白车身的焊点设计标准指南.doc

1 白车身的点焊设计企业标准 1适用的范围 本标准适用于现有车型和正在开发的新车型；设计、制造部门可以参照此标准，制定出各个车型 的具体点焊操作规范，以及制造的控制重点等。 2规范性引用文件 1 GB 324-88 焊缝符号表示法 2 GB 2650-89 焊接接头冲击试验法 3 GB 2651-89 焊接接头拉伸试验法 4 GB 2656-89 焊缝金属和焊接接头的疲劳试验法 3术语 3.13.1 焊接焊接 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。 3.23.2 点焊点焊 将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件有限接触面(即所谓“点”)及邻 近区域产生的电阻热将其加热到熔化而形成扁球形的熔核，达到金属结合的一种方法。 3.33.3 关键焊点关键焊点 指在车身中起着对各个关键件的承载、连接作用，以及在整车动态或静态工况中承受着各个方向 的拉应力、压应力、剪切应力，从而对整车安全、性能、可靠性影响非常严重的焊点。 3.43.4 一般焊点一般焊点 在车身中起着结构连接、尺寸固定的作用，对安全、性能影响相对较小的焊点。 3.53.5 焊点点距焊点点距 指两个相邻焊点熔核的中心距离。 4点焊的方法 4.14.1 双面点焊双面点焊 电极由工件的两侧向焊接处馈电，见图 1 左。 4.24.2 单面点焊单面点焊 电极由工件的同一侧向焊接处馈电，见图 1 右。 2 图 1 点焊方法示意图(左-双面点焊，右-单面点焊) 5点焊的工艺参数选择 5.15.1 点焊的主要工艺参数点焊的主要工艺参数 焊接电流、电极压力和焊接时间；它们通常是根据工件的材料和厚度，同时参考该种材料的焊接 条件表(几种常用金属点焊的焊接条件数据见附录 A)来选取，具体由生产部门试生产、剖检后决定。 5.25.2 工艺参数的确定步骤工艺参数的确定步骤 1).确定电极的端面形状和尺寸。 2).初步选定电极压力和焊接时间，调节焊接电流，以不同的电流焊接试样。 3).检验试样的熔核直径，符合要求后，再在适当的范围内调节电极压力、焊接时间和焊接电流， 进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。 5.35.3 试样的检验方法试样的检验方法 1).撕开法，优质焊点的标志是：在撕开试样的一片上有近似圆孔，另一片上附着从另一侧材料撕 裂下来的近似圆凸台，断口呈撕裂状，无发脆整齐断裂。 2).由剪切的断口判断熔核的直径。 3).低倍测量、拉伸试验和 X 光检验，以判定熔透率、抗剪强度和有无缩孔、裂纹等。 6点焊的接头设计原则 6.16.1 点焊的接头形式点焊的接头形式 搭接接头和折边接头，见图 2，接头可以由两个或两个以上等厚度或不等厚度的工件组成；对于 不厚度的工件，薄件与厚件的厚度比不能小于 1/3；原则上不允许出现四层或四层以上的焊接接头结 构，特殊的工艺焊点除外，如必须使用，需由白车身经理批准和规划设计院工艺部门确认。 图 2 点焊的接头形式（a边距，b搭接量） 6.26.2 电极的可达性电极的可达性 3 点焊存在电极的可达性问题，即电极必须能方便地抵达工件的焊接部位。设计点焊接头时，必须 考虑到点焊机的机臂长度(喉深)和电极尺寸，才能保证所设计的接头在相应的点焊机上方便地进行焊 接。 6.36.3 接头的边距接头的边距(a)(a) 见图 2，其最小值取决于被焊金属的种类，厚度和焊接条件(几种常用金属点焊的焊接条件数据见 附录 A)；对于屈服强度高的金属、薄件或采用强条件时可取较小值。 6.46.4 接头的搭接量接头的搭接量(b)(b) 1).见图 2，它是边距的两倍，同时搭接量与熔核大小、焊头直径密切相关；表 1 示出了几种材料 的最小搭接量，表中的数据都是最小的极限值，实际应用中可以以此为下限进行参考。 