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焊接工艺质量培训教材

焊装车间工艺质量培训教材

一、焊接工艺简介

1、定义

焊接是通过加热或者加压，或者两者并用；用或不用填充材料；使两分离的金属表面达到原子间的结合，形成永久性连接的一种工艺方法。

2、焊接的本质

金属等固体所以能保持固定的形状是因为其内部原子之间距（晶格）十分小，原子之间形成牢固的结合力。

除非施加足够的外力破坏这些原子间结合力，否则，一块固体金属是不会变形或分离成两块的。

要使两个分离的金属构件连接在一起，从物理本质上来看就是要使这两个构件的连接表面上的原子彼此接近到金属晶格距离。

2、焊接分类（按照形成晶格距离连接的途径）：

压力焊接（固相焊接）：

电阻点（凸）焊；

熔化焊接：

电弧焊、螺柱焊、CO2气体保护焊；

钎焊：

火焰钎焊。

3、焊装车间的主要焊接方法有：

点焊，凸焊，螺柱焊，铜钎焊，CO2气体保护焊

二、电阻点（凸）焊简介

1、点焊的定义

点焊：

焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。

凸焊：

在一焊件的贴合面上预先加工出一个或多个突起点，使其与另一焊件表面相接触并通电加热，然后压溃，使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。

2、点焊的用途：

主要用于板材的连接，并承受一定的应力

凸焊的用途：

低碳钢和低合金钢的板件、螺母、螺钉的连接，并承受一定的应力

3、点（凸）焊的原理

1）点焊的热源是电流通过焊接区产生的电阻热。

根据焦耳定律，总热量：

Q=I2Rt

R总——焊接区总电阻

Rew——电极与焊件之间接触电阻

Rw——焊件内部电阻

Rc——焊件之间接触电阻

2）点焊时的电流场和电流密度的特点a）电流线在两焊件的贴合面处产生集中收缩，使贴合面处产生了集中加热效果；b）贴合面边缘电流密度出现峰值，该处加热强度最大，因而将首先出现塑性连接区，保证熔核正常生长；c）通过选择不同的焊接电流波形、改变电极形状和端面尺寸等均可改变电流场形态并控制电流密度分布，以达到控制熔核形状及位置的目的。

