车身镀锌板点焊工艺.doc

车身镀锌板点焊工艺赵广力 刘超（长城汽车股份有限公司技术中心； 河北省汽车工程技术研究中心）摘要：采用镀锌板可以有效地提高汽车车身的防腐性能，延长汽车使用寿命，文章针对镀锌板点焊过程中焊点粘铜、开焊、飞溅及电极磨损等问题进行了工艺分析。 主要通过进行二次脉冲分析试验、电极帽材质的更换、循环水系统的改进以 及中频焊设备的引进等方法提升焊接质量。 试验证明，经过工艺改进可以减少焊点粘铜和飞溅、有效缓解主缆过热现象 以及提高电极使用寿命等。 随着镀锌板在汽车业的广泛采用，新的点焊工艺也需不断研究和开发。关键词： 汽车车身； 镀锌板； 点焊； 粘铜； 二次脉冲； 中频焊Spot Welding Process of Auto Body Galvanized PanelAbstract: Using galvanized panel can effectively improve auto body corrosion resistance and extend auto service life. Technological analysis of bonding copper, sticking, splash, electrode wear on welding spot in galvanized panel spot welding is carried out. Through two pulse analysis test, electrode cap replacement, improvement of circulating water system and medium frequency welding equipment introduction, the welding quality is improved. The test is proved that process improvement can reduce welding spot copper and flash and overheat of main cable. Service life of electrode can be prolonged. With the wide application of galvanized panel in auto industry, new spot welding process will be developed.Key words： Auto body; Galvanized panel; Spot welding; Bonding copper; Two pulses; Medium frequency welding汽车车身作为所有零部件的载体， 它的性能直接关系到汽车的使用寿命和碰撞安全。 据有关调查，一辆 国产汽车 1 年内就会出现腐蚀斑点，34 年就会出现腐蚀穿孔现象1，尤其是在严寒、湿热和盐雾等恶劣环境中，腐蚀现象更加明显。 在国外早已经开始大量使用 镀锌板来提高车身的耐腐蚀性，延长汽车使用寿命。 盐 雾试验表明， 镀锌板的耐腐蚀时间是普通冷轧钢板的23 倍2。 近十几年，自主品牌也逐步开始采用镀锌钢板，并且越来越广泛地应用在汽车制造业。1）焊点参数设定不合理，造成开焊和飞溅；2）外观质量不良，焊点粘铜，电极磨损加速；3）焊接设备不能满足参数设定。镀锌板焊接工艺分析及改进举措22.1车身镀锌板种类分析汽 车 车 身 用 镀 锌 钢 板 主 要 使 用 热 镀 纯 锌 钢 板（GI）、电镀纯锌钢板（EG）、热镀锌铁合金钢板（GA）和 电镀锌镍合金钢板，在我国普遍采用的是 GI。表 1 示出4 种材质钢板的优缺点对比。1镀锌板焊接存在的问题表 14 种钢板材质优缺点对比对基本钢体的性能和表面影响较小，具有单面镀、镀锌量易控制及镀锌量较薄的特点成本低， 冲压性能好，耐腐蚀性强除具有电镀纯锌的优点外，还具有极好的耐腐蚀性优点焊接性能好，易涂装欧美及我国内覆盖件和部分车型外覆盖件应用主要为欧美车型的外覆盖件日系车型缺点成本高镀层较厚，焊接性差成本高，易粉化和剥落成本高，镀层硬，成形性差项目EGGIGA电镀锌镍合金技术应用 APPLICATION2012 年 10 月2.2 镀锌板焊接参数设定2.2.1 焊接镀锌板电流提升分析由于镀锌钢板在点焊时需要破坏掉表面的锌层， 同时熔化的锌层增加了板与板的接触面积， 因此在设定焊接参数时， 相对于普通的冷轧钢板需要提高焊接 电流。首先将 127 组不同板厚的冷轧钢板组合后， 进行试片撕裂试验，确定每组的焊接参数，经过试验得到焊 接参数范围为 6 50011 000 A。 然后再把每组中的冷 轧钢板用相同厚度的 GI 板替换掉， 进行试片撕裂试验，确定每组的焊接参数，经过试验得到的焊接参数范 围为 8 80012 500 A。经分析得出： 焊接同等厚度的镀锌板与冷轧钢板，镀锌板要比冷轧钢板电流高，电流提高范围约为1030。2.2.2 焊接参数二次脉冲由于镀锌板增加了锌层，焊接时过高地提升电流， 加大了电极帽磨损速度，增加了飞溅程度，因此传统的单脉冲方式已经不能满足镀锌板焊接， 现在普遍采用 多脉冲的焊接方式。 多脉冲原理为第 1 次焊接时预先 打破锌层，第 2 次为钢板的焊接，这种焊接方式可以减小焊点粘铜及飞溅产生的几率。 