曾清林、何深成

（東風(fēng)柳州汽車有限公司 545006）

0 引言

目前白車身電阻點焊仍然是白車身零部件連接的主要方式。1臺白車身平均有4 000～6 000個焊點。焊點的質(zhì)量和強(qiáng)度直接影響到車體的強(qiáng)度。焊接飛濺的產(chǎn)生會直接導(dǎo)致焊接質(zhì)量問題，嚴(yán)重時危及焊接強(qiáng)度。國外的汽車制造廠商對焊接飛濺問題經(jīng)過了多年的研究，得到了豐富的理論數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗。如東風(fēng)日產(chǎn)及一汽馬自達(dá)汽車公司的無飛濺車間[1]；日本某汽車品牌工廠內(nèi)的無焊接飛濺率達(dá)到80%以上，但國產(chǎn)化以后，生產(chǎn)同品牌汽車的無焊接飛濺率就下降至50%以下，說明我國國內(nèi)對焊接飛濺的研究及應(yīng)用推廣，仍與國外先進(jìn)水平存在一定的差距。

焊接飛濺的危害不僅僅是導(dǎo)致白車身焊接質(zhì)量和強(qiáng)度的下降，而且飛濺焊渣附著在車體外觀面上，也會影響到整車的外觀品質(zhì)、污染焊接設(shè)備、存在火災(zāi)隱患以及污染工廠內(nèi)的環(huán)境衛(wèi)生，影響現(xiàn)場操作者的健康。因此，減少焊接飛濺一直是國內(nèi)各汽車廠家的主要努力目標(biāo)。本文將系統(tǒng)性地展開有關(guān)焊接飛濺的機(jī)理、影響因素和控制措施。

1 焊接飛濺的形成機(jī)理

電阻點焊是指在工件處施加一定的壓力，并利用電流通過工件及接觸處產(chǎn)生的電阻熱，將2個工件之間接觸表面融化，從而實現(xiàn)連接的焊接方法[2]。通常使用較大的電流，并在焊接過程中始終施加壓力，使熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶，從而形成組織致密、無縮孔和裂紋的焊點。因此，電阻點焊通常分為3個過程：預(yù)壓，焊接之前保證工件接觸良好；通電，通過電阻熱使焊接處形成熔核和塑性環(huán)；保持，通電結(jié)束后，熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶。

當(dāng)在通電加熱過程中，工件接觸表面會產(chǎn)生塑性環(huán)和熔核區(qū)，塑性環(huán)在外層，熔核區(qū)在內(nèi)層。一般情況下，塑性環(huán)會包裹住熔核區(qū)，使熔融金屬液不會飛濺。當(dāng)熱量不斷增加時，塑性環(huán)和熔核區(qū)會不斷生長，一旦塑性環(huán)的生長超出了電極頭的范圍，熔核區(qū)不再受到塑性環(huán)的保護(hù)而與電極頭端面接觸，在電極頭的壓力下，熔融金屬液就會從工件表面飛濺而出。另一種情況是電流過大、加熱過快時，熔核區(qū)的生長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了塑性環(huán)的生長速度，熔融金屬突破塑性環(huán)的包圍飛濺出去。

以上是產(chǎn)生焊接飛濺的2種機(jī)理，在實際生產(chǎn)過程中會受到各類因素的影響。例如焊接設(shè)備上下電極頭的形狀和對中度，焊接調(diào)試時電極頭與工件的垂直度，工件之間的搭接情況、焊接參數(shù)的合理性以及車體精度等。在面對具體的焊接飛濺問題時，要進(jìn)行具體分析，從產(chǎn)生飛濺的機(jī)理出發(fā)，進(jìn)行全面的要因分析，才能夠根本解決焊接飛濺問題。

