车身焊接方法及其选择.ppt

9-3 车身焊接方法及其选择,一.车身的装焊工艺,焊接特点,电阻焊，60%；二氧化碳气体保护焊：骨架和总成 车身划分若干个分总成 定位迅速准确的装焊夹具、自动化生产线、焊接机器人， 出现了无人操作的机器人装焊车间 激光焊接 装焊时要使用定位夹紧的专用装焊夹具。,车身划分成总成,车身装焊工艺流程图,二.电阻焊工艺,定义：将被焊工件接合后通过电极施加压力，并通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的方法。,电阻焊的分类,点焊、缝焊、凸焊、对焊：,1.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。 （2）必须施加压力。 （3）在焊接处不需要加任何填充材料，也不需任何保护剂。 形成电阻焊接头的基本条件：电极压力、焊接电流。,电阻焊的优缺点,优点 生产率高 省材料、成本低 劳动条件好 操作简单 焊接简单，容易实现机械化和自动化 缺点 需要电力网供电功率大 焊接设备费用较高，投资较大 焊件的尺寸、形状和厚度受到设备的限制,2电阻点焊原理及工艺,(1)点焊的热源及加热特点： 点焊的热源 点焊是电阻焊，电阻焊的热源是电流通过焊接区产生的电阻热。根据焦耳定律，总发热量,点焊电流及其对焊接加热的影响,一般来说，工频交流点焊时，焊接电流常用其有效值表征，而在电容贮能点焊、直流点焊、三相低频点焊、直流冲击波点焊中，焊接电流则用其电流脉幅值来表征。 电容式焊机或工频交流焊机,直流式焊机，其焊接电流脉冲幅值为,(2)点焊电阻及其对焊接加热的影响：,点焊时的电阻 点焊时的电阻是内部热源产生的一个重要因素，是形成焊接温度场的内在因素。 点焊的电阻：接触电阻和内在电阻 接触电阻： 焊件间接触电阻和电极 与焊件间的接触电阻。,点焊时的总电阻,R=2Rjb+2Rb+Rc,点焊时的电阻,（1）接触电阻 当电流从这些凸点通过时，由于导电面积突然减少，造成电流 线弯曲与收缩，使带电粒子运动时的碰撞和阻尼增强，从而形成 了接触电阻。,电极压力 表面状态 加热温度 Rjb,20C低碳钢接触压力与电极压力,不同金属材料的动态电阻,点焊时的电阻,（2）焊件的内部电阻,焊件的内部电阻是形成焊点的主要热源 内部电阻影响因素 电流线 电极压力 T,点焊的热平衡,加热与散热共同作用,Q1形成熔核，1030% Q2电极热传导，3050% Q3焊件热传导，20% Q4对流、辐射到空气中，5%,平均热功率q,q=Q/tw q3临界热功率 TW焊接温度,强规范（硬规范） 采用功率大的焊机，缩短焊接时间，提高生产率，减少电能消耗，缩小热影响区；厚板 弱规范（软规范） 采用小功率焊机,点焊的焊接循环,点焊循环就是完成一个焊点所包括的整个过程。 预压焊接锻压休止,（1）预压阶段,从电极开始加压到焊接电流开始接通之前的阶段。,（2）焊接阶段,通电加热，熔核形成的阶段。 熔化核心：只有两焊件接触面处由于接触电阻热而使电阻率 增大，析热强烈而散热又最困难，于是首先开始熔化，形成 椭圆形熔化核心。,塑性环：其周围金属达到塑性温度区， 在电极压力下形成液态金属核心紧紧 包围的塑性环，防止了液态金属在加 热及压力作用下向板缝中心飞溅，并 避免了外界空气对高温液态金属的侵 袭。,（2）焊接阶段,核心尺寸：在加热与散热这一对矛盾不断作用下，焊接区温 度场不断向外扩展，直至核心形状和尺寸达到要求为止。 