铝合金车身的点焊工艺
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第
(1 卷 第 & 期 &%%1 年 & 月
>D7BJH<B Z7DP<89 A?BC<87
XED’(1 5E’& Y7N’&%%1
元恒新 !!陈海英 "
!"#重庆大学 机械工程学院 !重庆 $%%%$$"&’重庆长安汽车集团公司 !重庆 $%%%&()
摘要#材料轻量化是汽车制造业的发展趋势!而铝合金材料的应用则是材料轻量化的重要途径之一 $
这给焊接操作者带来不少困难 $
#
焊接方法的选择
汽车上的铝合金结构件都要求焊接 ! 焊缝要有
良好的机械性能 $ 铝合金的焊接方法很多 ! 须根据 铝合金的牌号 %焊件的用途和工作环境 % 产品结构 % 生产条件以及焊接接头质量要求等因素加以选择 $ 常用的焊 接 方 法 有 &气 焊 %焊 条 电 弧 焊 %脉 冲 氩 弧 焊%电渣焊%铆接%等离子弧焊和激光焊等$近年来!针 对铝合金焊接的难点 !一些新的焊接工艺得到发展 ! 如搅拌摩擦焊 %激光 ’ 电弧复合焊 % 电子束焊等415$ 汽车制造业长期以来广泛应用电阻点焊工艺 方法 ! 在铝合金汽车制造业中 ! 可采用经过长期考 验的生产流水线进行全面改造 $ 目前 !有的汽车公司 在制造过程中暂时采用了非电阻点焊的连接工艺
N7<89 LI7P MEH7 S<P7D@ <8 ?LJEMEN<D7I’*C7 O?O7H <8JHEPLB7I JC7 S7DP<89 Q8ESD7P97 ER ?DLM<8<LM:?DDE@ RHEM REDDES<89 ?IO7BJI#S7DP<89 J7BC8<B?D BC?H?BJ7H<IJ<B &JC7 BCE<B7 ER S7DP<89 J7BC8<FL7 &OH7O?H?J<E8 N7REH7 S7DP<89 &IOEJ S7DP<89 OHEB7II ?8P <8IO7BJ<E8’
波形 # 采用波峰电流的目的是尽量减小点焊 接头强 度的波动 $防止飞溅和减少粘电极现象# 波谷电流通 常为衰减电流 ! 硬铝系的可热处理强化合金采用这 种缓冷的方法 ! 是为了防止焊核中经常产生的缩孔 和裂纹 # 实际应用中 ! 还经常采用比焊接压力大的 预压力和顶锻压力的两级加压方法 ! 以控制点焊接 头强度的波动和防止焊核内部产生缺陷 # 采用三相低频或三相整流式焊机焊接时的焊 接规范 ! 包括焊接电流及其通电时间 $ 衰减电流及 其通电时间 $ 焊接压力 $ 顶锻压力和延时加压时间 等许多参数-./! 如图 0 所示 #
介绍了铝合金焊接的技术特点 % 车身焊接方法的选择 % 焊前表面准备和铝合金点焊工艺 % 以及点焊 质量的检查 % 试验 $
关键词 #汽车车身 "铝合金 "点焊工艺 中图分类号 #*+$,(-’. 文献标识码#/
文章编号 #"%%"0&(%(!&%%1)%&0%%1(0%$
#$%& ’()*+,- $.%/(00 %1 23&%4%5+)( 5%*6 42*( 56 2)34+,3472))%6
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万方数据
生产与应用
第 (1 卷
!"#$ %&!’()! 属于难熔物质 ! 焊接时会阻碍金属之间
的良好结合 ! 导致未焊透 " 焊缝夹渣 " 不熔合现象 ! 且由于氧化膜吸附大量水分 !容易使焊缝产生气孔#
方法 ! 但仍在投入一定的人力 % 物力对铝合金电阻 点焊技术进行研究 ! 以寻求突破 $
!"&
高温下的强度和塑性低
铝合金焊接接头强度低于母材 !即有软化现象 $
焊接接头力学性能较难保证 ! 抗拉强度低 ! 塑性不 足 !是铝合金应用的一大障碍 $
!"’
加热时无色泽变化
铝合金从固态变为液态时 !无明显的颜色变化 !