3）电阻的特性研究表明，接触电阻Rc+2Rew所产生的热量约占总热量的10%左右；而而焊件内部电阻2Rw所产生的热量约占总热量的90%左右。

4）电阻的热平衡热平衡方程：

Q=Q1+Q2+Q3+Q4

式中：

Q——焊接区总热量；

Q1——熔化母材金属形成熔核的热量；

Q2——通过电极热传导而损失的热量；

Q3——通过焊件热传导而损失的热量；

Q4——通过对流、辐射散失到空气介质中的热量；

点焊时Q1≈（10～30）%Q，Q2≈（30～50）%Q，Q3≈20%Q，Q4≈5%Q，因此，最高温度总是处于焊接区中心，即熔核形成于焊接中心。

4、点（凸）焊的基本循环：

预压，焊接，维持，休止。

一个完整的点焊形成过程包括预压程序，焊接程序，维持程序，休止程序。

在预压阶段没有电流通过，只对母材金属施加压力。

在焊接程序和维持程序中，压力处于一定的数值下，通过电流，产生热量熔化母材金属，从而形成熔核。

在休止程序中，停止通电，压力也在逐渐减小。

预压的作用：

在电极压力的作用下清除一部分接触表面的油污和氧化膜，形成物理接触点。

为以后焊接电流的顺利通过及表面原子的结合作好准备。

焊接、维持的作用：

其作用是在热和机械（力）的作用下形成塑性环、熔核，并随着通电加热的进行而长大，直到获得需要的熔核尺寸。

休止的作用：

其作用是是液态金属（熔核）在压力作用下更好的冷却结晶。

5、点焊的主要焊接参数：

焊接电流，焊接压力，电极端面直径，焊接时间。

（1）焊接电流：

焊接时流经焊接回路的电流称焊接电流。

对点焊质量影响最大，电流过大产生喷溅，焊点强度下降。

（2）焊接时间：

电阻焊时的每一个焊接循环中，自电流接通到停止的持续时间，称焊接通电时间。

时间长短对点焊质量影响也很大，时间过长，热量输入过多也会产生喷溅，降低焊点强度。

焊接电流和焊接时间是通过控制箱进行控制的，可以利用编程器进行设定。

（3）电极压力：

通过电极施加在焊件上的压力。

当压力过小，易产生喷溅；压力过大时，使焊接区接触面积增大，电流密度减小，熔核尺寸下降，严重时会出现未焊透的缺陷。

一般认为，在增大电极压力的同时，适当加大焊接电流或焊接时间以维持焊接加热程度不变。

焊接压力是通过压缩空气产生的，所以点焊时的气压值决定了焊接压力，一般要求的气压为：

0.4——0.6Mpa

（4）电极头端面尺寸：

电极头是指点焊时与焊件表面相接触的电极端头部分。

电极头端面尺寸增大时，由于接触面积增大，电流密度减小，散热效果增强，均使焊接区加热程度减弱，因而熔核尺寸减小，，使焊点承载能力降低。

电极头端面尺寸的增大△D＜15%D。

端面直径一般要求在ф6——8mm，超过8mm就需要及时进行修磨

6、焊接参数间相互关系及选择：

（1）焊接电流和焊接时间的适当配合

硬规范——大焊接电流、短的焊接时间

软规范——小焊接电流，适当延长焊接时间参数

硬规范适用范围：

铝合金、奥氏体不锈钢、低碳钢。

软规范适用范围：

低合金钢、可淬硬钢、耐热合金、钛合金钢。

两种规范在调节I、T使之组成不同的硬、软规范时，必须相应改变电极压力Fw。

硬规范电极压力大，软规范反之。

（2）焊接电流I和电极压力Fw的适当配合。

这种配合的特征：

A焊接过程中不产生喷溅；

B规范选择在喷溅临界曲线附近（无飞溅区内）可获得最佳焊接质量。

7、点（凸）焊的主要缺陷

虚焊、开焊、毛刺、飞溅、焊点扭曲、半点、焊点点距不均匀等

7.1、点焊分流的影响因素：

（1）焊点距的分流：

A.连续点焊时，点距愈小，板厚愈厚分流愈大。

B.焊接材料导电性的影响，导电好的分流大。

（2）焊件表面状态：

焊件表面有油污、氧化膜（锈）使接触电阻增大分流增加。

（3）点焊顺序：

已焊点分布在两侧比一侧的分流大。

即：

在点焊件时补焊点要比定位点焊点分流大。

（4）电极与工件相碰引起分流。

（5）焊件装配过紧或装配不良引起的分流。

（6）单面点焊工艺造成的分路阻抗小于焊接阻抗造成的分流。

7.2分流的不良影响

（1）使焊点强度降低。

（2）单面点焊产生局部接触表面过热、喷溅。

7.3消除分流的措施：

A.选择合适的点距；

B.严格清理补焊工件表面；

C.注意结构设计合理性；