温度分布,点焊时的飞溅 前期飞溅 后期飞溅 飞溅带来的后果,（3）锻压阶段,冷却结晶阶段 断电、电极继续加压 锻压力的大小 锻压时间,（4）休止阶段,升起电极，移动焊件，准备下一个点焊,电阻点焊焊接工艺,1.焊点质量的一般要求 （1）焊点表面质量 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，外表面没有环状或径向裂纹，也无熔化、 烧伤或粘附的铜合金。 内部：焊点形状应规则、均匀，无超标的裂纹和缩孔及 热影响区金属的组织与力学性能有无明显的变化。,（2）焊点尺寸,焊点直径 低碳钢,焊透率A,A=2080%,2.点焊的规范参数及对焊接质量的影响,焊接电流IW、焊接压力FW、通电时间tw、 电极端面几何形状与尺寸 选择原则： （1）材料的物理性能。导电、导热性性好的材料，选用焊接 电流大，通电时间短的硬规范。 易淬火材料，选择较软规范。 （2）焊接过程中不应产生飞溅。 （3）产品结构与质量要求 大型薄壁结构焊接时，为了减少结构焊后翘曲变形，采用硬 规范。 刚性较大，装配不良的结构应采用软规范。,点焊焊接参数选择,电极端面形状和尺寸 电极压力和焊接时间 调节电流,优质焊点的标志,一片有圆孔，另一片有圆凸台 厚钢板断口判断熔核的直径,检验,低倍测量、拉伸试验、X光检验 以判断熔透率、抗剪切强度、无缩孔、裂纹,选取焊接规范,第一步：初选各规范参数。 第二步：通过现场工艺试验，修整规范参数。 确定最佳规范。 RWMA美国电阻焊机制造协会推荐的低碳钢的点焊规范。,3.缝焊,滚盘电极代替点焊的圆柱状电极，通过与工件的相对运动而产生一个个熔核相互搭叠的密封焊缝。,按滚盘转动与馈电方式分为： 连续缝焊、断续缝焊、步进式缝焊,连续：滚盘连续转动，焊件在两滚盘间连续移动，焊 接电流连续接通，由于两滚盘始终通过很大的电流， 所以滚盘和焊件发热严重，滚盘容易损耗，焊缝易过 热而产生大的压坑。 步进缝焊：焊件在两滚盘间作相应地断续移动，而焊 接电流则在滚盘停止时接通。 传动机械装置比较复杂。 断续缝焊：滚盘连续转动，焊接电流断续接通。 应用最广。,单面缝焊、双面缝焊、单缝双缝、小直径圆周缝焊,（1）工艺参数对焊缝质量的影响,焊接电流：比点焊增加1540% 电极压力 焊接与休止之比：低速1.25:12:1 高速1:3 焊接速度,（2）缝焊工艺参数选择,低碳钢 C（2.83.2） 铝合金 C（2.02.4）,4.电阻凸焊及工艺,（1）特点：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、倒角等作为焊接时局部接触部位。,凸焊主要：低碳钢和低合金钢 种类：板件、螺帽、螺钉、线材交叉、管子、板材T型 厚度：0.54mm,2.优点,(1)在一个焊接循环内可以同时焊接多个焊点；不仅生产率高，而且无分流影响。因此可以在窄小的部位布置焊点而不受点距限制。 (2)由于电流密集于凸点，电流密度大，故可以用较小的电流进行焊接，并能可靠地形成较小的熔核。在点焊时，对应于某一板厚，要形成小于某一尺寸的熔核是困难。 (3)凸点的位置准确、尺寸一致，各点的强度比较均匀。因此对于给定的强度，凸焊焊点的尺寸可以小于点焊。,(4)由于采用大平面电极，且凸点设置在二个工件上，所以可最大限度地减轻另一工件外露表面上的压痕。同时大平面电极的电流密度小、散热好，电极的磨损要比点焊小得多。