2). 对于白车身焊接，通常情况下，搭接量的取值范围为 12-20 mm；由于目前焊接电极一般为 13mm 或 16mm，所以搭接量必须在 15mm 以上，特殊位置如门玻璃导槽位置等可以在 12mm 以下，但 应允许半个焊点。 表 1 接头的最小搭接量（板厚值指被焊板中的较薄者， 单位：mm） 单排焊点双排焊点 板厚结构钢不锈钢及高 温合金 轻合金结构钢不锈钢及高 温合金 轻合金 0.58612161422 0.89712181622 1.010814201824 1.211914222026 1.5121016242230 2.0141220282634 2.5161424323040 3.0181626363446 3.5201828403848 4.0222030424050 注：此表摘录于“中国机械工程学会焊接学会编的焊接手册(第 1 卷)焊接方法及设备 ” 。 6.56.5 焊点的点距焊点的点距 1).即相邻两焊点的中心距，其最小值与被焊金属的厚度、导电率、表面清洁度、以及熔核大小有 关，同时点距与被焊板件的层数(两层或三层)也密切相关，表 2 示出了几种材料的最小点距，表中的 数据都是最小的极限值，实际应用中可以以此为下限进行参考。 2).对于白车身焊点的点距，通常情况下，其最小值为 15-18 mm，最大值为 45-55 mm。如一般低 碳钢点焊间隙在 30-35mm 左右，可以在局部位置采用锯齿型布置。 表 2 焊点的最小点距（板厚值指被焊板中的较薄者， 单位：mm） 点距板厚 结构钢不锈钢及高温合金轻合金 0.510815 0.8121015 1.0121015 1.2141215 1.5141220 2.0161425 2.5181625 4 3.0201830 3.5222035 4.0242235 注：此表摘录于“中国机械工程学会焊接学会编的焊接手册(第 1 卷)焊接方法及设备 ” 。 6.66.6 装配间隙装配间隙 装配间隙必须尽可能小，因为靠压力消除间隙将消耗一部分电极压力，使实际的焊接压力降低。 间隙的不均匀性又将使焊接压力波动，从而引起各焊点强度的显著差异，过大的间隙还会引起严重飞 溅，许用的间隙值取决于工件刚度和厚度，刚度、厚度越大，许用间隙越小，通常为 0-1mm。 7焊点的直径与接头强度 7.17.1 焊点的最小直径焊点的最小直径 1).焊点的直径与被焊工件的材料、料厚有关，它是评定点焊接头质量的主要指标之一。表 3 示出 了几种材料焊点的最小直径，表中的数据都是最小的极限值，实际应用中可以以此为下限进行参考。 2).对于白车身的焊点直径，通常情况下，其取值范围为 4-8mm；另外一般焊点直径可取为 6mm，关键焊点直径可取为 7mm。 表 3 焊点的最小直径（板厚值指被焊板中的较薄者，单位：mm） 焊点直径焊点直径板厚 低碳钢、低合金 钢 不锈钢、耐热钢 板厚 低碳钢、低合金 钢 不锈钢、耐热钢 0.52.52.52.06.06.5 0.62.53.02.56.57.5 0.83.03.53.07.08.0 1.03.54.04.09.010.0 1.24.04.5 注：此表摘录于“傅积和，孙玉林主编的焊接数据资料手册 ” 。 7.27.2 点焊接头强度点焊接头强度 1).点焊接头强度常用室温或高温单点抗剪力表示，此抗剪力取决于两板交界上熔核的面积。 2).以单点正拉力和单点抗剪力之比作为判断接头延性的指标，此比值越大，则接头的延性越好； 一般认为此比值25%时，接头的延性尚可，40%时，接头的延性良好。 3).多个焊点形成的接头强度还取决于点距和焊点分布，必须兼顾点距和焊点数量，多列焊点最好 交错排列而不要作矩形排列。 4).焊点的抗剪强度测量示意图，如图 3 所示。 图 3 抗剪强度测量示意图 5).