淺談白車身電阻點焊焊接飛濺影響因素及控制預防對策

摘要：本文從分析焊接飛濺的機理，解析產生焊接飛濺的主要影響因素出發，從焊接設備、焊接程序、搭接板件、焊接參數和車體精度5個方面，提供了解決焊接飛濺問題的具體思路及控制標準。

關鍵詞：白車身、電阻點焊、焊接飛濺

中圖分類號：U461 " "文獻標識碼：A

0 引言

目前白車身電阻點焊仍然是白車身零部件連接的主要方式。1臺白車身平均有4 000～6 000個焊點。焊點的質量和強度直接影響到車體的強度。焊接飛濺的產生會直接導致焊接質量問題，嚴重時危及焊接強度。國外的汽車制造廠商對焊接飛濺問題經過了多年的研究，得到了豐富的理論數據和實踐經驗。如東風日產及一汽馬自達汽車公司的無飛濺車間[1];日本某汽車品牌工廠內的無焊接飛濺率達到80%以上，但國產化以后，生產同品牌汽車的無焊接飛濺率就下降至50%以下，說明我國國內對焊接飛濺的研究及應用推廣，仍與國外先進水平存在一定的差距。

焊接飛濺的危害不僅僅是導致白車身焊接質量和強度的下降，而且飛濺焊渣附著在車體外觀面上，也會影響到整車的外觀品質、污染焊接設備、存在火災隱患以及污染工廠內的環境衛生，影響現場操作者的健康。因此，減少焊接飛濺一直是國內各汽車廠家的主要努力目標。本文將系統性地展開有關焊接飛濺的機理、影響因素和控制措施。

1 焊接飛濺的形成機理

電阻點焊是指在工件處施加一定的壓力，并利用電流通過工件及接觸處產生的電阻熱，將2個工件之間接觸表面融化，從而實現連接的焊接方法[2]。通常使用較大的電流，并在焊接過程中始終施加壓力，使熔核在壓力繼續作用下冷卻結晶，從而形成組織致密、無縮孔和裂紋的焊點。因此，電阻點焊通常分為3個過程：預壓，焊接之前保證工件接觸良好;通電，通過電阻熱使焊接處形成熔核和塑性環;保持，通電結束后，熔核在壓力繼續作用下冷卻結晶。

當在通電加熱過程中，工件接觸表面會產生塑性環和熔核區，塑性環在外層，熔核區在內層。一般情況下，塑性環會包裹住熔核區，使熔融金屬液不會飛濺。當熱量不斷增加時，塑性環和熔核區會不斷生長，一旦塑性環的生長超出了電極頭的范圍，熔核區不再受到塑性環的保護而與電極頭端面接觸，在電極頭的壓力下，熔融金屬液就會從工件表面飛濺而出。另一種情況是電流過大、加熱過快時，熔核區的生長速度遠遠超過了塑性環的生長速度，熔融金屬突破塑性環的包圍飛濺出去。

以上是產生焊接飛濺的2種機理，在實際生產過程中會受到各類因素的影響。例如焊接設備上下電極頭的形狀和對中度，焊接調試時電極頭與工件的垂直度，工件之間的搭接情況、焊接參數的合理性以及車體精度等。在面對具體的焊接飛濺問題時，要進行具體分析，從產生飛濺的機理出發，進行全面的要因分析，才能夠根本解決焊接飛濺問題。

2 焊接飛濺的影響因素

2.1 焊接設備和工裝的影響

焊接設備和工裝能力的穩定性主要包含3個方面：第一，焊接設備輸出參數的穩定性，焊接設備應當具備保證輸出參數穩定的能力，使之達成工藝設定要求;第二，焊接工裝夾具的穩定性，在夾緊狀態下工件之間的間隙保持穩定貼合;第三，電極頭修磨的穩定性，每次修磨完成后應當保證上下電極頭對中且電極端面直徑在設定要求范圍內，上下電極端面貼合接觸良好。以上3個方面應當開展定期的檢查和保全工作，如果出現偏差應當立即進行工裝和設備的恢復工作。

2.2 焊接示教和程序的影響

這里主要是機器人焊接示教過程中會產生焊接飛濺的不良因素。例如焊點位置偏差，焊點位置過于靠近鈑金圓角或者止口部位，極易產生焊接飛濺;焊接電極頭與板件不垂直，會造成焊點扭曲導致焊接飛濺;在使用伺服焊鉗示教時，靜電極臂側電極頭端面不與鈑金貼合（氣動焊鉗具備平衡氣缸自動補償功能，靜電極側不需要與鈑金貼合），易造成焊接飛濺;焊接順序的設計不良會影響工件搭接的間隙，從而造成焊接飛濺;在焊接示教過程中，還要注意焊鉗的任何導電部位不應與工件或者夾具干涉，避免造成焊接分流及飛濺。

