通用汽车用焊接技术

汇报人：彭振国所属部门：工艺研讨所焊接室时间：2021年10月25日汽车制造中常用焊接技术简介目录第一节汽车制造中常用焊接方法第二节各种资料的焊接第一节汽车制造中常用焊接方法一、常用焊接方法的分类焊接方法根据加热金属的热源性质、构成接头的形状及能否采用加压来划分。

，常用的焊接方法很多，分类如下：药芯焊丝(FCAW〕焊接方法熔化焊压力焊钎焊气焊电弧焊电渣焊高能束焊手工电弧焊埋弧焊氩弧焊等离子弧焊(PAW)电子束焊(EBW)激光焊〔LBW)摩擦焊电阻焊……高频焊超声波焊爆炸焊熔化极非熔化极熔化极气体维护焊MAG/MIG点〔凸〕焊、缝焊、对焊火焰钎焊、电弧钎焊、高频感应钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊、电子束钎焊、激光钎焊在汽车制造中常用的焊接方法主要包括：电阻焊、熔化焊、钎焊、摩擦焊等。图1D310车身图2固定点焊机图3悬挂点焊机二、汽车制造中焊接技术的运用概略详细运用对象：白车身点〔凸〕焊、CO2气体维护焊、SMAW、火焰钎焊、MIG钎焊、激光焊、等离子焊，等等。炉中钎焊、TIG等二、汽车制造中焊接技术的运用概略汽车底盘焊接构造件如：传动轴、驱动桥、减震器等CO2气体维护焊、SMAW、SAW、FW、PW、LBW等钢制油箱缝焊，点焊等铝制油箱MIG、TIG车轮轮辋闪光焊、CO2气体维护焊、SAW等铝散热器、铝中冷器发动机系统焊接部件：燃油回油管、机油冷却器、喷油嘴等炉中钎焊、真空钎焊、感应钎焊等车厢CO2气体维护焊、SMAW、MIG、TIG点焊等变速箱联身齿轮EBW、LBW等CO2焊工艺在车身地板总成中的运用实例二、汽车制造中焊接技术的运用概略图4CO2气体维护焊工艺运用实例轴管环焊缝CO2/MAG/电子束/摩擦焊壳体纵焊缝CO2/MAG/埋弧焊后盖、加强圈、法兰、支座等焊缝CO2/MAG焊图5冲焊桥壳各焊接部位的焊接方法冲焊桥壳中不同位置采用的焊接方法：CO2/MAG、电子束〔EBW〕、摩擦焊(FW)、SAW等二、汽车制造中焊接技术的运用概略激光焊在发动机的正时齿轮汽车的悬挂安装—减震器焊接式差速器----驱动桥等部件中的运用实例被动齿轮差壳激光焊缝激光焊缝图7焊接式差速器构造图8激光焊接图片图6正时齿轮图9减震器二、汽车制造中焊接技术的运用概略图10摩擦焊汽车半轴图12摩擦焊越野车传动轴摩擦焊在汽车零部件中的运用实例焊缝图1163T摩擦焊机二、汽车制造中焊接技术的运用概略3.1[定义]：电阻焊是工件组合以后经过电极施加压力，利用电流流过接头处的接触面及临近区域产生的电阻热进展焊接的方法。电阻焊有两大显著的特点：一是焊接的热源是电阻热，故称电阻焊。二是焊接时需施加压力，故属于压力焊3.2电阻点焊的特点：采用内部热源——利用电流经过焊接区的电阻产生的热量进展加热。必需施加压力——在压力的作用下，经过加热、冷却构成接头。三、电阻焊〔1〕点焊焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，构成焊点。如图13-a所示。〔2〕凸焊凸焊是由点焊演化而来，通常是在两板件之一上冲出凸点，然后进展焊接;如图13-c所示。〔3〕缝焊缝焊与点焊原理类似，只是其电极为一对转动的铜滚轮。焊件在转动滚轮作用下，边焊接边前进，使焊缝相互衔接构成延续的焊缝;如图13-b所示。〔4〕对焊对焊是利用电阻热使两被焊工件沿整个接触面焊合的电阻焊接工艺方法，可分为电阻对焊和闪光对焊;如图13-d所示。三、电阻焊3.3各种电阻焊方法图13a〕点焊b〕缝焊c〕凸焊d〕对焊三、电阻焊目前电阻焊机大量运用交流50Hz的单相交流电源，容量大、功率因数低。开展三相中频电阻焊机、三相次级整流接触焊机(已在普通型点焊机、缝焊机、凸焊机中运用)和IGBT逆变电阻焊机，可以处理电网不平衡和提高功率因数的问题。同时还可进一步节约电能，利于实现参数的微机控制，可更好地适用于焊接铝合金、不锈钢及其它难焊金属的焊接。另外还可进一步减轻设备分量。4.1电阻焊的节能及控制技术四、电阻点焊4.1.1中频阻焊技术优点1、一体化模块化设计，焊接控制系统的性能稳定、可靠性高,焊接缺点率低。降低了焊接本钱，缩短了维护时间，提高了任务效率。 