白车身焊装焊接工艺.docx
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白车身焊装焊接工艺
车身焊接工艺
一、车身装焊工艺的特点
汽车车身壳体是一个复杂的结构件，它是由百余种、甚至数百种薄板冲压件经焊接、铆接、机械联结及粘接等方法联结而成的。
由于车身冲压件的材料大都是具有良好焊接性能的低碳钢，所以焊接是现代车身制造中应用最广泛的联结方式。
表1列举了车身制造中常用的焊接方法：
表1车身制造中常用的焊接方法及典型应用实例
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典型应用实例
电
阻
焊
点
焊
单点焊
悬挂式点焊机
车身总成、车身侧围等分总成
固定式点焊机
小型板类零件
多点焊
压床式多点焊机
车身底板总成
C形多点焊接
车门、发动机盖总成
缝焊
悬挂式缝焊机
车身顶盖流水槽
固定式缝焊机
油箱总成
凸焊
螺母、小支架
电
弧
焊
CO2气体保护焊
车身总成
亚弧焊
车身顶盖后两侧接缝
手工电弧焊
厚料零部件
气焊
氧—乙炔焊
车身总成补焊
钎焊
锡钎焊
水箱
特
种
焊
微弧等离子焊
车身顶盖后角板
激光焊
车身底板
车身制造中应用最多的是电阻焊，一般占整个焊接工作量的60%以上，有的车身几乎全部采用电阻焊。
除此之外就是二氧化碳碳气体保护焊，它主要用于车身骨架和车身总成的焊接中。
由于车身零件大都是薄壁板件或薄壁杆件，其刚性很差，所以在装焊过程中必须使用多点定位夹紧的专用装焊夹具，以保证各零件或合件在焊接处的贴合和相互位置，特别是门窗等孔洞的尺寸等。
这也是车身装焊工艺的特点之一。
为便于制造，车身设计时，通常将车身划分为若干个分总成，各分总成又划分为若干个合件，合件由若干个零件组成。
车身装焊的顺序则是上述过程的逆过程，即先将
若干个零件装焊成合件，再将若干个合件和零件装焊成分总成，最后将分总成和合件、零件装焊成车身总成。
轿车白车身装焊大致的程序图为如图1所示：
电阻焊
1．电阻焊及其特点
将置于两电极之间的工件加压，并在焊接处通以电流，利用电流通过工件本身产的的热量来加热而形成局部熔化，断电冷却时，在压力继续作用下而形成牢固接头。
这种工艺过程称为电阻焊。
电阻焊的种类很多，按接头形式可分为搭接电阻焊和对接电阻焊两种。
结合工艺方法，搭接电阻焊又可分为点焊、缝焊和凸焊三种，对接电阻焊一般有电阻对焊和闪光对焊两种。
特点：
（1）利用电流通过工件焊接处的电阻而产生的热量对工件加热。
即热量不是来源于工件之外，而是内部热源。
（2）整个焊接过程都是在压力作用校完成的，即必须施加压力。
（3）在焊接处不需加任何填充材料，也不需任何保护剂。
形成电阻焊接头的基本条件只有电极压力和焊接电流。
2．点焊
点焊是利用在焊件间形成的一个个焊点来联接焊件的。
两焊件被压紧于两柱形电极之间并通以强大的电流，利用电阻热将工件焊接区加热到形成应有尺寸的熔化核心为止。
然后切断电流，熔核在压力作用下冷却结晶形成焊点。
点焊在车身制造中应用最广。
点焊的形式很多，但按供电方向来分只有单面点焊和双面点焊两种。
在这两种点焊中按同时完成的焊点数又可分为单点、双点和多点焊。
点焊是车身制造中应用最广的焊接方法，一辆轿车的车身上有3500~5000个焊点，可以说，汽车车身是一个典型的点焊结构件。
（1）点焊的机械性质
A．与铆接和螺栓紧固相比，点焊无松动且刚性高，但滑动系数小，在设计时必须注意可能会出现的应力集中。
B．点焊没有像铆接和螺栓紧固那样的铆钉头和螺帽，所以剥离方向的抗拉强度不如铆接和螺栓紧固，但剪切强度可以选取较大的焊点直径的以保证，因为可以说点焊优于铆接和螺栓紧固。
C．点焊的疲劳强度，对于单纯的剪切载荷而言语铆接等差别不大，但在板有变形时及承受剥离方向重复的载荷时，其疲劳强度软弱。
