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汽車常用焊接方法 焊接是用加熱或加壓 或加熱又加壓的方法 在使用或不使用填充金屬的情況下 使兩塊金屬連接在一起的一種加工工藝方法 按焊接過程中金屬所處的狀態(tài)不同 可把焊接方法分為熔焊 壓焊和釬焊三大類 其中每一類又包括許多焊接方法 焊接是汽車四大制造工藝之一 下表列舉了主要應(yīng)用到的焊接技術(shù) 相比較表中的傳統(tǒng)焊接技術(shù) 先進(jìn)焊接技術(shù)還包括激光焊 超聲波焊 異種材料焊接等 表1汽車制造常用焊接方法 一 焊條電弧焊二 CO2氣體保護(hù)焊三 電阻點(diǎn)焊四 激光焊接五 激光 電弧焊接的應(yīng)用六 常見焊接缺陷 一 焊條電弧焊 焊條電弧焊即手工電弧焊 是利用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法 是以焊條和焊件作為兩個(gè)電極 被焊金屬稱為焊件或母材 焊接時(shí)因電弧的高溫和吹力作用使焊件局部熔化 在被焊金屬上形成一個(gè)橢圓形充滿液體金屬的凹坑 這個(gè)凹坑稱為熔池 隨著焊條的移動(dòng)熔池冷卻凝固后形成焊縫 焊接電源分為兩種 直流弧焊電源和交流弧焊電源 根據(jù)焊條牌號(hào) 工藝要求等因素選擇焊接電流 焊條分為酸性焊條和堿性焊條 含有氧化鈦的焊條是酸性焊條一種 可用于所有位置的焊接 特別適用于橫角 立角位置的接頭焊接 堿性焊條藥皮中含有大量的碳酸鈣 氟化鈣 螢石 多用于焊接中型和大型結(jié)構(gòu) 具有較高的焊接質(zhì)量 良好的機(jī)械性能和抗裂紋能力 但是清除熔渣較困難 圖1手工電弧焊焊接設(shè)備示意圖圖2焊縫成形示意圖 圖3手工焊縫實(shí)物圖 手工電弧焊具有以下優(yōu)點(diǎn) 工藝靈活 適應(yīng)性強(qiáng) 可以適用于各種碳鋼 低合金鋼 耐熱鋼 低溫鋼和不銹鋼等材料的平 立 橫 仰多種位置以及不同厚度 結(jié)構(gòu)形狀的焊接 與氣焊 埋弧焊相比 手工電弧焊金相組織熱影響區(qū)小 接頭性能好 易于通過工藝調(diào)整來控制變形和改善應(yīng)力 與此同時(shí)也具有很多缺點(diǎn) 對(duì)焊工的技術(shù)要求高 焊工的操作技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)直接影響焊接質(zhì)量的好壞 勞動(dòng)條件比較差 焊工在焊接過程中時(shí)要求必須高度集中精力 而且還會(huì)受到高溫烘烤有毒 煙塵和金屬蒸氣的危害 生產(chǎn)率較低 焊接工藝參數(shù)選擇較小 二 CO2氣體保護(hù)焊 CO2保護(hù)焊氣體保護(hù)焊的一種 必須設(shè)置擋風(fēng)裝置才能施焊 通常還會(huì)配套煙塵凈化裝置 可分為自動(dòng)焊及半自動(dòng)焊兩種 對(duì)于較長(zhǎng)的直線焊縫和規(guī)則的曲線焊縫 可采用自動(dòng)焊 對(duì)于不規(guī)則的或較短的焊縫 則采用半自動(dòng)焊 目前生產(chǎn)上應(yīng)用最多的是半自動(dòng)焊CO2氣體保護(hù)焊 按照焊絲直徑可分為細(xì)絲焊和粗絲焊兩種 細(xì)絲焊采用直徑小于1 6mm 工藝上比較成熟 適宜于薄板焊接 粗絲焊采用的直徑大于或等于1 6mm 適用于中厚板板的焊接 CO2保護(hù)焊采用明弧焊接 熔池可見度好 操作方便 適宜于全位置焊接 并且有利于焊接過程中的機(jī)械化和自動(dòng)化 特別是空間位置的機(jī)械化焊接 電弧在保護(hù)氣體的壓縮下熱量集中 焊接速度較快 熔池小 熱影響區(qū)窄 焊件焊后的變形小 抗裂性能好 尤其適合薄板焊接 但是煙塵和飛濺較大 可通過技術(shù)手段解決 在汽車制造工業(yè)中 逐漸代替了金屬焊絲惰性氣體保護(hù)焊 鎢極惰性氣體保護(hù)焊和埋弧焊 成為一種極為普及的工藝 圖4CO2氣體保護(hù)焊工作原理圖 CO2氣體保護(hù)焊作為一種高效節(jié)能的優(yōu)質(zhì)的汽車工藝焊接技術(shù) 在國(guó)內(nèi)的汽車制造行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 有效地解決了在焊接設(shè)備和混合氣體保護(hù)等技術(shù)上的問題的困擾 氣體保護(hù)焊可用在車門包邊等方面 圖5車門二氧化碳保護(hù)焊焊縫實(shí)物圖 三 電阻點(diǎn)焊 電阻點(diǎn)焊是利用電流通過工件及焊接接觸面間所產(chǎn)生的電阻熱 將焊件加熱至塑性或局部熔化狀態(tài) 