)" 化学方法685$
用酸或碱溶解材料表面 ! 也可以与除油工序同 时进行 $ 最常用的方法是 &在 -3+/$3的氢氧化钠溶 液 9 约 7$ 2) 中浸泡 ($+1$ : 后用清水冲洗 ! 然后在 约 /-3的硝酸水溶液 9常温 )中浸泡约 * ’;< ! 用清水 冲洗后 ! 再用温水冲洗干净 ! 最后进行干燥处理 $ 最好在临焊前进行化学清理!即使集中清理!也应 只清理当天能够焊完的预定数量 $ 在这种情况下 ! 材 料的坡口表面临焊前最好也用钢丝刷进行清理$ 电阻焊时 !尽量使材料的表面状态均匀一致 ! 因 此 !还可以采用如下的化学清理法 &
图!
电阻点焊过程示意图
!"#
焊接特点
与电弧焊相比 ! 电阻焊具有残余应力低 $ 焊接
图0 点焊焊接规范示意图
变 形 小 $焊 接 速 度 快 $操 作 简 便 易 掌 握 $产 生 的 飞 溅 $烟尘及气体少等优点 # 但铝合金的以下特点会使 得其焊接规范的选择较困难 #
另一方面 ! 对于点焊时的拉伸剪切载荷 $ 焊核 直径 $压痕深度 $ 内部缺陷 $ 外部缺陷等有关电阻点 焊接头质量的很多事项 ! 在各种技术管理要求或标 准中均作了规定 # 焊接规范参数与各种焊接质量间的关系是极 为复杂的 ! 因而使焊接规范的选择有一定的难度 # 表 ! 和表 0 是推荐的点焊焊接规范的标准 ! 实际使 用时还须通过实验来选择 #
$"!
清洗
清洗是表面准备的第一步 ! 可以使用工业溶液
凝固时体积收缩率达 1,-3+1,13$ 因此 !在拘束条件 下焊接时易产生较大的焊接应力和变形 !或在脆性 温度区间内导致热裂纹 $ 生产中常采用调整焊丝成 分的方法防止裂纹的产生 $
去除材料表面上的油类 %污物或标记 $ 铝合金表面进 行除油处理时 ! 可以利用稀释剂 % 汽油 % 石油醚 % 三 氯乙烯和全氯乙烯等有机溶剂将其浸泡清洗 ! 或用 浸有这些溶剂的清洁布擦洗 $
以铝合金材料的回收使用得到人们的普遍重视$ 铝合金材料因表面有一层致密的氧化物保护膜 & 其 表面无需如一般碳钢材料那样进行镀层处理即 可获得满意的抗腐蚀性 &而电镀 %热镀锌的镀层处理 不仅工艺复杂 %成本高 &还严重污染环境 &因此 & 采用 铝合金材料是 &" 世纪汽车制造业发展的趋势 $ 汽车车身选择铝合金材料 &符合节能的趋势 & 但 在焊接铝合金的过程中 & 必须充分掌握铝合金的焊 接工艺 & 才能获得优质的焊接接头 $
$" 剥离试验# 焊接Байду номын сангаас数要周期性地进行检查!用
与工件相同材质和厚度的试样 ! 像工件一样进行焊 接来核实焊机的调整是否正确 #
()*+,,*! $()*#,,$()*!,,, 型直流冲击波点焊机 #
目前 !汽车车身焊装线上的电阻点焊机主要有悬挂 式点焊机 $ 点焊机器人和多点焊机 #
!"%
液态时溶解氢的能力强
焊接接头中的气孔是铝合金焊接中的常见缺
$"#
氧化膜的清除
材料表面上的氧化膜不能用上述有机溶剂清
陷!氢是产生气孔的主要原因$ 不同温度下!氢在焊接 熔池中的溶解度相差很大 ! 铝合金的熔池吸收和溶 入大量的气体 ! 在焊后冷却凝固过程中 ! 氢溶解度 急剧下降 !来不及析出 ! 聚集在焊缝中形成气孔 $
为了保证点焊的质量 ! 要制定并遵守正确的焊
!%)
焊接设备
铝合金点焊时 ! 应根据铝合金材料牌号及焊件
接程序和焊接规范 ! 在生产过程中 ! 还要有常规的 检查程序 #
厚度选用点焊机 # 实用的点焊机有单相交流式 $电容 器式 $ 三相整流式和三相低频式等 ! 除单相交流式 焊机外 ! 都是为了解决通过大电流时引起电源电压 降低的问题而研究出来的 # 如国产专用的点焊机有
T7@ SEHPI $?LJE NEP@ "?DLM<8<LM ?DDE@ "IOEJ S7DP<89 OHEB7II
引言
