刺，也影響零件間的配合，同時(shí)也存在安全隱患。

（4）焊點(diǎn)扭曲：焊接角度，焊鉗不能與母材金屬垂直，造成點(diǎn)焊后出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。

（5）焊點(diǎn)邊緣焊：部分熔核在工件邊緣至外，影響焊點(diǎn)強(qiáng)度。

2 電阻焊點(diǎn)質(zhì)量提升方法

2.1 調(diào)整優(yōu)化焊接各參數(shù)。

根據(jù)電阻點(diǎn)焊的原理，可以從電阻焊形成的階段考慮，改變這幾個(gè)階段的參數(shù)。

（1）加大預(yù)壓力以消除厚工件之間的間隙，使之緊密貼合。

（2）用預(yù)熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合、防止飛濺。

（3）加大鍛壓力以壓實(shí)熔核，防止產(chǎn)生裂紋或縮孔。

2.2 墊銅板技術(shù)

對(duì)于薄板件且有外觀要求的零件的點(diǎn)焊，對(duì)焊點(diǎn)強(qiáng)度有要求之外，焊點(diǎn)外觀也有嚴(yán)格要求。只從焊接壓力、焊接電流、焊接時(shí)間等幾個(gè)重要參數(shù)考慮未必能解決。下面重點(diǎn)介紹一種提升焊點(diǎn)外觀技術(shù)——墊銅板。

墊銅板點(diǎn)焊是提升車身件焊點(diǎn)表面質(zhì)量的方法之一。在沒(méi)有墊銅板時(shí)，普通的電阻點(diǎn)焊，由于電極頭附近有高溫及高壓，焊點(diǎn)位置會(huì)發(fā)生凹陷，而焊點(diǎn)周邊則會(huì)被擠壓成凸起痕跡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生焊渣飛濺現(xiàn)象。而如果在某一側(cè)墊有銅板，由于銅板的電阻遠(yuǎn)低于鋼板的電阻，不會(huì)對(duì)焊接電流導(dǎo)電方面有任何影響。而鋼板表面由于沒(méi)有電極頭的直接擠壓，不會(huì)形成凹陷和兩側(cè)凸起，能大大改善焊點(diǎn)的表面質(zhì)量。如圖2所示。

圖2 墊銅板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

如果某一個(gè)區(qū)域的焊點(diǎn)需要使用墊銅板焊接，墊銅板的工裝一般集成在相應(yīng)的焊接工裝上。相關(guān)的焊接零件會(huì)被很好的定位在工裝上，并進(jìn)行夾緊，而銅板的布置及相應(yīng)的連接板設(shè)計(jì)時(shí)需要?jiǎng)t是關(guān)系到焊點(diǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.2.2 銅板布置

當(dāng)需要進(jìn)行多個(gè)連續(xù)的墊銅板焊接時(shí)，如何設(shè)計(jì)銅板與焊點(diǎn)之間的關(guān)系也是其中的關(guān)鍵。

如果設(shè)計(jì)為一塊銅板對(duì)應(yīng)多個(gè)焊點(diǎn)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且工裝成本較低，但容易發(fā)生貼合性不好的問(wèn)題，導(dǎo)致焊點(diǎn)的表面質(zhì)量變差。所以單個(gè)銅板對(duì)應(yīng)單個(gè)焊點(diǎn)是最好的方案，可以通過(guò)彈簧連接板使得焊接時(shí)銅板之間不受影響，貼合性明顯提升，從而保證了焊點(diǎn)的表面質(zhì)量，如圖3所示。銅板與零件的貼合情況影響到零件的表面質(zhì)量，因此在設(shè)計(jì)銅板的時(shí)候，銅板周邊設(shè)計(jì)成圓角，這樣減少銅板棱角把零件頂出印記。

圖3 單個(gè)銅板對(duì)應(yīng)單個(gè)焊點(diǎn)的布置形式

2.2.3 連接板設(shè)計(jì)