因而 大大降低了电极的保养、维修和费用。 (5)与点焊相比，工件表面的油、锈、氧化皮、镀层和其他涂层对凸焊的影响较小，但干净的表面仍能获得较稳定的质量。,线材凸焊,环形凸焊,凸焊,3.凸焊焊前准备 冲出凸起部分 4.凸点冲制必须精确，尺寸稳定，焊件 必须仔细清理。,凸焊接头形式,凸焊的工艺特点,凸焊实际上是点焊的一种变形，首先是在两块板件上的一块上冲出凸点，然后进行焊接。电流集中克服了点焊时熔核偏移，因此凸焊时工件的厚度比可以超过6：1。 凸焊时，电极必须随着凸点的被压溃而迅速下降，否则会因失压而产生飞溅，所以应采用 电极随动性好的凸焊机。,多点凸焊时，如果焊接条件不适当，会引起凸点移位现象，并导致接头强度降低。为了防止凸点移位，除在保证正常熔核的条件下，选用较大的电极压力、较小的焊接电流外，还应尽可能地提高加压系统的随动性。 提高随动性的方法主要是减小加压系统可动部分的质量以及在导向部分采用滚动摩擦。同时为克服务凸点间的压力不均衡，可以采用附加预热脉冲或采用可转动电极的办法。,凸焊的工艺参数。,电极压力、焊接时间和焊接电流。 电极压力：被焊金属的性能决定了凸焊的电极压力。电极压力应在凸点达到焊接温度时将其完全压溃，使两工件紧密贴合。但电极压力过大时会过早地压溃凸点，失去凸焊的作用，同时因电流密度减小而降低接头强度；电极压力过小时又会引起严重的飞溅。,焊接时间：对于给定的工件材料和厚度，焊接时间取决于焊接电流和凸点刚度。在凸焊低碳钢和低合金钢时，电极压力和焊接电流的作用要大于焊接时间的影响。在确定合适的电极压力和焊接电流后，再调节焊接时间，以获得满意的焊点。 如想缩短焊接时间，就应增大焊接电流。但过分增大焊接电流就有可能引起金属过热和飞溅，通常凸焊的焊接时间比点焊长，而电流比点焊小。,多点凸焊的焊接时间要稍长于单点凸焊，以此减少因凸点高度不一致而引起各点加热的差异。采用预热电流或电流斜率控制，可以提高焊点强度的均匀性并减少飞溅。,焊接电流：凸焊每一焊点所需电流比点焊同样一个焊点要小。在凸点完全压溃之前电流必须能使凸点熔化。推荐的电流应该是在采用合适的电极压力下不至于挤出过多金属的最大电流。对于乙定凸点尺寸，挤出的金属量随电流的增加而增加。采用递增；的调幅电流可以减小挤出金属。和点焊一样，被焊金属的性能和厚度仍然是选择焊接电流的主要依据。,多点凸焊时，总的焊接电流大约为每个凸点所需电流乘以凸点数。 但考虑到凸点的公差、工件形状 ，以及焊机次级回路的阻抗等因素，可以做一些调整。,凸焊时还应做到被焊两板间的热平衡，否则，在平板未达到焊接温度以前凸点便已熔化。 因此焊接同种金属时，应将凸点冲在较厚的工件上；焊接异种金属时，应将凸点冲在电导率较高的工件上。 但当在厚板上冲出凸点有困难时，也可在薄板上冲凸点。 电极材料会影响两工件上的热平衡，在焊接厚度小于0.5mm的薄板时，为了减少薄板一侧的散热，常用钨一钢烧结材料或钨做电极的嵌块。,当凸焊厚度大于2.53mm的焊件时，最好采用脉冲加热法。脉冲加热可以使凸出部分在焊接开始后逐步进行塑性变形，并使电流和压力在各个凸点上比较均匀的分布以防止飞溅。,三. 二氧化碳气体保护焊,1.定义：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 丝填充金属。,焊机,焊丝,2.焊缝形成过程,焊丝盘上的焊丝被送丝辊轮送入导电嘴，到达焊接区与焊件接触引燃电弧，气瓶中的CO2气体经预热、干燥和减压后以一定的流量从喷嘴流出，把电弧和熔池与空气机械地隔离开来，防止了空气对熔化金属的有害作用。