2 焊接飛濺的影響因素

2.1 焊接設(shè)備和工裝的影響

焊接設(shè)備和工裝能力的穩(wěn)定性主要包含3個方面：第一，焊接設(shè)備輸出參數(shù)的穩(wěn)定性，焊接設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備保證輸出參數(shù)穩(wěn)定的能力，使之達(dá)成工藝設(shè)定要求；第二，焊接工裝夾具的穩(wěn)定性，在夾緊狀態(tài)下工件之間的間隙保持穩(wěn)定貼合；第三，電極頭修磨的穩(wěn)定性，每次修磨完成后應(yīng)當(dāng)保證上下電極頭對中且電極端面直徑在設(shè)定要求范圍內(nèi)，上下電極端面貼合接觸良好。以上3個方面應(yīng)當(dāng)開展定期的檢查和保全工作，如果出現(xiàn)偏差應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行工裝和設(shè)備的恢復(fù)工作。

2.2 焊接示教和程序的影響

這里主要是機(jī)器人焊接示教過程中會產(chǎn)生焊接飛濺的不良因素。例如焊點位置偏差，焊點位置過于靠近鈑金圓角或者止口部位，極易產(chǎn)生焊接飛濺；焊接電極頭與板件不垂直，會造成焊點扭曲導(dǎo)致焊接飛濺；在使用伺服焊鉗示教時，靜電極臂側(cè)電極頭端面不與鈑金貼合（氣動焊鉗具備平衡氣缸自動補(bǔ)償功能，靜電極側(cè)不需要與鈑金貼合），易造成焊接飛濺；焊接順序的設(shè)計不良會影響工件搭接的間隙，從而造成焊接飛濺；在焊接示教過程中，還要注意焊鉗的任何導(dǎo)電部位不應(yīng)與工件或者夾具干涉，避免造成焊接分流及飛濺。

2.3 鈑件搭接的影響

鈑件搭接對焊接飛濺的影響因素有2個。

（1）鈑金搭接不貼合。理論上，所有零件搭接部位在設(shè)計時都是貼合的。但是考慮到工藝能力的可實現(xiàn)性和一些偏置公差的存在，實際生產(chǎn)的零件相互搭接時總會存在一定間隙，間隙的存在對焊接飛濺的影響是非常大的。對于普通的板材，一般通過焊接工裝的夾緊可以消除部分的間隙，或者延長焊鉗的預(yù)壓時間并增加焊接壓力來抵消間隙的問題（但是對于高強(qiáng)度板材來說，夾具的氣缸夾緊力和焊鉗的壓力對消除板件間隙的作用就不那么明顯了，所以高強(qiáng)度板材的搭接配合間隙尤為重要）。鈑金之間不能緊密貼合，其接觸面積變小，電阻變大。在這種情況下，產(chǎn)生的熱量能夠瞬間融化鈑金之間的金屬，但又因為塑性環(huán)還未完全形成，融化的金屬就會通過鈑金之間的縫隙飛濺出來。因此，必須對鈑金搭接的間隙進(jìn)行合理的控制。

（2）鈑金搭接錯邊。鈑金搭接錯邊主要影響塑性環(huán)的生長，導(dǎo)致塑性環(huán)生長不完整，存在缺陷，進(jìn)而引起焊接飛濺。這種問題和焊點距離鈑金止口過近所導(dǎo)致焊接飛濺的機(jī)理是一致的，需要控制鈑金的零件精度和工裝夾具的精度。

2.4 焊接參數(shù)的影響

根據(jù)電阻焊熱量公式（公式1），電流和時間越大，產(chǎn)生的熱量越大，過多的熱量造成熔核區(qū)增大，熔融金屬更容易突破塑性環(huán)的包圍形成焊接飛濺[3]。同時，熱量過大并不能顯著增加焊點的強(qiáng)度，當(dāng)超過一定的限度后，焊點強(qiáng)度反而會下降。如果熱量過小，熔核區(qū)直徑過小，未能形成有效的熔核，造成虛焊。因此，需要合理選擇焊接參數(shù)，一般情況下需要根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)定焊接參數(shù)，然后再經(jīng)過反復(fù)試驗對參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。但是考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場的電網(wǎng)波動，選取了合適的設(shè)定參數(shù)后，還應(yīng)當(dāng)將電流設(shè)定值下調(diào)5%～10%再進(jìn)行焊接驗證，以避免出現(xiàn)虛焊的問題。