再施加壓力形成焊接接頭的焊接方法 通常分為雙面點(diǎn)焊和單面點(diǎn)焊兩大類 雙面點(diǎn)焊時(shí) 電極由工件的兩側(cè)向焊接處饋電 是最常用的方式 這時(shí)工件的兩側(cè)均有電極壓痕 點(diǎn)焊過程分為預(yù)壓 焊接 鍛壓 停止四個(gè)過程 時(shí)間極短 機(jī)械化 自動(dòng)化程度高 圖6電阻點(diǎn)焊工作過程 圖7左后輪眉點(diǎn)焊圖8速騰側(cè)圍焊點(diǎn) 電阻點(diǎn)焊具有的采用內(nèi)部熱源 熱量集中 熱影響區(qū)小 產(chǎn)品變形小 能獲得較好的表面加工質(zhì)量 易操作 不使用外加焊接耗材等特點(diǎn) 使其成為焊接質(zhì)量穩(wěn)定 生產(chǎn)效率高 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化大規(guī)模生產(chǎn)的最常用的焊接方法之一 廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域 尤其是在車身 車門等部位的焊接 其缺點(diǎn)在于焊接設(shè)備費(fèi)用高 為此應(yīng)該分析點(diǎn)焊焊接方式 工藝計(jì)劃與生產(chǎn)線的自動(dòng)化等問題 以做到均衡生產(chǎn) 由于車身結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜 整車尺寸大 搭接接頭多 剛性差 易變形 在焊接過程中容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力和變形 嚴(yán)重影響到車身制造質(zhì)量和穩(wěn)定性 這就要求焊接產(chǎn)品的尺寸精度和性能不斷提高 焊接過程的節(jié)拍和效率不斷提高 因此選用合理的焊接方法和工藝參數(shù) 決定了焊接質(zhì)量的好壞和焊接效率的高低 四 激光焊接 激光焊是利用激光能作為熱源熔化并連接工件的焊接方法 對(duì)于一些特殊材料及結(jié)構(gòu)的焊接具有非常重要的作用 激光焊具有高能量密度 深穿透 高精度 適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 廣泛應(yīng)用于航空航天 電子 汽車制造 核動(dòng)力等高新技術(shù)領(lǐng)域 并日益受到重視 焊接時(shí) 激光照射到被焊接材料表面 與其發(fā)生作用 一部分被反射 一部分被吸收 進(jìn)入材料內(nèi)部 激光焊接加工時(shí)材料吸收的光能想熱能轉(zhuǎn)換是在極短時(shí)間內(nèi)完成的 在這個(gè)時(shí)間內(nèi) 熱能僅僅局限于材料的激光輻照區(qū) 然后通過熱傳導(dǎo) 熱量由高溫區(qū)傳向低溫區(qū) 金屬對(duì)激光的吸收 主要與激光波長(zhǎng) 材料性質(zhì) 溫度 表面狀況以及激光功率密度等因素有關(guān) 圖9典型激光焊接設(shè)備結(jié)構(gòu) 按照激光對(duì)工件的作用方式和激光器輸入能量不同 激光焊可分為連續(xù)激光焊和脈沖激光焊 連續(xù)激光焊在焊接過程中形成一條連續(xù)的焊縫 脈沖激光焊輸入到工件上的能量是斷續(xù)的 脈沖的 形成一個(gè)圓形焊點(diǎn) 按激光聚焦后光斑作用在工件上功率密度的不同 一般分為熱導(dǎo)焊和深熔焊 激光焊接目前主要采用兩種激光器 氣體激光器和YAG固體激光器 兩者可以彌補(bǔ)彼此的不足 兩者對(duì)比如表2所示 表2兩種不同激光器比較 圖10車身激光焊接 圖11激光焊縫外觀圖 圖12激光焊和點(diǎn)焊對(duì)比圖 激光焊接技術(shù)具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì) 1 減輕了車身的重量 設(shè)計(jì)者可按不同厚度尺寸和材質(zhì)的材料合理組合 使結(jié)構(gòu)和剛度大大提高 重量減輕 2 原材料的利用率提高 減少余料 使廢料率下降 3 應(yīng)用于車身制造時(shí) 使汽車車身結(jié)構(gòu)功能提高 由于材料的強(qiáng)度厚度得到合理組合 結(jié)構(gòu)的剛度得到提高 抗碰撞性能也得到提高 同時(shí)也有局限性 1 因?yàn)榧す馄春赴宓纳a(chǎn)技術(shù)含量高 尤其是激光焊接的工藝控制對(duì)于精度的要求十分苛刻 此外 激光焊接的成本較高 限制了此項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用 2 由焊縫區(qū)組織變化所造成的成形性能下降和焊縫移動(dòng)等因素引起的工裝制造難題是激光焊接難點(diǎn)之一 五 激光 電弧焊接 激光 電弧復(fù)合焊接技術(shù)是為了滿足特定的焊接加工要求 綜合利用激光焊接和電弧焊接的優(yōu)勢(shì) 將兩者物理性能和能量傳輸性能以恰當(dāng)?shù)姆绞饺诤系揭黄?