焊丝不断地熔化到焊件的熔池里，从而形成连续的焊缝。,3.CO2气体保护焊的分类,（1）按焊丝直径 细丝CO2气体保护焊 粗丝CO2气体保护焊 （2）按操作方法 半自动CO2气体保护焊 自动CO2气体保护焊,4.CO2气体保护焊优点,（1）优点 生产率高 操作性能好 焊接质量好 对铁锈的敏感性好 成本低易于实现机械化和自动化 适应性强，应用范围广 薄板、厚板、各种钢、全位置焊接（横、平、立、仰）,4.CO2气体保护焊缺点,怕风：露天作业受限 弧光和热辐射强 不能采用交流电源,一.焊接过程,1.概念：在进行CO2气体保护焊时，电弧燃烧大部分用来加热焊件，使其形成熔池。小部分电弧热用来加热焊丝，使不断被熔化而形成熔滴，离开焊丝末端而进入熔池，这个过程称为熔滴过渡。 整个焊接过程就是由无数个熵滴过渡过程所组成。,2.分类,短路过程的短弧焊 非轴向颗粒过渡的长弧焊,3.短弧焊的特点,小电流、低电压，熔滴细小 过渡频率高（250300次/秒） 焊丝直径0.61.6mm 电流50250A、电弧电压1525V,4.短路过程,焊丝端部熔池接触而短路，形成焊丝与熔池间的液体金属过桥，电弧随即熄灭，短路电流瞬时增加。 缩颈：由于重力、表面张力和电磁收缩力的作用，焊丝熔化金属形成缩颈，进而在缩颈处被拉断，从而使熔滴迅速过渡到熔池中去，电压升高，电弧重新引燃，电源空载电压降至电弧电压。,5.短路过程中电压电流周期变化,燃烧期、短路期,6.短路过渡电弧加热特点,液体金属不易往下淌 焊件也不易烧穿 薄板、全位置的焊接,7.CO2保护焊的氧化、气孔、飞濺,（1）氧化 CO2与铁、锰、硅，氧化作用 焊丝H08Mn2Si，硅、锰作为还原剂 除起脱氧作用外，多余的硅、锰便成为合金元素过渡到焊缝中去，提高了焊缝的机械性能。,7.CO2保护焊的氧化、气孔、飞濺,（2）气孔 氮气孔、氢气孔 原因：这些气体在熔池冷凝时，溶解度急速下降，多余的气体来不及逸出熔池所造成的。 （3）飞溅 处在高温下的CO2气体从熔滴中急剧膨胀逸出时会造成飞溅。 防止： 硅锰合金焊丝 直流反极性接法,直流反向接法,如果采用交流电，由于极性改变，每次 通过0点时都需要再引燃。如果不采用特 殊措施，电弧难以稳定燃烧。,二.焊接的规范参数,1.规范参数 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。,2.选择原则,在保证焊接质量的前提下，尽可能提高生产率。 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。,3.选择,（1）焊丝直径和电源极性的选择 焊件厚度：0.82mm，焊丝直径0.61.2mm 极性： 一般：直流反极性接法 粗焊丝：直流正极性接法,3.选择,(2)焊接电流 焊接电流焊丝直径 细焊丝： 电流上限：送丝机构的最大送丝速度 电流下限：保证焊接过程的稳定性及良好的焊缝成形。 （3）电弧电压：导电嘴端部到焊件之间的电压。 根据焊接电流、焊丝直径选择。,3.选择,（4）焊接速度 不同钢材、不同冷却条件所需要的单位长度热能，以保证得到高质量的焊接接头。 速度过高：降低焊缝的塑性和韧性 速度过低：焊缝烧穿或形成粗大的焊缝组织。,3.选择,(5)焊丝伸出长度：焊丝从导电嘴出口到末端的距离 焊丝伸出长度与焊丝直径和电 流密切相关。 