D.设计未用电极和夹持器，避免与焊件相碰产生分流；

E.对经常有分流的焊点可适当提高电流；

F.单面多点焊时（现很少采用），采用调幅焊接电流波形。

8、金属材料的点焊焊接性

定义：

用来相对衡量金属材料在一定工艺条件下，实现优质接头的难易程度的尺度。

（1）判断金属材料点焊焊接性的主要标志：

Ø材料的导电性和导热性：

电阻率小而热导率大的金属材料其焊接性较差

Ø材料的高温塑性和塑性温度范围：

高温塑性差、塑性温度区间窄的金属材料其焊接性较差。

Ø材料对热泪盈眶掀起环的敏感性：

焊接中容易生成与热循环有关的焊接缺陷的金属材料其焊接性较多差。

熔点高、硬度高、线胀系数大的金属一般也较差。

即热敏感性大的焊接性较差。

低碳钢＜耐热合金＜可淬硬钢。

9、点焊工位的标准操作流程

⑴开班前5分钟到达工作现场、劳保用品穿戴整齐、参加班前会，了解当天的工作内容和相关的信息

⑵在工作时穿戴所有必须穿戴的劳保用品，新员工还必须按照相关规定佩带袖标

⑶工作前必须按照《设备操作维护指导书》对设备进行点检

⑷设备点检结束后必须立即按照实际情况填写《设备点检表》，如有异常，不能自己处理的，应该立即上报给班长

⑸设备点检完毕后，按照《工装一级保养书》进行工装的点检

⑹工装点检结束后立即填写《工装点检表》，如有异常，不能自己处理的，应该立即上报给班长

⑺工装点检完毕后，要对工具（焊钳、电极帽、榔头、扁铲等）进行清点，检查

按照《焊装作业指导书》的要求进行操作，如有异常，不能自己处理的，应该立即上报给班长

⑻按照《自检规程》的要求，对工作前的1——3件工件需要进行首检。

（当人、机、料、法、环这几种因素中的任一项发生变化时，都要首检）

在正常的操作过程中需要进行抽检，频次为1/20

在每天的工作结束前的最后一个件必须要进行末检

发现不合格品要立即处理，不能自己处理的应标识、隔离并立即上报班长

⑼自检完毕后，立即根据实际的自检情况在自检的工件上作好标识（“首检”、“抽检”、“中检、”“末检”）

⑽在标识工件后，应该立即按照《自检规程》在《自检记录表》上填写相应的记录

⑾在工作过程中要时刻注意电极帽的使用情况，根据实际使用情况进行电极帽的修磨或更换

⑿工作结束后，根据《工装一级保养书》对工装进行清擦、保养。

⒀根据《设备操作维护指导书》对焊钳和工具等进行清擦、保养。

⒁根据《设备操作维护指导书》对设备等进行清擦、保养。

⒂在下班前，打扫现场，按照要求保证工位器具的清洁度、并保持工位器具的整齐

⒃下班前，要检查电器的使用情况，并切断各种电源

⒄下班前，要检查各种气动设备是否关闭，并切断各种气源

三、白车身电阻点（凸）焊质量标准

轿车作为一种特殊的商品，既要求结实耐用，又要求美观舒适，轻便节能。

这就要求轿车白车身，既要有足够的焊接强度，又要有合格的外观质量。

1、白车身电阻点焊质量标准

1.1白车身焊点强度质量标准

1.1.1白车身焊点强度质量水平NQST

（1）、白车身所采用的钢板厚度系列有（MM）

0.6，0.7，0.75，0.8，0.9，1.0，1.2，1.5，1.8，2.0，2.5，3.0

材料：

低碳钢、低合金钢板材。

（2）、电阻点焊焊点分类：

1.普通焊点：

强度方面要求零件承受一般水平应力。

2.特殊焊点：

根据产品设计的特殊要求，零件需要承受较大的应力，该类焊点的质量直接影响产品的功能和安全性。

A11指关键工序前轮罩OP10工位、下部OP50工位和后轮罩总成OP30工位的焊点

（3）、焊点直径：

不同厚度的钢板装配形式，要求的最小焊点直径也不同。

一般经验公式：

以e表示装配形式中参考板的厚度，φ表示焊点直径，运用到实际中则近似：

对于普通焊点φ≥6mm0.6≤e≤1.5（mm）

φ≥7mm2.0＜e≤3.0（mm）

对于特殊焊点φ≥6mm0.6≤e≤1.2（mm）

φ≥7mm1.2＜e≤2.0（mm）

φ≥7mm2.0＜e≤3.0（mm）

（4）、白车身焊点强度质量水平NQST

采用焊点强度质量水平NQST来衡量NQST计算方法如下：

焊点强度质量水平（NQST）=缺陷焊点数/破检焊点总数×100%

焊点缺陷是指：

焊点虚焊、弱焊、漏焊、错位、烧穿。

焊点虚焊：

指未形成熔核；

弱焊指：