2、从图2中工频交流与中频直流波形对比图可看出，工频交流焊机电流有过零景象，热效率低，用晶闸管调理电流，当电流百分比偏小时，过零时间长，加热时间相对较长，能量耗费大；中频直流点焊机输出电流为脉动直流，加热集中，热效率高，焊接热输入稳定，焊接时间缩短，节能效果显著，而且使消费节拍缩短，产能提升，可为企业带来一定的经济效应。3、工频交流焊机电源输入不平衡，功率要素低，对电网的冲击比较大。中频直流点焊机由于其三相交流电源输入，用电平衡，对供电网络的冲击小，不对任何单独一相呵斥尖峰过载，满足优惠电力费率的要求。功率因数高，几乎到达100%，无需增设电容补偿柜。相比普通焊机，中频的变压器较小的功率便能到达所需求的焊接能量，因此，产品焊接的能源电力本钱显著减小。4、焊接变压器仅为交流变压器1/3的质量和体积,轻便快捷,满足了机器人及一体化焊钳的运用。5、中频直流焊接变压器输出的是直流电压,没有电感的烦扰，一体化焊钳的节能效果还表达在无二次电缆的投资及电能和冷却水损耗、以及一次电缆截面积的大大减小，这都表达中频焊机的节能优势。四、电阻点焊图14工频交流焊机和中频焊机焊接电流波形图4.1.2焊接电流波形图三、电阻焊4.1.3中频点焊机的运用情况欧洲中频点焊机器人运用量已占40%汽车厂95%的电阻焊机是交流，交流点焊机与电网接通依托晶闸管导通，由于电流过零点，焊接时间稍长，焊接质量稳定性稍差。中频点焊机三相电源输入，平衡电网负载、功率因数高，节约电能轿车白车身的装焊常运用160KVA交流悬挂式点焊机，运用中频点焊机只需44KVA广州本田、北京现代、一汽群众、一汽轿车大量采用中频点焊机器人四、电阻点焊中频点焊机焊接范围大可焊接钢、带镀层钢板、不锈钢、铝及不同导热资料的组合假设配备伺服驱动焊钳，可加快焊接速度在单相交流焊机点焊100焊点情况下，单相整流焊机为129焊点，中频点焊机为241焊点4.1.3中频点焊机的运用情况〔续〕四、电阻点焊4.1.3中频点焊机的运用情况〔续〕四、电阻点焊图15中频点焊一体化焊钳b机器人点焊X型中频一体化焊钳(NIMAK)a机器人点焊C型中频一体化焊钳(NIMAK)4.2点焊质量的控制技术由单方式控制开展为多方式控制〔如动态电阻监控，动态电极位移监控〕一种监控方法开展为多种监控方法由单变量调理开展为多变量调理由常规的控制决策方式向人工智能〔神经网络、模糊逻辑等〕决策方式开展四、电阻点焊主要原理图:IQR屏幕照片屏幕照片

电阻点焊在线质量控制:应用智能性在线有效工艺调节(IQR)以保持工艺稳定高强度钢点焊中焊点质量控制：宝马公司采用在线控制技术四、电阻点焊图16质量智能控制表示图五、熔化焊熔化焊：在液态下进展焊接时，母材接头被加热到熔化温度以上，它们在液态下相互交融，冷却时便凝固在一同，这就是熔化焊接(FusionWelding)。5.1气体维护电弧焊气体维护电弧焊(GasShieldedArcWelding)是利用外加气体作为电弧介质并维护电弧和焊接区的电弧焊。用作维护介质的气体有氩气、氦气、二氧化碳，以及这些气体的混合气。〔1〕熔化极气体维护电弧焊，熔化极气体维护电弧焊(GasMetalArcWelding,GMAW)以延续送进的焊丝作为电极，并利用电弧热将焊件熔化，并由焊炬喷嘴喷出的气体维护下构成焊缝，如图17。〔2〕钨极气体维护电弧焊钨极气体维护电弧焊(GasTungstenArcWelding，GTAW)是一种不熔化极气体维护电弧焊，是利用高熔点的钨极和工件之间的电弧使金属熔化而构成焊缝的。钨极惰性气体维护焊(TIG)是用氩气或氦气等惰性气体进展维护的GTAW焊接方法，如图20所示。五、熔化焊图17熔化极气体维护焊表示图〔MAG/MIG)五、熔化焊五、熔化焊图18CO2焊自动焊专机图19高强度钢的电弧焊和钎焊五、熔化焊图20钨极惰性气体维护焊表示图五、熔化焊5.2埋弧自动焊埋弧自动焊(SubmergedArcAutomaticWelding)是电弧在颗粒状焊剂层下熄灭的自动电弧焊接方法。埋弧自动焊的焊接过程如图21所示。埋弧自动焊与焊条电弧焊相比具有消费率高、焊接质量高而且稳定、节省金属资料、劳动条件好等优点，但是埋弧自动焊的灵敏性差。埋弧自动焊可焊接碳钢、低合金钢、不锈钢和纯铜等，适用于较厚的板料(6～60mm)的长、直焊缝和直径大于250mm环形焊缝的焊接。