焊丝伸出长度约等于十倍焊丝 长度,3.选择,（6）CO2气体流量的选择 焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度、喷嘴直径 Q小：挺度不足，气孔等缺陷。 Q大：浪费气体，氧化性增强，焊缝表面会形成一层暗灰色的氧化皮，使焊缝质量下降。 (7)纯度、气压 99.5%；1MPa，停止使用。,三.焊接设备,组成：焊接电源、送丝机构、行走机构、焊矩、气路系统和控制系统 气路系统：减压阀、预热器、干燥器和流量计 1.CO2气体保护焊用的电源 抽头式硅整流、高漏抗式硅整流、自调电感式硅整流、自饱和电抗器式硅整流、可控硅式硅整流、晶体管式硅整流。 普及型：抽头式和高漏抗硅整流。 可控硅：高质量,2.送丝机构,（1）作用：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。 （2）要求： 保证均匀、平稳地送丝，不受或少受外界因素变化的影响。 一定范围内保持均匀、无级调节，以满足不同直径焊丝及焊接规范的要求。 焊丝不变形，保持挺直状态，以减少送丝阻力。 尽可能简单、轻便、动作灵活，便于使用和维修。,2.送丝机构,（3）送丝方式 推丝式：直径较粗 拉丝式：直径小于1.2mm，焊枪笨重、体积大 推拉丝式：结构复杂，国内很少应用,2.送丝机构,(4)送丝辊轮 焊丝既不能在辊轮间打滑，又要尽可能避免焊丝表面状态（压扁或表面出现锯齿状压痕）以免增加送丝阻力和加速各接触部件间的磨损。,3.焊枪（焊矩）,作用：导电、导丝、导气。 性能 （1）在熔池和电弧周围能形成保护性能良好的CO2气流。 设筛流圈或铜丝网。气路应尽可能长些，形状为圆柱体。这样便能获得稳定的层流。 （2）导电嘴、导电杆和软管接头的轴线尽可能在同一直线上，以减少摩擦阻力，使焊丝顺畅而准确地送入熔池。,焊枪性能,（3）导电杆截面应足够大，枪管应为散热片式，以降低焊枪发热量。 （4）手把形状应当适于握持，使用方便。喷嘴形状不应妨碍对熔池的观察。 （5）结构要轻巧。易损件、连接件应易于拆换，与焊枪相连接的电缆和软管应柔软、轻巧、结实耐用。,焊枪分类,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,4.气路装置,CO2气瓶、预热器、高压干燥器、减压阀、低压干燥器和流量计。 干燥器：吸收CO2气体中的水分。 硅酸或脱水硫酸铜、无水氯化钙等干燥剂。,4.气路装置,预热器：CO2液态气态，挥发过程要吸收大量的热，使气体温度下降到零度以下，这样就容易把瓶阀和减压阀冻坏功堵塞气路，所以减压前须经预热器预热。,3.车身装配点焊的质量控制,（1）焊件表面清理 a.影响：氧化膜及污物会增加焊接时的接触电阻。电压低焊点 强度不稳定。 锈皮内的水分，焊接时离解出氢溶入熔核，在熔核结晶时逐 渐析出的氢原子进入缩孔变成氢分子产生很大压力使缩孔扩 大，有时形成热裂缝，还会使飞溅加大。 b.清理方法： 机械：喷砂、砂轮或砂纸打磨。 化学：酸洗除锈和碱洗脱脂。 c.镀涂层的钢板 增加焊接电流1050%。,（2）零件装配,间隙过大：0.50.8mm 影响因素,措施：提高冲压精度，采用适 当的夹具和样板，塞尺检验间 隙。,（3）点焊分流与焊点间距,a.分流：不经过焊接区，未参加形成焊点的那一部分电流叫做 分流电流。 b.分流路线：已焊好的焊点或焊接区外焊件间的