形成的一種先進(jìn)的焊接技術(shù)手段 激光 電弧復(fù)合焊接不是激光束與電弧兩種熱源簡(jiǎn)單的疊加 而是通過兩種熱源之間的相互作用和形成了一種新的復(fù)合熱源 工作時(shí) 激光和電弧同時(shí)作用在金屬表面上同一點(diǎn) 與激光或電弧單一熱源焊接相比 激光束與電弧之間的相互作用使得復(fù)合熱源的焊接特性產(chǎn)生顯著變化 表現(xiàn)在焊接接頭的焊縫成形 微觀組織和力學(xué)性能等特性不同于單一熱源焊接接頭 激光電弧復(fù)合焊具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 提高了焊接過程的穩(wěn)定性 2 相比較而言 實(shí)現(xiàn)了高效率 低成本的焊接 3 可以增加焊縫熔深 改善焊接成型 4 減少焊接缺陷 提升焊接質(zhì)量 5 降低工作要求 提升焊接適應(yīng)性 圖13激光電弧復(fù)合焊接原理 圖15激光電弧復(fù)合焊接設(shè)備實(shí)物 圖14異種材料激光焊接拼焊板 表3電弧 激光 激光 電弧焊接結(jié)果對(duì)比 圖16三種焊縫對(duì)比圖 德國(guó)大眾汽車公司輝騰 Phaeton 系列車型的所有車門都采用了沖壓 鑄件和擠壓成形的鋁件 且應(yīng)用了激光 MIG電弧復(fù)合焊接工藝技術(shù) 整個(gè)車門共計(jì)48條激光 電弧復(fù)合焊縫 長(zhǎng)度為3570mm 激光焊接焊縫11條 長(zhǎng)度為1030mm MIG 熔化極惰性氣體保護(hù)焊 電弧焊接焊縫7條 長(zhǎng)度僅為380mm 圖17車門激光焊接A 夾具b 復(fù)合焊頭c 車門內(nèi)板焊點(diǎn)分布 圖18輝騰車門實(shí)物圖 激光 MIG電弧復(fù)合焊接技術(shù)還應(yīng)用于全鋁車身奧迪A8車型的制造 整個(gè)車身激光 MIG電弧復(fù)合焊接焊縫長(zhǎng)度共計(jì)4500mm 圖19奧迪A8車身激光焊接 圖20奧迪A8車身實(shí)物圖 六 常見焊接缺陷 焊接接頭的不完整性稱為焊接缺陷 主要有外觀形狀缺陷 咬邊 燒穿 氣孔 夾渣 未焊透 未熔合 焊接裂紋等 這些缺陷減少焊縫截面積 降低承載能力 產(chǎn)生應(yīng)力集中 引起裂紋 降低疲勞強(qiáng)度 易引起焊件破裂導(dǎo)致脆斷 其中危害最大的是焊接裂紋和未熔合 常用焊縫探傷方法有射線探傷 超聲波探傷 滲透探傷 磁性探傷等 圖21常見焊接缺陷 1 焊接裂紋焊接件中最常見的一種嚴(yán)重缺陷 在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下 焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙 具有尖銳的缺口和較大的長(zhǎng)寬比 焊接裂紋不僅發(fā)生于焊接過程中 有的還有一定潛伏期 有的則產(chǎn)生于焊后的再次加熱過程中 按裂紋形成的條件 可分為熱裂紋 冷裂紋 再熱裂紋和層狀撕裂等四類 根據(jù)不同的裂紋形式 采取相應(yīng)的措施 可以避免焊接裂紋的產(chǎn)生 圖22焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致的層狀撕裂示意圖 圖23車門焊縫裂紋 2 未熔合未熔合是指焊縫金屬與母材金屬 或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷 按所在部位 未熔合可分為坡口未熔合 層間未熔合和根部未熔合 未熔合是一種面積缺陷 應(yīng)力集中嚴(yán)重 危害性僅次于裂紋 主要原因是焊接熱輸入太低 電弧指向偏斜 坡口側(cè)壁不清潔 層間清渣不徹底等 通過適當(dāng)加大的焊接電流 正確地選擇焊接工藝參數(shù) 注意坡口及層間部位的清潔等方法可以避免 圖24未熔合分類示意圖 圖25層間未熔合射線探傷底片圖 總結(jié)焊接工藝是汽車制造四大工藝之一 具有自動(dòng)化與高速化的特點(diǎn) 能夠發(fā)揮出批量生產(chǎn)的優(yōu)越性 隨著科技的進(jìn)步 焊接技術(shù)會(huì)有更大的發(fā)展 一方面 材料方