通用汽车用焊接技术

1、汇 报 人：彭振国所属部门：工艺研究所焊接室 时 间：2012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 各种材料的焊接第一节 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、形成接头的状态及是否采用加压来划分。，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保护焊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、

2、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1 D310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应用概况具体应用对象：白车身点（凸）焊、CO2气体保护焊、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应用概况汽车底盘焊接结构件如：传动轴、驱动桥、减震器等CO2气体保护焊、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气体保护焊、 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、

3、喷油嘴等炉中钎焊、真空钎焊、感应钎焊等车厢CO2气体保护焊、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应用实例二、汽车制造中焊接技术的应用概况图4 CO2气体保护焊工艺应用实例轴管环焊缝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应用概况激光焊在发动机的正时齿轮汽车的悬挂装置减震器焊接式差速器-驱动桥等部件中的应用实例被 动齿 轮差壳

4、激光焊 缝激光焊缝图7 焊接式差速器结构图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应用概况图 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应用实例焊缝图11 63T摩擦焊机二、汽车制造中焊接技术的应用概况3.1 定义：电阻焊是工件组合以后通过电极施加压力，利用电流流过接头处的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。 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通过焊接区的电阻产生的热量进行加热。必须施加压力在压力的作用下，通过加热、冷却形成接头。

5、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，形成焊点。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，然后进行焊接;如图13-c所示。 （3）缝焊 缝焊与点焊原理相似，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，使焊缝相互连接形成连续的焊缝;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13 a）点焊 b）缝焊 c）凸焊 d）对焊三、电 阻 焊 目前电阻焊机大量使用交流50Hz的单相

6、交流电源，容量大、功率因数低。发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、凸焊机中应用)和IGBT逆变电阻焊机，可以解决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重量。 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,焊接故障率低。降低了焊接成本，缩短了维护时间，提高了工作效率。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现象，热效率低，用晶闸管调节

7、电流，当电流百分比偏小时，过零时间长，加热时间相对较长，能量消耗大；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，而且使生产节拍缩短，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，功率因素低，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，不对任何单独一相造成尖峰过载，满足优惠电力费率的要求。功率因数高，几乎达到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达到所需要的焊接能量，因此，产品焊接的能源电力成本显著减小。4、焊接变压器仅为交流变压器1/3的质量

8、和体积,轻便快捷,满足了机器人及一体化焊钳的应用。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体现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，这都体现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 中频点焊机的应用情况欧洲中频点焊机器人使用量已占40%汽车厂95%的电阻焊机是交流，交流点焊机与电网接通依靠晶闸管导通，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使用160

9、KVA交流悬挂式点焊机，使用中频点焊机只需44KVA广州本田、北京现代、一汽大众、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、铝及不同导热材料的组合若配备伺服驱动焊钳，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 中频点焊机的应用情况（续）四、电 阻 点 焊4.1.3中频点焊机的应用情况（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模式控制发展为多

10、模式控制（如动态电阻监控，动态电极位移监控）一种监控方法发展为多种监控方法由单变量调节发展为多变量调节由常规的控制决策方式向人工智能（神经网络、模糊逻辑等）决策方式发展四、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 质量智能控制示意图五、熔 化 焊熔化焊： 在液态下进行焊接时，母材接头被加热到熔化温度以上，它们在液态下相互融合，冷却时便凝固在一起，这就是熔化焊接(Fusion Welding)。5.1 气体保护电弧焊 气体保护电弧焊(G

11、as Shielded Arc Welding)是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。用作保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） 熔化极气体保护电弧焊， 熔化极气体保护电弧焊(Gas Metal Arc Welding ,GMAW)以连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保护下形成焊缝，如图17。 （2） 钨极气体保护电弧焊 钨极气体保护电弧焊(Gas Tungsten Arc Welding，GTAW)是一种不熔化极气体保护电弧焊，是利用高熔点的钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。 钨极惰性气体保护焊(TI