消费批量越大，运用埋弧自动焊的经济效益越好。五、熔化焊图21埋弧自动焊过程表示图五、熔化焊六、等离子弧焊1.定义：借助水冷喷嘴对电弧的拘谨作用，获得较高能量密度的等离子弧进展焊接的方法称为等离子弧焊。2.特点：焊件不易氧化；便于操作，容易实现全位置自动化；焊接热影响区小，焊件不易变形；焊缝致密，成形美观；电弧挺直度和方向性好，可焊接薄壁构造；弧柱温度高，焊接速度快，消费率高。3.运用：等离子弧焊接已日益广泛运用于消费中，特别是国防工业和尖端技术所用铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属的焊接。如钛合金的导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继电器、电容器的外壳封接及飞机上一些薄壁容器等均可用等离子弧焊。目前，在汽车行业中，已用于轿车白车身焊接、卡车贮气筒焊接等方面。图22等离子弧焊六、等离子弧焊七、电子束焊定义：利用加速和聚焦电子束轰击置于真空或非真空中焊件所生的热能进展焊接的方法称为电子束焊。2.特点：焊缝金属纯度高；焊缝外表质量好，内部熔合性好；焊接热影响区小，焊件不易变形；控制灵敏，精度高，顺应性强。3.运用：电子束焊运用广泛，从微型电子线路组件、真空膜盒、钼箔蜂窝构造、原子燃料器件到大型的导弹外壳都可以采用电子束焊接。此外，熔点、导热性、溶解度相差很大的异种金属，在真空中运用的器件和内部要求真空的密封器件等，用真空电子束焊接也能得到良好接头。汽车消费中的运用实例有变速箱齿轮的焊接、发动机扭振减震器的焊接等。图23电子束焊七、电子束焊摩擦焊摩擦焊(FrictionWelding)是利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，将工件端面加热到塑性形状，然后在压力下使金属衔接在一同的焊接方法。摩擦焊焊接过程如图24所示。八、摩擦焊图24延续摩擦焊机表示图八、摩擦焊图25桥壳摩擦焊设备〔英国ＴＨＯＭＰＳＯＮ公司〕摩擦焊技术运用：在国内，冲焊桥壳采用FW的公司：青岛青特、济南重汽、陕西汉德等，在国外运用的公司：〔DAF〕德国达夫、(SmithCargobull)德国施密茨、DANA等八、摩擦焊激光焊接具有焊接速度快，焊缝深宽比大、热影响区窄，焊接变形小。焊接一致性、稳定性好等特点，并能实现部分异种资料焊接。但被焊工件装配精度高，要求装夹焊接件的装焊夹具满足激光焊接的特殊功能和要求。除了对焊接激光器进展了规范化，同时也规范了配备夹具〔夹具类型包括：轮状夹具，双轮夹具等〕；在汽车工业中，激光焊技术主要用于激光拼焊板〔TBW)、车身焊接和底盘零件的深熔焊接。9.1激光焊接的特点九、激光焊激光熔焊激光钎焊激光电弧复合焊双/多光束激光焊接9.2激光焊的种类九、激光焊图28后行李箱门外板激光钎焊照片图26激光熔焊接头图27激光钎焊图29双光束激光焊九、激光焊9.3激光深熔焊接的原理：穿孔焊接：经过小孔将光能转化为热能的焊接方法。小孔充溢蒸汽类似黑体，几乎全部吸收光束能量，小孔内的温度高达25000度，从而使周围金属熔化，随着光束挪动而构成焊缝。图30激光焊原理图激光焊接设备的关键是大功率激光器；主要有三大类：第一类是是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作任务介质，产生平均为10.6μm的红外激光，可以延续任务并输出很高的功率，快轴流激光器功率可达万瓦以上；横流激光器的功率可以获得更高，但用于焊接时，其焊缝质量稍差。第二类是固体激光器，又称Nd:YAG激光器。Nd〔钕〕是一种稀土族元素，YAG代表钇铝柘榴石，晶体构造与红宝石类似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm，主要优点是产生的光束可以经过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车工业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器用于薄板焊接。