2.5 精度的影響

精度對焊接飛濺的影響有3個方面的因素。

（1）夾具精度。鈑金零部件及車身的定位依靠夾具保證，零部件的穩(wěn)定性需要依靠夾具精度保證，應(yīng)當(dāng)對夾具開展定期的精度測量以保證夾具精度。各主機(jī)廠家對夾具精度的測量頻次略有不同，一般設(shè)置為每3個月或者6個月測量一次。

（2）焊鉗精度。焊鉗電極臂轉(zhuǎn)軸或者氣缸的磨損，會影響焊鉗上下電極的位置和對中狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)對焊鉗開展定期檢查和保全，以保證焊鉗精度，開展頻次根據(jù)實際情況設(shè)定。

（3）示教程序重復(fù)性精度。在現(xiàn)場生產(chǎn)中，有時會發(fā)現(xiàn)示教程序明明未調(diào)整，但是焊點位置發(fā)生了偏移。應(yīng)當(dāng)采用合理的方式校驗示教程序重復(fù)性精度，例如制作固定位置的焊鉗電極頭對中臺，定期進(jìn)行對中確認(rèn)，如發(fā)生偏差及時恢復(fù)。

3 焊接飛濺的控制要素

電極頭修磨直徑的穩(wěn)定性控制。以機(jī)器人焊接電極頭為例，某工廠對焊接鍍鋅板每天20點進(jìn)行1次電極頭修磨，每2 h更換1次電極頭。舊電極頭更換前需要再修磨1次，并將所有的機(jī)器人電極頭進(jìn)行統(tǒng)一回收和測量端面直徑，每天回收測量1次。機(jī)器人電極頭端面直徑要求為5～6 mm，使用游標(biāo)卡尺或者卡板進(jìn)行測量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電極頭修磨不良、上下電極不對中或者端面直徑超差后，需立即對修磨器進(jìn)行返修或者更換修磨器刀片。

焊鉗電極頭與板件垂直度及電極對中度檢查和控制。通常在示教程序調(diào)試階段，就要求對每個焊點進(jìn)行100%的焊鉗與鈑金件垂直度的檢查。一般情況下，要求垂直度角度為90°±5°，上下電極頭對中度偏差＜1 mm。在必要時應(yīng)當(dāng)設(shè)置焊接導(dǎo)向，以減小焊接飛濺。對于伺服焊鉗，還應(yīng)當(dāng)增加靜電極頭與鈑金貼合度檢查，保證靜電極臂側(cè)的電極頭與鈑金貼合，氣動焊鉗則不需檢查。

鈑金表面油污和雜質(zhì)的檢查與控制。鈑金表面的油污和雜質(zhì)都會造成接觸電阻的增大，從而增加焊接飛濺產(chǎn)生的幾率，嚴(yán)重時還會使焊點打爆。因此，在使用來料零件時，需要保證零件焊接搭接面的清潔度，降低油污和雜質(zhì)對焊接飛濺的影響。

焊點位置的檢查和控制。為減少邊緣焊點導(dǎo)致的焊接飛濺，定期開展全車焊點外觀質(zhì)量檢查，對邊緣焊點進(jìn)行預(yù)防和控制，及時糾正邊緣焊點的位置。

零件精度和車身精度的檢查和控制。定期開展零件精度和車身精度的測量，特別是影響焊接打點的關(guān)鍵位置。

4 結(jié)束語

白車身生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生焊接飛濺的因素有很多。本文從機(jī)、料、法、環(huán)4個方面闡述了焊接飛濺產(chǎn)生的機(jī)理，并結(jié)合實際運(yùn)用經(jīng)驗提出了解決和控制焊點飛濺的思路和方法，對汽車生產(chǎn)廠商的白車身焊點質(zhì)量控制和提升具有一定的參考借鑒意義。