D．由于点焊焊点部分的金属组织不均匀，所以机械强度也不相同，一般周边强度大，中心部强度小。
（2）点焊工艺要求
A．焊点质量的一般要求
点焊结构靠单个或若干个合格的焊点实现接头的连接，接头质量的好坏完全取决于焊点质量及点距。
焊点质量除了取决于焊点尺寸外，还与焊点表面与内部质量有关。
焊点外观上要求表面压坑浅、平滑呈均匀过渡，无明显凸肩或局部挤压的表面鼓起；外表面没有环状或颈项裂纹，也无熔化、烧伤或粘附的铜合金。
从内部看，焊点形状应规则、均匀，无超标的裂纹和缩孔等内部缺陷及热影响区金属的组织与力学性能有无发生明显的变化等。
不同厚度板和多层板的焊接，点焊和板厚的关系
两层点焊时：
图2所示。
图2
三层焊点时：
图3所示。
图3
点焊的使用范围（由板厚方面来看）：
点焊用于薄板重叠搭接，虽然损失了重叠部分的材料，但使总成装配加工变得容易。
如果板厚较大的话，重叠部分的材料也随之增大，如果用对接接缝，熔焊焊接也不困难。
与之相反，随着点焊板厚的增加，由于焊机电气设备等机械电气容量成倍增大，点焊变得十分不利。
根据上述理由，一般点焊的板厚为1.6mm以下，板厚在1.6～3.2mm之间，很难判定是采用熔焊还是采用点焊，但在板厚为3.2mm以上，多数结构不采用点焊。
汽车车身覆盖件大都是低碳钢的薄板。
表2为低碳钢板点焊的最小间距，最小搭接及强度，可供选取焊接规范时参考。
表2
板厚
（mm）
最小
间距
（mm）
最小
搭接
（mm）
A级
B级
C级
焊点直径
（mm）
强度
（kgf）
焊点直径（mm）
强度
（kgf）
焊点直径（mm）
强度
（kgf）
0.6
10
11
4.5
245以上
3.5
160以上
3.0
135以上
0.8
12
11
5.0
355
4.0
255
3.0
185
1.0
18
12
5.5
470
4.5
370
3.0
240
1.2
20
14
6.0
605
5.0
490
3.5
330
1.4
23
15
6.5
785
5.5
600
3.5
370
1.6
27
16
7.0
925
6.0
730
4.0
470
1.8
31
17
7.0
1000
6.0
815
4.0
525
2.0
35
18
7.5
11160
6.5
990
4.5
660
2.4
40
20
8.0
1465
6.5
1150
4.5
765
2.8
45
21
8.5
1790
7.0
1420
5.0
980
3.2
50
22
9.0
2045
7.0
1625
5.0
1120
注：
a.本表所示的被焊件材料的抗拉强度为30～32kgf/mm2
b.强度为剪切强度
c.强度是按《焊接手册》的数值，并按焊点直径成比例计算出来的，不是实验数据。
d.最小焊点间距表示了实质上能忽略相邻点点焊分流效应的极限值。
e.最小搭接是如图4所示尺寸表示的长度。
f.不等厚板焊接时，按薄板考虑。
图4
B．点焊所需的最小空间：
图5所示。
图5
（3）点焊设备
焊件的点焊是在点焊机上完成的。
点焊机的种类很多，按用途可分为通用的和专用的两大类。
专用的点焊机主要是多点点焊机。
通用式点焊机按安装方法又可分为固定式、移动式或悬挂式点焊机；按电源性质分为Ⅰ频、脉冲及变频点焊机；按加压机构的传动装置分为脚踏式、电动凸轮式、气压传动式及液压传动式点焊机等。
但不论哪一类点焊机，一般均由供电系统、控制系统、加压机构和冷却系统等几部分组成。
固定式点焊机在车身焊接中主要用来点焊合件、分总成和一些较小的总成。
焊机不动，每焊完一个焊点后，焊件移动一个点距，以进行下一个焊点的焊接。
移动式点焊机可以用在不便用固定式点焊机焊接的外形尺寸大的车身零部件。
悬挂式点焊机是将焊接变压器和焊接工具悬挂在空中，移动方便灵活，适合于装焊大型薄板件。
按变压器与焊具连接方式，分为有缆式和无缆式两种。
有缆悬挂式点焊机的焊钳与变压器之间用一种特殊的电缆连接，其优点是移动方便，适合于大总成的点焊，劳动强度低。