几种材料焊点的最小直径和抗剪强度见表 4 表 4 焊点的最小直径和强度 抗剪强度 (N/点)工件厚度 (mm) 焊点直径 (mm)10 钢30CrMnSiA1Cr18Ni9TiLY12LF2LF21 5 0.5+0.83.535004400480013501000900 1.0+1.04.0450060006500160014001200 1.2+1.25.070001000010000210018001400 1.5+1.56.0100001200012000300025001700 2.0+2.07.014000180001800042003800 2.5+2.58.016000220002200055004500 3.5+3.510.024000340003400090007200 注：此表摘录于“傅积和，孙玉林主编的焊接数据资料手册 ” 。 8焊点的分类 8.18.1 关键焊点关键焊点 一般来说，关键焊点的位置，可以从以下几个方面进行判定： 关键件的承载部位：关键件的承载部位：这些部位主要指动力总成、悬挂、副车架、座椅、安全带、铰链、门锁、拖 曳臂、后轴等关键件的相应安装部件上的焊点。 应力危险部位：应力危险部位：对白车身总成进行 CAE 分析，得到白车身整体或局部的应力分布图，然后根据各 部位的应力恶劣情况来确定关键焊点的位置；或根据长时间经验积累和试验，以及通过与做过 CAE 分 析的车型进行类比，给出受力情况比较恶劣的应力危险点。 白车身常见的应力危险部位有以下：前、后悬架的安装点部位，后悬架减振器座部位，前悬架减 振器座部位，后拖曳臂支架部位、铰链安装点部位等。 影响安全性的部位：影响安全性的部位：在车辆碰撞或翻滚的情况下，车身结构将产生弯曲变形和扭转变形，所有构 件之间均将产生作用力，通过碰撞仿真模拟、力学分析或实车碰撞，可以确定影响碰撞安全的主要传 力部件和受力最危险的构件，从而确定出关键焊点的分布。 白车身常见的影响碰撞安全性的部件有以下： 前纵梁、后纵梁、门槛、顶盖、地板横梁、A 柱、 B 柱、C 柱等骨架结构部件；这些部件总成上的焊点以及这些部件总成互相连接处的焊点均属于关键 焊点。 对车身结构进行静态、动态应力分析以及安全结构分析，可以得出危险的构件截面、应力集中点 以及各个部件的受力情况。但是，考虑到同一个名称的部件在不同的车身结构型式中，对整车安全性 影响不同，所以这种判定有很大的局限性和相对性；因此，具体车型的关键焊点，必须进行具体分析。 8.28.2 一般焊点一般焊点 对于白车身的焊点，本标准规定的关键焊点以外的所有焊点都被视为一般焊点。 9焊点的表示方法与点焊的标注方式 9.19.1 二维图中的表示二维图中的表示 在二维图中，焊点的三维坐标不需标注；两层焊用长为 6mm 的实线“”表示；三层焊用长为 6mm 的实线“”表示；见图 4。 图 4 二维图中的焊点表示 9.29.2 三维图中的表示三维图中的表示 在三维数模中，焊点球体表示，球体的直径与对应的焊点直径相同，其中白色表示两层焊，黄色 6 表示三层焊，见图 5。 图 5 三维数模中的焊点表示 注意：二维图的焊接符号与三维数模中的球体必须一一对应。 9.39.3 点焊的标注方式点焊的标注方式 1).点焊的标方式见“GB 324-88 焊缝符号表示法” 。 2).对于白车身的点焊，其标注方式可参照图 5。其中 R 代表焊核直径， N 代表这一组焊点个数， +代表焊接两个钣金零件或总成。如果有三个零件或者总成焊接，直接在后面用+连接，形成 +的格式。+表示右侧焊接关系与左侧相同，如果不是左右对称，直接取消+。21 代表 焊接方式为点焊；一般零件总成或者零件是用序号表示，可以通过图纸右上角的表格查出每个序号所 代表的总成或者零件。 