2.3 鈑件搭接的影響

鈑件搭接對焊接飛濺的影響因素有2個。

（1）鈑金搭接不貼合。理論上，所有零件搭接部位在設計時都是貼合的。但是考慮到工藝能力的可實現性和一些偏置公差的存在，實際生產的零件相互搭接時總會存在一定間隙，間隙的存在對焊接飛濺的影響是非常大的。對于普通的板材，一般通過焊接工裝的夾緊可以消除部分的間隙，或者延長焊鉗的預壓時間并增加焊接壓力來抵消間隙的問題（但是對于高強度板材來說，夾具的氣缸夾緊力和焊鉗的壓力對消除板件間隙的作用就不那么明顯了，所以高強度板材的搭接配合間隙尤為重要）。鈑金之間不能緊密貼合，其接觸面積變小，電阻變大。在這種情況下，產生的熱量能夠瞬間融化鈑金之間的金屬，但又因為塑性環還未完全形成，融化的金屬就會通過鈑金之間的縫隙飛濺出來。因此，必須對鈑金搭接的間隙進行合理的控制。

（2）鈑金搭接錯邊。鈑金搭接錯邊主要影響塑性環的生長，導致塑性環生長不完整，存在缺陷，進而引起焊接飛濺。這種問題和焊點距離鈑金止口過近所導致焊接飛濺的機理是一致的，需要控制鈑金的零件精度和工裝夾具的精度。

2.4 焊接參數的影響

根據電阻焊熱量公式（公式1），電流和時間越大，產生的熱量越大，過多的熱量造成熔核區增大，熔融金屬更容易突破塑性環的包圍形成焊接飛濺[3]。同時，熱量過大并不能顯著增加焊點的強度，當超過一定的限度后，焊點強度反而會下降。如果熱量過小，熔核區直徑過小，未能形成有效的熔核，造成虛焊。因此，需要合理選擇焊接參數，一般情況下需要根據經驗值設定焊接參數，然后再經過反復試驗對參數進行適當的調整。但是考慮到生產現場的電網波動，選取了合適的設定參數后，還應當將電流設定值下調5%～10%再進行焊接驗證，以避免出現虛焊的問題。

Q=I2RT " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

2.5 精度的影響

精度對焊接飛濺的影響有3個方面的因素。

（1）夾具精度。鈑金零部件及車身的定位依靠夾具保證，零部件的穩定性需要依靠夾具精度保證，應當對夾具開展定期的精度測量以保證夾具精度。各主機廠家對夾具精度的測量頻次略有不同，一般設置為每3個月或者6個月測量一次。

（2）焊鉗精度。焊鉗電極臂轉軸或者氣缸的磨損，會影響焊鉗上下電極的位置和對中狀態，應當對焊鉗開展定期檢查和保全，以保證焊鉗精度，開展頻次根據實際情況設定。

（3）示教程序重復性精度。在現場生產中，有時會發現示教程序明明未調整，但是焊點位置發生了偏移。應當采用合理的方式校驗示教程序重復性精度，例如制作固定位置的焊鉗電極頭對中臺，定期進行對中確認，如發生偏差及時恢復。

3 焊接飛濺的控制要素

電極頭修磨直徑的穩定性控制。以機器人焊接電極頭為例，某工廠對焊接鍍鋅板每天20點進行1次電極頭修磨，每2 h更換1次電極頭。舊電極頭更換前需要再修磨1次，并將所有的機器人電極頭進行統一回收和測量端面直徑，每天回收測量1次。機器人電極頭端面直徑要求為5～6 mm，使用游標卡尺或者卡板進行測量。當發現電極頭修磨不良、上下電極不對中或者端面直徑超差后，需立即對修磨器進行返修或者更換修磨器刀片。

焊鉗電極頭與板件垂直度及電極對中度檢查和控制。通常在示教程序調試階段，就要求對每個焊點進行100%的焊鉗與鈑金件垂直度的檢查。一般情況下，要求垂直度角度為90°±5°，上下電極頭對中度偏差<1 mm。在必要時應當設置焊接導向，以減小焊接飛濺。對于伺服焊鉗，還應當增加靜電極頭與鈑金貼合度檢查，保證靜電極臂側的電極頭與鈑金貼合，氣動焊鉗則不需檢查。

鈑金表面油污和雜質的檢查與控制。鈑金表面的油污和雜質都會造成接觸電阻的增大，從而增加焊接飛濺產生的幾率，嚴重時還會使焊點打爆。因此，在使用來料零件時，需要保證零件焊接搭接面的清潔度，降低油污和雜質對焊接飛濺的影響。

焊點位置的檢查和控制。為減少邊緣焊點導致的焊接飛濺，定期開展全車焊點外觀質量檢查，對邊緣焊點進行預防和控制，及時糾正邊緣焊點的位置。

零件精度和車身精度的檢查和控制。定期開展零件精度和車身精度的測量，特別是影響焊接打點的關鍵位置。

4 結束語

白車身生產過程中，產生焊接飛濺的因素有很多。本文從機、料、法、環4個方面闡述了焊接飛濺產生的機理，并結合實際運用經驗提出了解決和控制焊點飛濺的思路和方法，對汽車生產廠商的白車身焊點質量控制和提升具有一定的參考借鑒意義。