为了确定打破锌层所需参数， 文章进行了以下试验：采用相同厚度和材质的镀锌试片，将通电时间设定为 0.1 s （5 周波）， 初始电流设定为 3 500 A 并不断增 加，每次电流增加 500 A，经过多次试验，发现电流在4 0004 500 A 时锌层可以被打破，根据此数据可以设定多脉冲焊接参数。2.3 焊点质量的改善由于镀锌板焊接时需要提升焊接电流及采用二次 脉冲的方式，产生了主缆冷却不良、电极臂过热及电极 帽粘铜等现象。2.3.1 焊钳电极帽材质的选用目前汽车厂常用电极帽材质为锆铬铜 （在铜里面 加入 0.25的锆和 0.1的铬形成的合金）。 镀锌板焊接时， 由于焊接参数较大， 电极与镀锌板间产生的热量 高，且铬锆铜电极帽耐软化温度较低，造成铬锆铜电极 出现焊接端面软化。 镀锌板中熔化温度较低的锌和铬锆铜电极发生反应形成锌铜合金，出现焊点粘铜现象， 降低了焊点质量，加速了电极帽的磨损。 由于反应产生的锌铜合金导热性及导电性较差，附着在电极帽上时， 导致了电极帽导热性能降低，如果不及时修磨，存在焊 点开焊的隐患。- 56 -为解决此问题， 目前汽车厂逐步开始采用弥散铝强化铜材质的电极帽， 这种电极帽是在铜里面加入0.5%或 1.1%的 Al2O3 形成的合金。弥散铝强化铜因为颗 粒结构紧密防止了锌的穿透，所以与锌层的反应较少， 同时 Al2O3 抗分解性质抵制了液体金属的侵蚀。 在某款汽车的实际应用过程中， 发现采用这种材质的电极帽 在一定程度上减轻了点焊时焊点粘铜现象， 但不能从根本上杜绝粘铜。2.3.2 制定电极帽修磨规范由于粘铜现象导致了电极帽的磨损加速， 因此需 要各个工位根据焊钳的焊接参数， 分别制定电极帽的修磨规范。 这样有助于减轻粘铜现象、电极帽的磨损及飞溅程度。2.3.3 冷却不良的改善悬挂点焊机循环水常用流量为 18 L/min，可以满足 普通冷轧钢板点焊时焊接设备的冷却。 由于镀锌板焊接时焊接电流及通电时间提升， 此流量不能满足冷却 需求，出现了主缆过热现象，不能进行连续生产。 为了 改善对焊钳的冷却效果，需要对循环水系统进行改造。改善前：电极臂、辅电缆和主电缆为串联，即从进 水管出来的水依次对电极臂、 辅电缆和主电缆进行冷 却，这种冷却方式称为弱水冷，如图 1a 所示。 从电极臂进入的冷却水在冷却过程中温度会逐步提升， 到主电 缆时水温已经达到一定温度， 因此对主电缆的冷却效 果较差，出现主电缆过热现象。改善后：电极臂与辅电缆串联，再与主电缆并联。 这样从进水管出来的水分为 2 路， 一路冷却电极臂和辅电缆，一路冷却主电缆，这种冷却方式称为强水冷， 如图 1b 所示。 冷却主电缆与冷却电极臂的水温都是初 始温度，有效地缓解了主缆过热现象。改善前进水管改善后进水管电极臂电极臂蓄 水 池变 压 器蓄 水 池变 压 器辅电缆辅电缆主电缆主电缆回水管a 弱水冷回水管b 强水冷图 1 循环水系统改进前后对比图2.4焊接设备的选择由于工频焊机具有价格便宜、 耐用和维修方便等优点，且以前汽车车身板材主要以普通冷轧钢板为主，2012（10）第 10 期APPLICATION 技术应用对焊机性能要求不高，因此工频焊机被广泛应用。 目前在汽车厂逐步引入镀锌板后，焊接参数需要进行提升， 工频焊机容量不能满足较大工艺参数的设置， 出现了超负荷运行现象，工频焊机逐渐显现出了存在的不足，主要体现在 3 个方面。1）焊机单相供电，电网不平衡，对电网冲击大；2）焊接电流波动与飞溅较大；3）对电力配置要求较高，且电能转化率低，耗能高。 在 这 种 情 况 下 ， 汽 车 厂 开 始 引 入 新 的 焊 接 设 备中频焊机。 工频焊机与中频焊机原理对比图，如图 2 所示。 中频焊接的工作原理为：先将电网三相 50 Hz电整流为高电压直流，再通过功率逆变器将直流转换为1 000 Hz 高电压方波，然后经中频变压器将低电压送至电极。 逆变频率越高，焊接变压器尺寸及质量越小。经分析，中频焊机相对于工频焊机具有以下优势：1）功率因数（接近于 1）和电能转化率高，减少了电源消耗，因此焊接同样厚度的板材，中频焊机设定的电 流要比工频焊机设定的电流减少 15%20%；2）三相同时供电，对电网冲击小，对电力配置要求低；3）焊接频率高（1 000 Hz 或更高），变压器体积只有工频变压器的 1/3，轻便快捷；4）与工频系统相比能更多与更准确地控制焊接参数；5）焊接直流输出，焊机平稳，飞溅小；6）焊接通电时间缩短，减少了焊接电流及焊接压 力，提高了电极使用寿命。3结论随着汽车工业的发展， 镀锌板从内覆盖件到外覆盖件的制造成为汽车业发展的方向， 会越来越多地被汽车业所采用，因此需要投入更多的精力去试验、分析和探讨镀锌板点焊工艺，提高焊接质量，延长车身寿命。参考文献1 符寒光， 吴建中. 汽车用镀锌钢板的现状和发展趋势 J. 钢铁研究，1998（6）：57-60.2 魏元生. 镀锌板及其在车身上的应用 J. 汽车工艺与材料，2011（9）：51-56.（收稿日期：2012-05-18）初级电压频率次级电流可控硅50/60 HzAC单项交流（工频）逆变器三项1 000 HzDC直流，无电感（中频）图 2工频与中频焊机原理对比图（上接第 54 页）图 7 示出自主研发的声控系统控制器， 其中语音识别模块采用的是 Parrot 的 CK5050+。 该系统在安静情况下，识别率在 90