缺点是二次回路长，功率损耗大。
无缆悬挂式点焊机，它的焊接工具部分与变压器直接连接，其优点是由于没有二次回路中电缆损耗，功率利用充分，在焊接同样厚度的材料时，变压器的功率和体积均可减小。
缺点是移动起来不方便。
3．缝焊
缝焊类似于连续点焊，是以旋转的滚盘状电极代替点焊的柱状电极。
所以缝焊的焊缝实质上是由许多彼此互相重叠的焊点组成。
缝焊按滚盘转动与馈电方式可分为连续缝焊，断续缝焊和步进式缝焊等。
缝焊主要用于要求气密性的焊缝.
缝焊也是电阻焊，焊接原理跟点焊一样，只不过是缝焊用滚盘代替了点焊的电极，焊件置于两滚盘之间，靠滚盘转动带动焊件向前移动。
同时通以焊接电流，形成类似连续点焊的焊缝。
缝焊按滚盘转动与馈电方式分为：
连续缝焊、断续缝焊和步进式缝焊。
按供电方向或一次成缝条数也可分为单面缝焊、双面缝焊、单缝缝焊和双缝缝焊等。
断续缝焊时，滚盘连续转动，焊件在两滚盘间连续移动，而焊接电流断续接通。
由于焊接电流间断地接通，滚盘和焊件有冷却的机会，滚盘损耗小，焊缝也不易过热，因此应用最广泛。
由于缝焊的分流较大，故焊接电流一般比点焊增加（20～60）%，具体数值视材料厚度和点距而定。
要求气密性的缝焊接头，各焊点之间必须有一定的重叠，通常焊点间距应比焊点直径小（30～50）%，焊点间距可按下列经验公式选取。
对于低碳钢C=（2.8～3.2）t
对于铝合金C=（2.0～2.4）t
式中C——缝焊焊点间距（mm）；t——两焊件中较薄焊件的厚度（mm）。
对于非气密性接头，焊点间距可在很宽的范围内变化，甚至可以使各相邻焊点相互分离，成为缝点焊。
缝焊工艺参数主要是根据被焊金属的性能、厚度、质量要求和设备条件来选择，通常可参考已有的推荐数据初步确定（表3），再通过工艺试验加以修正。
表3低碳钢的缝焊规范
条件
板厚/mm
电极压力/N
通电时间/周波
休止时间/周波
电流
/A
焊接速度/m/min
焊点数
/点/cm
最小
标准
高
速
条
件
（A）
0.6
0.8
1.0
1.6
2.0
2.4
2100
2400
2700
3400
4500
5000
2500
3200
4100
5400
6800
7700
2
2
2
3
3
4
1
1
2
1
1
2
12500
15000
18300
21000
22000
23000
2.70
2.62
2.50
2.30
2.15
2.03
4.3
4.5
3.5
4.0
4.1
3.0
中
速
条
件
（B）
0.6
0.8
1.0
1.6
2.0
2.4
2100
2400
2700
3400
4500
5000
2500
3200
4100
5400
6800
7700
2
3
3
4
6
7
2
2
3
5
6
6
11000
13000
15000
17500
20000
21000
1.90
1.83
1.70
1.60
1.40
1.27
4.7
4.0
3.5
2.8
2.4
2.2
低
速
条
件
（C）
0.6
0.8
1.0
1.6
2.0
2.4
2100
2400
2700
3400
4500
5000
2500
3200
4100
5400
6800
7700
3
2
2
4
6
6
3
4
4
4
6
6
9000
12000
13500
15400
16000
17000
1.14
1.07
0.99
0.91
0.76
0.70
5.1
5.5
5.1
4.9
4.0
4.3
4．凸焊
凸焊是点焊的一种变型，它是利用零件原有的能使电流集中的型面、倒角或预控制的凸点来作为焊接部位的。
凸焊时，一次可在接头处形成一个或多个熔核。
在汽车车身制造中，凸焊主要用于将较小的零件（如螺母、垫圈等）焊到较大的零件上。
凸焊与点焊相比，其不同点是在焊件上预先加工出凸点，或利用焊件上原有的能使电流集中的型面、倒角等作为焊接时的局部接触部位。
