后橋殼脈沖焊的應用

陳興國，韋春芳，謝香衛，覃輝翔

（1.柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州 545007；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

后橋殼脈沖焊的應用

陳興國1，韋春芳1，謝香衛1，覃輝翔2

（1.柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州 545007；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

闡述了脈沖焊的技術關鍵點，結合我司在后橋新產品開發項目中脈沖焊技術的應用，優化新產品后橋殼的焊接工藝流程，對后橋殼脈沖焊接的應用具有指導意義。

后橋殼；脈沖焊；優化工藝

我司承接某車型后橋新產品開發項目，焊縫熔深要求達到板厚的60%以上，如采用傳統工藝，在不開坡口的情況下，焊縫熔深只能保證約50%左右，無法滿足質量要求，如提高焊接電流焊接，不僅工件極易燒穿而且因為工件熱輸入量加大，工件的焊后變形量也會加大，且焊縫熱影響區范圍也會擴大，嚴重影響產品質量。在經過大量的工藝試驗，最終確定引進脈沖焊工藝方式，用于該車型的縱縫焊接，滿足了產品質量要求，同時實現了焊接工藝上的飛躍，達到了降低產品成本的目的。

1 項目技術關鍵點及創新點

該項目的技術要點在于運用焊接理論，尋找到一種適合于我司產品的焊接工藝方式。經分析，我司該新產品的后橋殼主體板厚為5mm，在焊接工藝上，處于可開或不開坡口焊接范圍，若需穩定得到60%的熔深，完全可以通過焊接工藝實現。

在焊接過程中，焊縫的熔深不僅與焊接過程的熱輸入量有關，還取決于焊接過程中采用的是哪種熔滴過渡方式，理解脈沖焊工藝，首先就需了解焊接過程中焊絲的熔滴過渡的方式。

弧焊過程中，在焊絲(或焊條)端部形成的向熔池過渡的液態金屬，叫熔滴。熔滴通過電弧空間向熔池轉移的過程，稱為熔滴過渡。弧焊時的熔滴過渡方式共分為短路過渡、滴狀自由過渡和噴射過渡三大類：

（1）當焊接參數較小，熔滴在未脫離焊絲端頭前就與熔池直接接觸，即形成短路過渡，該過渡形式一般被應用于薄板焊接，焊縫熔池較淺，如圖1所示。

圖1 短路過渡示意圖

（2）當焊接參數提高，焊絲端頭融化后的金屬液體因表面張力大于重力，使熔滴附著于焊絲端頭得以慢慢長大，直至熔滴尺寸大于焊絲直徑，并且自身重力大于表面張力后，才從焊絲端頭脫落進入電弧空間，自由運動一段距離后落入熔池，形成滴狀自由過渡。同時，熔滴在落入熔池過程中，除受自身重力影響外，其周圍環境其它非惰性分子（如CO2、N2或H2）形成的電磁力致使熔滴并非直落而下的進入熔池，有時甚至導致熔滴運動方向向上，因此形成的焊縫略顯不規則，飛濺大，焊縫熔深比短路過渡方式深。我司的CO2保護焊一般即是使用該熔滴過渡方式，如圖2所示。

（3）如焊接參數進一步提高，熔滴所受的電弧力會大于焊絲端頭融化的金屬液體表面張力，使熔滴以噴射狀態快速通過電弧空間進入熔池，形成噴射過渡。因熔滴過渡時，熔滴沖擊母材，因此噴射過渡能得到最深的焊縫熔深，如圖3所示。

圖3 噴射過渡示意圖

脈沖焊工藝之所以能較傳統CO2焊接工藝實現大熔深，源于其在較小電流范圍內也能形成焊絲的噴射過渡形式。其基本工作原理是使用脈沖電流迫使焊接過程形成噴射過渡：焊接時，焊接電源會提供一個穩定的維弧電流和一個脈沖峰值電流，如圖4所示。維弧電流的作用是維持電弧不熄滅，并使焊絲端頭部分溶化，其電流值大大低于產生噴射過渡所需的臨界電流；脈沖峰值電流，它在可調的時間間隔內疊加在維弧電流上，其電流值比產生噴射過渡的臨界電流高，作用是給熔滴施加一個較大的力促使熔滴過渡。如此兩個電流相結合，以高于短路過渡電流所需要的有效電流和低于連續電流噴射過渡電弧所需要的有效電流，即產生具有軸向噴射過渡的穩定電弧，使焊絲熔滴形成噴射過渡，從而在較小熱輸入量情況下得到更大熔深，并且熔深更易于控制，即工件焊穿與否變得在能夠控制范圍之內。