图 5 点焊的标注方式示意图 1010 焊点的质量要求焊点的质量要求 10.110.1 焊点表面缺陷及其产生的原因焊点表面缺陷及其产生的原因 缺陷产生原因 未熔透电极端部直径过大，焊接电流过小 焊点过小焊接电流不够大，焊接通电时间太短，电极压力过大 焊点压坑太深焊接电流太大，电极端部太小，电极压力不适当 焊点不正上下电极未对正，电极端部在通电时滑移，电极端部整形不良，工件与电极不垂 直 焊点表面喷溅电极压力不足，焊接电流过大，电极端部过小，电极端部整形不良，工件表面污 染 焊点喷溅距边缘太近，焊接电流过大，电极压力不足，通电时电极移动，上下电极错位 电极工件粘连工件表面污染，电极压力太小，焊接电流太大，焊接通电时间太长，电极水冷不 良 裂纹、缩孔、针 孔 焊点未凝固前卸去电极压力，电极压力不足，焊接电流过大，通电时电极移动 焊点周围上翘焊接电流过大，电极压力太大，电极端部过小，工件接触不良，上下电极不正 10.210.2 点焊质量控制点焊质量控制 一般是通过焊前预测、焊接过程监控及焊后检验的工作来保证的。对于焊接过程监控基本上包括 实时稳定控制焊接参数和控制焊接过程中反映焊点状态的物理量两方面。前者如恒电流监控、电压监 控、能量监控等；后者如电极位移控制、超声波监控、声发射监控等。 7 10.310.3 焊点质量检验方法焊点质量检验方法 序号检验方法检验内容备注 1 外观检验装配尺寸、焊点的位置及尺寸、表面质量：包括压痕深 度、喷溅、表面裂纹、烧伤、表面胀裂和表面发黑等 2 撕破检验焊点熔核尺寸、未焊合、接头脆性 3 宏观金相检验焊点熔核尺寸、焊透率、熔核搭接量、压痕深度、裂纹、 气孔、缩孔、喷溅、结合线伸入 4 显微金相检验焊点组织鉴别、晶粒长大、裂纹、局部熔化、夹杂物分 析 5 超声波检验熔核尺寸、裂纹、气孔、缩孔、喷溅等 剪切试验评定接头的抗剪强度 拉伸试验评定接头的拉伸强度 GB2651-89 扭转试验评定接头的扭转强度 6 强 度 试 验 疲劳试验评定接头的疲劳性能 GB2656-89 7 冲击试验接头抗冲击载荷的能力 GB2650-89 8 特殊性能试验焊件或接头的特殊性能或寿命 10.410.4 具体实验、测试、判定标准由规划院实施。具体实验、测试、判定标准由规划院实施。 附录附录 A A 常用金属点焊的焊接条件数据常用金属点焊的焊接条件数据 A.1 低碳钢点焊的焊接条件数据见下表 电极最佳条件(A 类)中等条件(B 类)普通条件(C 类) 板 厚 最 大 d 最 小 D 最 小 点 距 最 小 搭 接 量 电 极 压 力 焊 接 时 间 焊 接 电 流 熔 核 直 径 抗 剪 强 度 电 极 压 力 焊 接 时 间 焊 接 电 流 熔 核 直 径 抗 剪 强 度 电 极 压 力 焊 接 时 间 焊 接 电 流 熔 核 直 径 抗 剪 强 度 mmmmmmkN 周 kAmmkNkN 周 kAmmkNkN 周 kAmmkN 0.54.8109111.3556.04.32.40.9095.04.02.10.45204.03.61.75 0.64.81010111.5066.64.73.01.00115.54.32.80.50224.34.02.25 0.84.81012111.9077.85.34.41.25136.54.84.00.60255.04.63.55 1.06.41318122.2588.85.86.11.50177.25.45.40.75305.65.35.30 1.26.41320142.70109.86.27.81.75197.75.86.80.85336.15.56.50 1.66.41327163.601311.56.910.62.40259.16.710.01.15437.06.39.25 1.88.01631174.101512.57.413.02.75289.77.111.81.30487.56.711.00 2.08.01635184.701713.37.914.53.003010.37.613.71.50538.07.113.05 2.38.01640205.802015.08.618.53.703711.38.417.71.80648.67.916.85 3.29.51650228.202717.410.331.05.005012.99.928.52.608810.0