近年来 & 随着汽车工业的迅速发展 & 世界性能 源问题 % 环境保护问题变得越来越突出 & 于是减轻 汽车自重 % 降低油耗和废气排放量就成为各大汽车 生产厂商提高竞争能力的关键 $ 减轻汽车质量的重 要途径就是使汽车材料轻量化 $ 汽车轻量化的重要措施之一就是采用铝合金 车身 $ 铝合金的体积质量是钢材体积质量的 "!(& 采 用铝合金材料制造汽车车身 & 在保证其具有与钢材 同 样 强 度 和 刚 度 的 前 提 下 &可 以 减 轻 车 身 质 量 的
件之间均匀的表面电阻675$ 多数应用中 ! 在点焊或缝 焊铝合金以前 !焊接的表面准备是非常必要的 !它一 般是清除油类 % 污物或标记 ! 并减少和改善铝表面 氧化膜的一致性$ 表面准备大致可分为清洗和清除氧 化膜两道工序 $
!"$
线膨胀系数大
铝的线膨胀系数为 *(,-./$01!2!约比钢大 * 倍 !
!"#$%&’$ ()"*’+, -.$/’+)
万方数据
生产与应用
元恒新等 % 铝合金车身的点焊工艺
第0期
接循环中 !首先将工件装配好并施加电极压力 "然后 通以电流 ! 由于电流流经工件时产生电阻热 ! 两工 件间界面上的材料受热发生熔化形成熔核 " 一段时 间后 !撤去电流 ! 熔核凝固形成焊点实现连接 ! 电极 压力需继续保持一段时间以保证焊接质量 "最后 ! 撤 去电极压力 !焊接循环结束 # 由于电极发热 ! 铝合金 电阻点焊过程中 !电极需冷却 #
1%[ 左右 & 从而达到 减 少 燃 料 消 耗 % 降 低 环 境 污染
的目的\"0&]$ 其次&铝合金材料可以反复回收利用 &回收 重熔铝合金所需能量仅是生产新铝合金所需能量 的 ,[$ 再生铝合金材料可以保持原有材料的性能 &所
收稿日期 !&%%,0""0&U 作 者 简 介 ! 元 恒 新 V".WW ’)&男 & 江 西 崇 仁 人 & 硕 士 & 主要 从 事
材料加工方面的研究工作 $
!
铝合金的焊接技术特点 89:;<
由于铝合金所具有的独特的物理 %化学性能 & 使
其在焊接过程中有以下几大特点 $
!=!
极强的氧化能力
铝合金与氧的亲和力很大&在空气中极易与氧化
合在其表面生成致密的 % 厚度约为 %’"! M 的氧化 膜 !4D&^() & 其 熔 点 极 高 V 约 & %,% _) % 密 度 大 V(’.,‘
除 !必须用机械或化学的方法进行清除 $
(" 机械方法 $
当产量很小 ! 或组合件的尺寸不允许用化学方 法还原氧化物时 !使用机械的方法去除氧化物 $ 机械 方法有机械切削 % 吹砂处理或用于铸件的喷丸处理 和锉刀 %细钢丝刷以及铝丝绒清理等方法 $ 手工或电 动的细钢丝刷清理方法是最常用的方法 $
!"#
高的热导率和导电性
铝合金具有较大的导热系数和比热容 ! 比热容
$
焊前表面准备
具有均匀高强度和良好外貌的焊缝 ! 取决于工
比钢约大 * 倍 ! 导热性约大 ( 倍 $ 因此焊接时为保 证良好熔合 !必须采用能量集中 % 功率大的热源 ! 有 时需采用预热等工艺措施 $ 经验表明 &相同焊接速度 下 !焊接铝合金的热输入量要比焊接钢材大 *+! 倍 $
2345 6789:;<8"&=6>5 6?<:@<89& !"’A7BC?8<B?D =EDD797!=CE89F<89 38<G7HI<J@!=CE89F<89 $%%%$$!=C<8?"&’=CE89F<89 =C?89K?8 4LJEMEN<D7 =EMO?8@! =CE89F<89 $%%%&(!=C<8?) 4NIJH?BJ # 4DLM<8<LM:?DDE@ <I ?8 <P7?D M?J7H<?D JE M?Q7 JC7 ?LJEMEN<D7 D<9CJ787P’/LJ IEM7 R?BJEHI OH7G78J ?DLM<8<LM:?DDE@ RHEM
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/) 在 /-3=>?( !@ 的水溶液中加入 A7 & 无水硫 酸钠 ! 在 8-+AB 2下浸泡 #,B+#,- ’;<( *C 在 /,-3+(,B3=*D;E1 的水溶液中加入表面活 化剂9 如 >FGGH<FI 等J !于室温下浸泡 1+/$ ’;<#