連接板的設(shè)計(jì)也是銅板工裝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。由于零件必然存在尺寸誤差，如果將銅板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為剛性結(jié)構(gòu)，肯定會(huì)發(fā)生銅板與零件離空或干涉的情況。如果是離空狀態(tài)，則會(huì)發(fā)生焊點(diǎn)凹陷的情況，焊點(diǎn)質(zhì)量變差；如果是干涉狀態(tài)，則會(huì)導(dǎo)致零件沒(méi)有放在正確位置，影響零件的整體尺寸精度。所以最好的方案就是將銅板連接板設(shè)計(jì)為彈性結(jié)構(gòu)，利用彈性結(jié)構(gòu)來(lái)吸收焊接面的尺寸誤差。

圖4 中的連接板結(jié)構(gòu)便設(shè)計(jì)為彈性結(jié)構(gòu)。首先，連接板材料設(shè)計(jì)為彈簧鋼，可以擁有良好的彈性；其次，連接板本體設(shè)計(jì)為“Z”字型，相對(duì)于“一”字型的結(jié)構(gòu)，在受到壓力時(shí)能更好的保證與零件的貼合性；再次，連接板的底部連接在焊接工裝的支基上，銅板則與零件設(shè)計(jì)為貼合狀態(tài)。通過(guò)連接板的彈性結(jié)構(gòu)，在銅板與零件離空時(shí)通過(guò)焊鉗的夾緊可將銅板上拉至與零件貼合，在干涉時(shí)能將銅板下壓從而保證零件在工裝上放置到底部。從而即保證了焊點(diǎn)的表面質(zhì)量，又保證了零件的尺寸精度。

圖4 “Z”字型連接板設(shè)計(jì)

3 成果應(yīng)用

將以上的工裝設(shè)計(jì)原則應(yīng)用到實(shí)際工裝結(jié)構(gòu)中，并進(jìn)行焊接驗(yàn)證。經(jīng)對(duì)比，使用墊銅板焊接后，焊點(diǎn)質(zhì)量無(wú)凹陷、扭曲、毛刺等缺陷，焊點(diǎn)的感知質(zhì)量明顯提升。如圖5和圖6所示。

圖5 未使用墊銅板焊接的焊點(diǎn)狀態(tài)

圖6 使用墊銅板焊接的焊點(diǎn)狀態(tài)

墊銅板焊接的應(yīng)用區(qū)域較廣，一般來(lái)說(shuō)，汽車上可見的、可觸摸到的區(qū)域均應(yīng)采用墊銅板焊接的形式來(lái)保證焊點(diǎn)表面質(zhì)量。如乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板、行李箱蓋內(nèi)板，在打開的狀態(tài)下會(huì)看到鎖扣加強(qiáng)板處、鉸鏈加強(qiáng)板處的焊點(diǎn)；皮卡、微型貨車的貨箱板也會(huì)看到焊點(diǎn)，如表1所示。這些區(qū)域的焊點(diǎn)一般都會(huì)采用墊銅板焊接來(lái)保證其表面質(zhì)量。

表1 墊銅板焊接應(yīng)用舉例

4 成果日常維護(hù)

在汽車行業(yè)中，在薄板外觀件焊接上，應(yīng)用墊銅板焊接的技術(shù)有明顯優(yōu)勢(shì)。焊點(diǎn)強(qiáng)度既能滿足要求，焊點(diǎn)和零件外觀也能保證。但這技術(shù)在日常維護(hù)上要特別注意：（1）銅板與零件是否貼合良好。銅板機(jī)構(gòu)使用一定周期后，有可能連接板會(huì)失效。（2）銅板凹陷的修復(fù)。銅板使用一定時(shí)間后，與電極壓頭接觸區(qū)域會(huì)產(chǎn)生凹陷，此時(shí)需要打磨修復(fù)平整，否則焊點(diǎn)會(huì)凹陷。日常應(yīng)根據(jù)凹陷情況定期修復(fù)和更換銅板。

5 結(jié)束語(yǔ)

墊銅板焊接可以作為提升焊點(diǎn)表面質(zhì)量的主要方法之一，廣泛應(yīng)用于汽車二級(jí)表面的點(diǎn)焊焊接中。銅板布置和連接板設(shè)計(jì)則是墊銅板焊接工裝設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)，本文推薦了單個(gè)銅板對(duì)應(yīng)單個(gè)焊點(diǎn)的銅板布置，以及“Z”字型的連接板設(shè)計(jì)。