12、G)是用氩气或氦气等惰性气体进行保护的GTAW焊接方法，如图20所示。 五、熔 化 焊图17 熔化极气体保护焊示意图（MAG/MIG)五、熔 化 焊五、熔 化 焊图18 CO2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 钨极惰性气体保护焊示意图五、熔 化 焊5.2 埋弧自动焊 埋弧自动焊(Submerged Arc Automatic Welding)是电弧在颗粒状焊剂层下燃烧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生产率高、焊接质量高而且稳定、节省金属材料、劳动条件好等优点，但是埋弧自动焊的灵活性差。埋弧自动焊可焊接碳钢

13、、低合金钢、不锈钢和纯铜等，适用于较厚的板料(660mm)的长、直焊缝和直径大于250mm环形焊缝的焊接。生产批量越大，使用埋弧自动焊的经济效益越好。五、熔 化 焊图21 埋弧自动焊过程示意图五、熔 化 焊六、等 离 子 弧 焊1. 定义：借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行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，可焊接薄壁结构； 弧柱温度高，焊接速度快，生产率高。 3. 应用：等离子弧焊接已日益广泛应用于生产中，特别是国防工业和尖端技术所用铜

14、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行焊接的方法称为电子束焊。 2. 特点： 焊缝金属纯度高； 焊缝表面质量好，内部熔合性好； 焊接热影响区小，焊件不易变形； 控制灵活，精度高，适应性强。 3. 应用：电子束焊应用广泛，从微型电子线路组件、真空膜盒、钼箔蜂窝结构、原子燃料器件到大型的导弹外壳都可以采用

15、电子束焊接。此外，熔点、导热性、溶解度相差很大的异种金属，在真空中使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。 汽车生产中的应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(Friction Welding)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状态，然后在压力下使金属连接在一起的焊接方法。 摩擦焊焊接过程如图24 所示。八、摩 擦 焊图24 连续摩擦焊机示意图八、摩 擦 焊图25 桥壳摩擦焊设备（英国公司）摩擦焊技术应用：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

16、国外应用的公司：（DAF）德国达夫、(S mith Cargobull) 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，并能实现部分异种材料焊接。 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行了标准化，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

17、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：通过小孔将光能转化为热能的焊接方法 。小孔充满蒸汽类似黑体，几乎全部吸收光束能量，小孔内的温度高达25000度，从而使四周金属熔化，随着光束移动而形成焊缝。 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，分子气体作工作介质，产生平均为10.6m的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，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

18、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，晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06m，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，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，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的，综合电光效率高达20% 以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。光纤激光能使激光远程焊接或称激光

19、扫描焊接成为可能，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 （25004500）九、激 光 焊激光器：美国PRC激光公司产品图32 TRUMPF LASERCELL 1005-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3激光加工设备之一 图33 德国Trumpf 4KW 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应用 已建多条激光拼焊生产线长春一汽条（直缝线）长春蒂森克虏伯条（直缝线

20、）武汉蒂森克虏伯中人条（条直缝线，条曲缝线）广州本田 2条（直缝线） 宝钢已建、拟再建 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 在接头之间加入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扩散实现连接焊件的方法(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

21、构件的接头形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形式。 十、钎 焊图34 钎焊的接头形式图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 各种金属材料的焊接一、材料的焊接1. 金属材料的焊接性(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，即金属材料对焊接加工的适应性称为金属材料的焊接性(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。国际焊接学会推荐的碳当量(CE)公式为： 式中(C)

22、、(Mn)等碳、锰等相应成分的质量分数(%)。 一般来说，碳当量越大，钢材的焊接性越差。当CE0.6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； H100g焊缝金属扩散氢的含量(mL)。 冷裂纹敏感系数越大，则产生冷裂纹的可能性越大，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，一般没有淬硬倾向，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一般为0.40.6，随着

23、CE的增加，焊接性能逐渐变差。高碳钢的CE一般大于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)选择合适的焊接方法和规范，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294392MPa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纹。其原因在于低合金钢的焊接过程中铜、硼、氮等元素成为形成裂纹的敏感元素。 冷裂纹 焊接接头冷却到较低温