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铝合金的电阻点焊工艺
铝合金的电阻点焊过程如图 / 所示 #在一个焊
$% 导热和导电性好 ! 必须采用大电流 $ 短时间
通电的方法 #
&% 凝固收缩率 大 " 约 #$%&$’ ! 有 些 合 金 易 产
生缩孔和裂纹等缺陷 #
’% 表 面 氧 化 膜 的 电 阻 高 ! 当 通 入 大 的 焊 接 电
流时 !往往会导致飞溅的产生 #
(% 在高温下会急剧软化 #
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检查和试验
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焊接方法的选择
汽车上的铝合金结构件都要求焊接 ! 焊缝要有
良好的机械性能 $ 铝合金的焊接方法很多 ! 须根据 铝合金的牌号 %焊件的用途和工作环境 % 产品结构 % 生产条件以及焊接接头质量要求等因素加以选择 $ 常用的焊 接 方 法 有 &气 焊 %焊 条 电 弧 焊 %脉 冲 氩 弧 焊%电渣焊%铆接%等离子弧焊和激光焊等$近年来!针 对铝合金焊接的难点 !一些新的焊接工艺得到发展 ! 如搅拌摩擦焊 %激光 ’ 电弧复合焊 % 电子束焊等415$ 汽车制造业长期以来广泛应用电阻点焊工艺 方法 ! 在铝合金汽车制造业中 ! 可采用经过长期考 验的生产流水线进行全面改造 $ 目前 !有的汽车公司 在制造过程中暂时采用了非电阻点焊的连接工艺
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介绍了铝合金焊接的技术特点 % 车身焊接方法的选择 % 焊前表面准备和铝合金点焊工艺 % 以及点焊 质量的检查 % 试验 $
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铝合金焊接接头强度低于母材 !即有软化现象 $
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焊接特点
与电弧焊相比 ! 电阻焊具有残余应力低 $ 焊接
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另一方面 ! 对于点焊时的拉伸剪切载荷 $ 焊核 直径 $压痕深度 $ 内部缺陷 $ 外部缺陷等有关电阻点 焊接头质量的很多事项 ! 在各种技术管理要求或标 准中均作了规定 # 焊接规范参数与各种焊接质量间的关系是极 为复杂的 ! 因而使焊接规范的选择有一定的难度 # 表 ! 和表 0 是推荐的点焊焊接规范的标准 ! 实际使 用时还须通过实验来选择 #
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凝固时体积收缩率达 1,-3+1,13$ 因此 !在拘束条件 下焊接时易产生较大的焊接应力和变形 !或在脆性 温度区间内导致热裂纹 $ 生产中常采用调整焊丝成 分的方法防止裂纹的产生 $
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氧化膜的清除
材料表面上的氧化膜不能用上述有机溶剂清
陷!氢是产生气孔的主要原因$ 不同温度下!氢在焊接 熔池中的溶解度相差很大 ! 铝合金的熔池吸收和溶 入大量的气体 ! 在焊后冷却凝固过程中 ! 氢溶解度 急剧下降 !来不及析出 ! 聚集在焊缝中形成气孔 $
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极强的氧化能力
铝合金与氧的亲和力很大&在空气中极易与氧化
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高的热导率和导电性
铝合金具有较大的导热系数和比热容 ! 比热容
$
焊前表面准备
具有均匀高强度和良好外貌的焊缝 ! 取决于工
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