熔核直径小于规定值；

漏焊、错位指：

焊点位置不符合工艺要求。

白车身焊点强度质量控制目标，就是在合理的质量成本下，将NQST值控制在目标值以内。

随着产品质量的改进和顾客要求的不断提高，NQST值也随着不断调整和降低。

NQST目标值不断降低。

1.焊接位置尺寸要求

表1-1焊点步距

最小步距mm

参考板厚

e≤1.2

e>1.2

普通焊点

特殊焊点

表1-2允许缺陷焊点数量

普通焊点数量

1—4

5---9

10---19

≥20

允许缺陷焊点

特殊焊点数量

1—9

10—19

20---29

≥30

允许缺陷焊点

在零件上的一组或一列焊点中，允许有限制数量的缺陷焊点。

这里的缺陷焊点是指：

虚焊、弱焊、错焊、烧穿等不合格焊点。

但在上表中

（1）不允许一组焊点的首尾两个是缺陷点；

（2）不允许一组焊点中连续两个焊点或只间隔一个合格焊点的两个焊点是缺陷点。

（3）影响车身密封的焊点不允许有烧穿。

1.1.1.2白车身焊点熔核质量标准

焊点熔核直径：

低碳钢板焊点强度由焊点熔核直径来保证。

一般焊点的抗剪强度见下表。

板厚（MM）

0.6

0.8

1.0

1.2

1.5

2.0

2.5

3.0

抗剪强度KN

2.25~3.0

3.55~4.4

5.3~6.1

6.5~7.8

8.75~10.15

13.0~14.5

18.7~21.5

23.6~28

不同厚度的钢板装配形式，要求的最小焊点熔核直径也不同。

一般经验公式：

φ≥5*e1/2

以e表示装配形式中参考板的厚度，φ表示焊点直径，运用到实际中则近似：

对于普通焊点φ≥4mm0.6≤e≤1.5（mm）

φ≥5mm1.5＜e≤3.0（mm）

对于特殊焊点φ≥4mm0.6≤e≤1.0（mm）

φ≥5mm1.0＜e≤2.0（mm）

φ≥6mm2.0＜e≤3.0（mm）

1.1.1.3白车身焊点外观质量标准

1.焊点外观缺陷。

包括以下四个方面：

—焊点压痕-------压痕L≤0.2e

—焊点变形

—过烧/烧穿

—飞溅和毛刺

—压痕过深

（1）通常把轿车车身分为四个区域：

——1区车身上部至车身腰部；-------焊点等级1级

——2区车身装饰条或保护条以下的部位，包括车轮；座位上能看见的部位；上车时能看见的其他部位，含车门框、窗框、行李箱、发动机舱等所有可见部位。

--------焊点等级1级

——3区被车附件等覆盖的部分的焊点--------焊点等级3级

（2）焊点外观等级

1级：

外观很好，允许轻微压痕，禁止其他缺陷；

2级：

允许压痕、变形，禁止毛刺等其他缺陷；

3级：

允许压痕、变形和较小毛刺，禁止其他缺陷。

2、白车身螺钉、螺母凸焊质量标准

2.1螺钉凸焊质量标准

2.1.1抗拉强度实验标准

抗拉强度实验要求：

在标准检查拉力的作用下，焊缝不得出现断裂或变形。

公称直径

×螺距

拉力F（N/点），按钢板厚度选择

0.60

0.70

0.80

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.50

3.00

M5×0.80

M6×1.00

M8×1.25

100

120

表1--4凸焊螺钉抗拉强度质量标准

2.1.2抗扭强度实验标准

把检查螺母装在螺钉上，并拧到底，然后在螺母上施以纯扭转力矩，进行焊接螺钉的非破坏性检查。

要求：

当检查力矩增大到标准规定值时，焊缝不得出现断裂或变形。

表1—5凸焊螺钉抗扭强度质量标准

公称直径×螺距

M5×0.80

M6×1.00

M8×1.25

检查力矩（N.m）

5.0

8.4

20.6

2.1.3凸焊螺钉破坏性实验

这个实验是为了检测撕裂点或横断面上的熔核直径。

用榔头或拉伸机进行凸焊螺钉的破坏性实验。

检查标准：

熔核直径Φ≥0.8d,d为凸点直径。

当熔核呈椭圆或不规则形状时，取最大和最小直径的平均值。

注：

（1）当进行破坏性实验判定焊接质量有困难时，则以抗拉强度实验结果为准；

（2）特殊情况下，零件的焊接质量由焊接实验室会同产品、工艺和质检人员，根据产品的使用对象和安全等级进行综合评判。