圖4 脈沖焊焊接波形示意圖

2 項目技術原理及工藝流程

2.1 項目技術原理

該項目的原理是：利用脈沖焊焊接工藝形成的噴射熔滴過渡形式，得到高于傳統CO2保護焊的焊縫熔深，從而實現后橋殼縱焊縫在免開坡口的情況下，達到焊縫熔深60%以上板厚熔深的質量要求。

2.2 引進脈沖焊前

按照傳統工藝，該車型后橋殼的縱焊縫為得到合格的焊縫，必須對工件開設焊縫坡口，如圖5所示。

2.3 引進脈沖焊后

引進脈沖焊工藝后，該車型的后橋殼縱縫焊不再需要開坡口工序（在傳統工藝上取消上/下半殼開坡口工序），設定焊接參數（如送絲速度、弧長校正、電感參數、焊接速度等），使焊縫一次焊接成型。脈沖焊工藝試焊焊縫質量如圖6、圖7所示。

圖5 傳統開坡口焊接工藝

圖6 焊縫外觀

圖7 焊縫尺寸

引進脈沖焊工藝后，該車型的后橋殼縱焊縫在不開坡口情況下，焊縫熔深不僅滿足產品質量要求，而且減少了一道生產工序，降低了員工的勞動強度。

3 經濟效益簡述

采用傳統工藝（開坡口工藝）或脈沖焊工藝，關鍵在于開坡口工藝需配備專門的開坡口專機，而脈沖焊工藝需配備脈沖焊焊機，相同的生產節拍和產量下，成本分析如下：

（1）設備投資成本：前期設備投資脈沖焊工藝設備采購費用高于傳統工藝23%。

（2）人工成本：每年脈沖焊工藝人工成本總費用低于傳統工藝22%。

（3）運行成本（焊絲、保護氣體、刀具損耗等）：每年脈沖焊工藝運行成本總費用低于傳統工藝62%。

（4）經濟效益匯總分析：經濟效益分析如表1所示的匯總表。

表1 經濟效益匯總分析

因此，雖然脈沖焊在設備投資初期，會比傳統工藝高出23%的費用，但之后的人工成本和運行成本每年約能節省84%的費用。

4 存在的技術問題及改進意見

脈沖焊工藝在免開坡口情況下，具備較傳統CO2保護焊更大焊縫熔深的特點，但它對工件配對間隙要求相對較高。根據工藝試驗，該車型后橋殼縱焊縫為得到穩定熔深，要求工件間隙穩定保持在0.8mm以下，否則工件極易燒穿，因此，下一步的改進建議如下：

首先，先解決沖壓件質量，要求沖壓件質量必須滿足工藝要求；

其次，通過工裝夾具的改進，促使焊接夾具具備沖壓件校正功能，以放寬對沖壓件質量的要求。

5 結束語

該后橋新產品項目首次在我司范圍內，提出使用脈沖焊工藝解決焊縫熔深問題，提高了產品質量同時節省了生產成本，該技術的應用在國內汽車零部件行業屬領先地位。

[1]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]劉惟信.汽車車橋設計[M].北京：清華大學出版社，2004.

The Application of Rear Axle Housing Pulse Welding

CHEN Xing-guo1，WEIChun-fang1，XIEXiang-wei1，QIN Hui-xiang2
(1.LiuzhouWulingMotorsCo.，Ltd，Liuzhou Guangxi545007，China；2.SAICGMWuling Automobile Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi545007，China)

The key technical point pulse welding application,combined with our punching welding technology in the bridge after the new product development projectmidvein,axle welding process optimization of new products,and to teach shellpulsewelding application significance.

rearaxle shell；impulsewelding；processoptimization

TG444

B

1672-545X（2014）04-0211-03

2014-01-05

陳興國（1982—），男，廣西柳州人，助理工程師，學士學位，主要研究方向汽車后橋設計；韋春芳（1987—），女，廣西南寧人，助理工程師，學士學位，主要研究方向汽車后橋設計及質量管理；謝香衛（1986—），女，廣西南寧人，助理工程師，學士學位，主要研究方向汽車后橋設計；覃輝翔（1986—），男，廣西南寧人，助理工程師，學士學位，主要研究方向汽車傳遞系統設計。