因为是凸点接触，提高了单位面积上的压力与电流，有利于板件表面氧化膜的破裂与热量的集中，减小了分流电流，一次可进行多点凸焊，提高了生产率，并减小了接头的变形。
凸焊的特征：
（1）即使热容量明显不同的组合也很容易得到良好的热平衡（焊接厚板和薄板时，厚板上加上突点，厚板的热容量就等于薄板的热容量）。
（2）可得到与板厚无关的低强度焊接（点焊时根据板厚决定焊点的大小）。
（3）电极寿命长，操作效率高。
（4）能进行焊点间距小的点焊。
凸焊的标准凸起形状如表4和图6所示。
表4
板厚
（mm）
突起尺寸
C
D
E
F
R
J
0.3
1.3
0.8
0.3
0.3
0.8
0.15
0.4
1.4
0.9
0.4
0.4
0.9
0.15
0.5
1.7
1.0
0.5
0.5
1.0
0.15
0.6
2.0
1.1
0.6
0.6
1.2
0.15
0.8
2.4
1.2
0.8
0.8
1.6
0.15
1.0
2.8
1.4
0.9
0.9
2.0
0.2
1.2
3.0
1.6
1.0
1.0
2.2
0.2
1.6
4.0
2.0
1.2
1.2
2.7
0.2
2.0
4.8
2.6
1.4
1.4
3.2
0.3
2.4
5.6
3.0
1.6
1.6
3.8
0.3
2.8
6.3
3.5
1.8
1.8
4.4
0.4
3.2
7.2
4.0
2.1
2.1
5.5
0.4
注：
凸起的大小取决于薄板的板厚，凸起在厚板上加工。
图6
凸焊由于需要预先冲制出凸起部分，所以比点焊多一些焊前准备的工序和设备。
因而，在选用凸焊时，必须全面考虑。
为了使各个凸点熔化能均匀一致，凸焊时电极压力和焊接电流应均匀地分布在同时焊的各个凸点上。
为此，凸点冲制必须精确，尺寸稳定，且焊件必须仔细清理。
5．二氧化碳气体保护焊
二氧化碳气体保护焊是一种熔化极气体保护电弧焊接法，它利用焊丝与工件间产生的电弧来熔化金属，由CO2气体作为保护气体，并采用光焊丝作为填充金属。
（１） CO2气体保护焊与其他电弧焊相比，具有以下优点：
生产率高。
操作性能好。
焊接质量高。
对铁锈的敏感性小。
成本低。
易于实现机械化和自动化。
气体保护焊的适应性强，应用范围广。
（２） 二氧化碳气体保护焊的规范参数，主要有电源极性、焊丝直径、电弧电压、焊接电流、气体流量、焊接速度、焊丝伸出长度、直流回路电感等。
选择这些参数的原则是：
要在保证焊接质量的前提下，尽可能提高劳动生产率，并要注意焊接规范参数对飞溅，气孔、焊缝形成及焊接过程稳定性的影响，在汽车车身焊接中，常用的CO2气体保护焊焊接规范列于表5中。
表5CO2气体保护焊焊接规范
接头形式
板厚
/mm
焊丝直径
/mm
电流
/A
电压
/V
焊速
/m/min
CO2流量
/l/min
焊脚
/mm
0.6～1
1.2
1.6
2.3
3.2
4.5
0.5～0.8
0.8
0.8～1.0
0.8～1.2
1.0～1.2
1.2
50～60
70
100
120
140
220
18
18
19
20
20
23
0.42～0.58
0.45
0.50
0.55
0.50
0.50
6～7
10～15
10～15
10～15
10～15
10～15
1.2
1.6
2.3
3.2
4.5
0.8～1.2
1.0～1.2
1.0～1.2
1.0～1.2
1.0
90
120
130
160
210
19
19
20
21
22
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
10～15
10～15
10～15
10～15
10～15
1.6
2.3
3.2
4.5
0.8～1.0
1.0～1.2
1.0～1.2
1.0～1.2
90
120
140
160
19
20
20.5
21
0.50
0.50