2.2螺母凸焊质量标准

2.2.1抗扭强度实验标准

用扭力扳手在焊接螺母上施加一力矩

要求：

当检查力矩逐渐增大到标准规定值时、焊缝不得出现任何断裂或变形。

表3---6凸焊螺母抗扭强度质量标准

公称直径

检查

力矩

（N.m）

软钢、

超软钢

150

200

180

高强钢

100

150

200

180

2.2.2抗拉强度实验标准

d×pas

拉力F（N/点），按钢板厚度选择

0.70

0.80

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50

2.75

3.00

M5×0.80

200

300

400

550

600

800

900

1000

M6×1.00

300

400

450

700

800

900

1000

1100

1200

M8×1.25

550

800

900

1000

1200

1250

1350

1500

M10×1.50

600

900

1000

1100

1300

1500

1600

1800

M12×1.75

1000

1100

1200

1400

1650

1750

2100

7/16-20

1200

1400

1650

1750

2100

表3---7软钢、超软钢凸焊螺母抗拉强度质量标准

表3---8高强钢凸焊螺母抗拉强度质量标准

d×pas

拉力F（N/点），按钢板厚度选择

0.70

0.80

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50

2.75

3.00

M5×0.80

M6×1.00

100

130

M8×1.25

110

140

M10×1.50

100

130

145

M12×1.75

130

140

150

180

7/16-20

120

130

160

170

2.2.3凸焊螺母破坏性实验

实验步骤同凸焊螺母抗拉强度检查。

。

判定标准同凸焊螺钉破坏性检查。

四、CO2气体保护焊方法简介

1、CO2气体保护焊方法的原理

CO2气体保护焊是采用CO2气体作为保护介质，焊接时，CO2气体通过焊枪的喷嘴，沿焊丝的周围喷射出来，在电弧周围形成气体保护层，机械地将焊接电弧与空气隔离开来，从而避免了有害气体的侵入，保证焊接过程的稳定以获得优质的焊缝。

其工作原理如图：

2、CO2气体保护焊的主要作用

CO2气体保护焊主要用于车身的补焊和点焊不能焊接到的部位。

3、CO2气体保护焊的焊接设备

组成部分有：

焊接电源、送丝机构、焊枪、供气系统和控制系统

焊接电源：

能提供CO2气体保护焊所需要的电源：

直流、具有平硬外特性；

送丝机构：

能以一定的速度提供焊接所需要的焊丝；

有三类送丝机构：

推丝式、拉丝式、推拉式

焊枪：

主要作用是向熔池和电弧区输送保护气流和稳定可靠地向焊丝导电；

供气系统：

主要作用是将保存在钢瓶中呈液态的CO2在需要时变成一定流量的气态CO2气体；

控制系统；主要作用对送丝系统、供气系统和焊接电源转变机头行走的控制。

4、CO2气体保护焊的焊接参数

CO2气体保护焊的焊接参数主要有：

焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、电源极性、CO2气体流量和支流回路电感值

5、CO2气体保护焊的主要缺陷

焊缝成形不良、飞溅、气孔、裂纹、咬边、烧穿、未焊透

6、CO2气体保护焊与其他焊接方法相比具有以下特点

优点：

1、采用明弧，施焊部位可见度好、便于对中、操作方便、生产效率高

2、CO2气体价格低、成本低

3、能耗低

4、适用范围广

5、焊后不需要清渣

缺点：

1、焊接时飞溅比较大、焊缝表面成形较差、焊接设备复杂

2、防风能力差、不能在有风的场所使用

※CO2气体的流量大小对焊接有何影响？

答：

CO2气体的流量，主要是对保护性能有影响，当CO2气体流量太大时，气体冲击熔池，冷却作用加强，并且使保护气体流量紊乱，将空气卷入，而破坏了保护作用，使焊缝容易产生气孔。