第三类光纤激光器，它是用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调理、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比较的，综合电光效率高达20%以上，大幅度节约任务时的耗电，节约运转本钱。光纤激光能使激光远程焊接或称激光扫描焊接成为能够，并极大地提高了汽车车身件激光焊接速度。9.4激光器九、激光焊激光焊设备：图31为25厂激光切割设备，可以用于焊接图31意大利激光切割机OPTLM0254J〔2500×4500〕九、激光焊激光器：美国PRC激光公司产品图32TRUMPFLASERCELL1005-悬臂式德国通快激光焊设备：Lasercell系列多轴〔5轴〕激光加工机是世界上最先进的3Ｄ激光加工设备之一图33德国Trumpf4KW激光器九、激光焊9.5激光拼焊板坯国外、国内激光拼焊板坯在轿车车身中已广泛运用已建多条激光拼焊消费线长春一汽１条〔直缝线〕长春蒂森克虏伯１条〔直缝线〕武汉蒂森克虏伯中人２条〔１条直缝线，１条曲缝线〕广州本田2条〔直缝线〕宝钢已建、拟再建１０条卡车斯太尔及曼卡的顶盖及前地板，东风商用车D530车身顶盖九、激光焊钎焊在接头之间参与熔点远较母材低的合金，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互分散实现衔接焊件的方法(Soldering&Brazing)。钎焊用的合金称为钎料。根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊和软钎焊两大类。(1)硬钎焊(Brazing)钎料熔点高于450℃时的钎焊。(2)软钎焊(Soldering)钎料的熔点在450℃以下的钎焊。为提高接头强度，钎焊构件的接头方式都采用板料搭接和套件镶接，图34所示为几种常见钎焊的接头方式。十、钎焊图34钎焊的接头方式图35网带式钎焊炉十、钎焊十一、各种焊接热源的主要特性各种焊接热源的主要特性如下表所示第二节各种金属资料的焊接一、资料的焊接1.金属资料的焊接性(可焊性)〔1〕焊接性的概念一定焊接技术条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属资料对焊接加工的顺应性称为金属资料的焊接性(Weldability)。各种材料的焊接〔2〕焊接性的评价1〕碳当量法碳当量是把钢中的合金元素(包括碳)的含量，按其作用换算成碳的相对含量。国际焊接学会引荐的碳当量(CE)公式为：式中(C)、(Mn)等－碳、锰等相应成分的质量分数(%)。普通来说，碳当量越大，钢材的焊接性越差。当CE<0.4％时，钢材的塑性良好，淬硬倾向不明显，焊接性良好。当CE在0.4～0.6％时，钢材的塑性下降，淬硬倾向逐渐添加，焊接性较差。当CE>0.6％时，钢材的塑性变差。淬硬倾向和冷裂倾向大，焊接性更差。各种材料的焊接2)冷裂纹敏感系数法冷裂纹敏感系数的式为：式中PW－冷裂纹敏感系数；h－板厚；[H]－100g焊缝金属分散氢的含量(mL)。冷裂纹敏感系数越大，那么产生冷裂纹的能够性越大，焊接性越差。各种材料的焊接2.常用的金属焊接〔1〕低碳钢的焊接低碳钢的CE小于0.4％，塑性好，普通没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，焊接性良好。各种材料的焊接〔2〕中、高碳钢的焊接中碳钢的CE普通为0.4％～0.6％，随着CE的添加，焊接性能逐渐变差。高碳钢的CE普通大于0.6％，焊接性能更差。通常采取以下技术措施：1)焊前预热、焊后缓冷2)尽量选用抗裂性好的碱性低氢焊条，也可选用比母材强度等级低一些的焊条，以提高焊缝的塑性。3)选择适宜的焊接方法和规范，降低焊件冷却速度。各种材料的焊接〔3〕普通低合金钢的焊接屈服强度294～392MPa的普通低合金钢，其CE大多小于0.4%，焊接性能接近低碳钢。强度等级较高的低合金钢，其CE=0.4-0.6%，有一定的淬硬倾向，焊接性较差。各种材料的焊接1〕低合金钢焊接经常出现的问题热裂纹热裂纹指焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