0.50
0.45
10～15
10～15
10～15
10～15
3.0
3.0
3.5
4.0
（３） 焊接设备
CO2气体保护焊自动焊机是由焊接电源、送丝机构、行走机构、焊矩、气路系统和控制系统等部件组成。
气路系统包括减压阀、预热器、干燥器和流量计等。
CO2气体保护焊半自动焊机中设有行走机构，其余部分与自动焊机相同。
CO2焊电源有如下几种：
抽头式硅整流电源、高漏抗式硅整流电源、自调电感式硅整流电源、自饱和和电抗器式硅整流电源、可控硅式整流电源和晶体管式整流电源等。
为了获得较高的焊接质量，现在大都采用可控硅整流电源。
送丝机构的作用是将焊丝按要求的速度送至焊接电弧区，以保证焊接的正常进行，一般都采用等速送丝方式。
CO2气体保护焊半自动焊机根据其送丝方式的不同，有推丝式、拉丝式和推拉丝式三种送丝机构，推丝式送丝机构用于直径较粗的焊丝。
拉丝式送丝机构稳定可靠，焊工操作范围也不受限制，推拉丝式结构复杂，制作技术要求高，国内很少应用。
国内焊机常采用双主动式送丝辊轮，辊轮直径一般为（30~40）mm。
焊枪是直接施焊的工具，起到导电、导丝、导气的作用。
常用的半自动焊枪有拉丝焊枪、推丝式手枪形焊枪和推丝式鹅颈形焊枪。
二、激光焊接
激光焊接是本世纪汽车工业上应用的新技术。
它的原理是利用原子受辐射，使工作物质受激而产生的一种单色性高、方向性强、亮度高的光束，经聚焦后把光束聚焦到焦点上可获得极高的能量密度，利用它与被焊工件相互作用，使金属发生蒸发、融化、熔合、结晶、凝固而形成焊缝。
１．激光焊接特点
Ａ．由于激光束的频谱宽度窄，经汇聚后后的光斑直径可小到0.01mm，功率密度可达109W/cm2，它和电子束焊同属于高能焊。
可焊0.1~50mm厚的工件。
B．脉冲激光焊加热过程短、焊点小、热影响区小。
C．与电子束焊相比，激光焊不需要真空，也不存在X射线防护问题。
D．能对难以接近的部位进行焊接，能透过玻璃或其他透明物体进行焊接。
E．激光不受电磁场的影响。
F．激光的电光转换效率低。
工件的加工和组装精度要求高，夹具要求精密，因此焊接成本高。
激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，例如焊缝宽1毫米，深为5毫米，因此焊接极为牢固，表面焊缝宽度很小，连接间隙实际为零，焊接质量比传统方法高。
所以在一些用激光焊接的汽车顶壳是不用装饰条遮蔽焊接线的。
在汽车制造中，激光焊接主要用于车身框架结构的焊接，例如顶盖与侧面车身的焊接，传统焊接方法的电阻点焊已经逐渐被激光焊接所取替。
用激光焊接技术，既提高了工件表面的美观，又降低了板材使用量，由于零件焊接部位几乎没有变形，不需要焊后热处理，还提高了车身的刚度。
2．激光焊接设备
激光焊接设备的关键是功率激光器，主要有两大类，一是固体激光器，又称Nd:
YAG激光器。
Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝柘榴石，晶体结构与红宝石相似。
Nd:
YAG激光器波长为1.06μm，优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统，通常用于焊接精度要求比较高的工件。
汽车工业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:
YAG激光器。
另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生平均为10.6μm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，激光功率在2-5千瓦之间，目前已有20千瓦在实验运用。
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