同时对熔池的氧化性增加，飞溅增加，焊缝表面也不光泽。

CO2气体流量太小时，气体挺度不够，降低了对熔池的保护作用，而且容易产生气孔等缺陷。

因此CO2气体流量一般设置为5~15L/min,当焊接速度提高时、喷嘴至工件距离增加时或焊接场地有侧向风时均可适当加大CO2气体的流量。

※焊丝伸出长度的选择：

答：

焊丝的伸出长度是指焊丝从导电嘴到工件的距离，随着伸出长度的增加，焊丝的预热状态电阻值急剧增加，因此，焊丝熔化加快，提高了生产率，但是，当焊丝伸出长度过大时，焊丝容易发生过热而成段熔断，焊接过程不稳定，飞溅严重，焊缝成形不良以及气体对熔池的保护作用减弱，而且使熔深减少，焊缝加强高明显增大，当伸出长度过小时，则焊接电流较大，短路频率较高，并缩短了喷嘴装到工件之间的距离，使飞溅金属容易堵塞喷嘴，影响保护气体流通，在一般情况下，焊丝伸出长度参考如下公式选择:

L（伸出长度）=10D（焊丝直径）

※焊缝常见缺陷产生原因及解决措施见下表:

缺陷名称

产生原因

解决措施

1.焊缝气孔

气体纯度不够,含水量过多.

提纯气体.

喷嘴被飞溅物堵塞.

清理喷嘴.

电压,电流,焊速及气流量过高.

调整规范.

焊丝伸出过长,焊速,收弧过快.

调整伸出长度,降低焊速,减慢收弧

周围空气对流太大.

加防风措施.

焊件及焊丝有油,锈.

清理焊丝和焊件.

2.飞溅过多

极性接错.

正确连接.

规范不当.

调整规范.

3.裂纹

工件有油,锈等.

清理工件.

焊丝不合格,含硫,磷过高.

换合格的焊丝.

4.咬边

焊速过高.

降低焊速.

焊速与电流不匹配.

调整焊速和电流.

5.未焊透及

焊枪手把移动不均匀.

提高操作技术.

未焊合

电压太低.

增加电压.

焊速过快.

减低焊速.

6.夹渣

手把摆动太大.

提高操作技术.

电流太小.

加大电流.

7.烧穿

电压,电流过大,焊速过慢.

调整规范.

※CO2三种气孔形成机理：

答：

1、CO气孔：

多是由于焊丝的化学成分选择不当造成，当焊丝金属中含脱氧元素（Si、Mn）不足时，焊接过程中就会有较多的FeO溶于金属中,并与C反应生成CO,这个反应在溶池处于结晶温度时进行的较为剧烈,CO不易逸出,于是在焊缝中形成气孔;2、N2孔：

主要是由于保护气体遭到破坏,大量空气入侵的原故,电弧电压越大,空气入侵的可能性就越大,另外N2量增大,即使不形成气孔,也将降低焊缝金属的塑性;3、H2孔；主要来自焊丝、工件表面油污、铁锈及CO2气体的水分，油污为碳氢化合物，铁锈中有结晶水，它们在电弧的高温下都能分解出H2气。

五、白车身CO2焊质量标准

1、低碳钢板CO2焊焊缝验收技术条件

2、低碳钢板CO2焊焊缝外观质量

（1）检查方法：

直尺和目视。

（2）检查频次：

操作工自检100%，检查员抽检1件/40件。

（3）缺陷种类

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