浅谈白车身电阻点焊焊接飞溅影响因素及控制预防对策

曾清林、何深成

（东风柳州汽车有限公司 545006）

0 引言

目前白车身电阻点焊仍然是白车身零部件连接的主要方式。1台白车身平均有4 000～6 000个焊点。焊点的质量和强度直接影响到车体的强度。焊接飞溅的产生会直接导致焊接质量问题，严重时危及焊接强度。国外的汽车制造厂商对焊接飞溅问题经过了多年的研究，得到了丰富的理论数据和实践经验。如东风日产及一汽马自达汽车公司的无飞溅车间[1]；日本某汽车品牌工厂内的无焊接飞溅率达到80%以上，但国产化以后，生产同品牌汽车的无焊接飞溅率就下降至50%以下，说明我国国内对焊接飞溅的研究及应用推广，仍与国外先进水平存在一定的差距。

焊接飞溅的危害不仅仅是导致白车身焊接质量和强度的下降，而且飞溅焊渣附着在车体外观面上，也会影响到整车的外观品质、污染焊接设备、存在火灾隐患以及污染工厂内的环境卫生，影响现场操作者的健康。因此，减少焊接飞溅一直是国内各汽车厂家的主要努力目标。本文将系统性地展开有关焊接飞溅的机理、影响因素和控制措施。

1 焊接飞溅的形成机理

电阻点焊是指在工件处施加一定的压力，并利用电流通过工件及接触处产生的电阻热，将2个工件之间接触表面融化，从而实现连接的焊接方法[2]。通常使用较大的电流，并在焊接过程中始终施加压力，使熔核在压力继续作用下冷却结晶，从而形成组织致密、无缩孔和裂纹的焊点。因此，电阻点焊通常分为3个过程：预压，焊接之前保证工件接触良好；通电，通过电阻热使焊接处形成熔核和塑性环；保持，通电结束后，熔核在压力继续作用下冷却结晶。

当在通电加热过程中，工件接触表面会产生塑性环和熔核区，塑性环在外层，熔核区在内层。一般情况下，塑性环会包裹住熔核区，使熔融金属液不会飞溅。当热量不断增加时，塑性环和熔核区会不断生长，一旦塑性环的生长超出了电极头的范围，熔核区不再受到塑性环的保护而与电极头端面接触，在电极头的压力下，熔融金属液就会从工件表面飞溅而出。另一种情况是电流过大、加热过快时，熔核区的生长速度远远超过了塑性环的生长速度，熔融金属突破塑性环的包围飞溅出去。

以上是产生焊接飞溅的2种机理，在实际生产过程中会受到各类因素的影响。例如焊接设备上下电极头的形状和对中度，焊接调试时电极头与工件的垂直度，工件之间的搭接情况、焊接参数的合理性以及车体精度等。在面对具体的焊接飞溅问题时，要进行具体分析，从产生飞溅的机理出发，进行全面的要因分析，才能够根本解决焊接飞溅问题。

2 焊接飞溅的影响因素

2.1 焊接设备和工装的影响

焊接设备和工装能力的稳定性主要包含3个方面：第一，焊接设备输出参数的稳定性，焊接设备应当具备保证输出参数稳定的能力，使之达成工艺设定要求；第二，焊接工装夹具的稳定性，在夹紧状态下工件之间的间隙保持稳定贴合；第三，电极头修磨的稳定性，每次修磨完成后应当保证上下电极头对中且电极端面直径在设定要求范围内，上下电极端面贴合接触良好。以上3个方面应当开展定期的检查和保全工作，如果出现偏差应当立即进行工装和设备的恢复工作。

2.2 焊接示教和程序的影响

这里主要是机器人焊接示教过程中会产生焊接飞溅的不良因素。例如焊点位置偏差，焊点位置过于靠近钣金圆角或者止口部位，极易产生焊接飞溅；焊接电极头与板件不垂直，会造成焊点扭曲导致焊接飞溅；在使用伺服焊钳示教时，静电极臂侧电极头端面不与钣金贴合（气动焊钳具备平衡气缸自动补偿功能，静电极侧不需要与钣金贴合），易造成焊接飞溅；焊接顺序的设计不良会影响工件搭接的间隙，从而造成焊接飞溅；在焊接示教过程中，还要注意焊钳的任何导电部位不应与工件或者夹具干涉，避免造成焊接分流及飞溅。

2.3 钣件搭接的影响

钣件搭接对焊接飞溅的影响因素有2个。

（1）钣金搭接不贴合。理论上，所有零件搭接部位在设计时都是贴合的。但是考虑到工艺能力的可实现性和一些偏置公差的存在，实际生产的零件相互搭接时总会存在一定间隙，间隙的存在对焊接飞溅的影响是非常大的。对于普通的板材，一般通过焊接工装的夹紧可以消除部分的间隙，或者延长焊钳的预压时间并增加焊接压力来抵消间隙的问题（但是对于高强度板材来说，夹具的气缸夹紧力和焊钳的压力对消除板件间隙的作用就不那么明显了，所以高强度板材的搭接配合间隙尤为重要）。钣金之间不能紧密贴合，其接触面积变小，电阻变大。在这种情况下，产生的热量能够瞬间融化钣金之间的金属，但又因为塑性环还未完全形成，融化的金属就会通过钣金之间的缝隙飞溅出来。因此，必须对钣金搭接的间隙进行合理的控制。

（2）钣金搭接错边。钣金搭接错边主要影响塑性环的生长，导致塑性环生长不完整，存在缺陷，进而引起焊接飞溅。这种问题和焊点距离钣金止口过近所导致焊接飞溅的机理是一致的，需要控制钣金的零件精度和工装夹具的精度。

2.4 焊接参数的影响

根据电阻焊热量公式（公式1），电流和时间越大，产生的热量越大，过多的热量造成熔核区增大，熔融金属更容易突破塑性环的包围形成焊接飞溅[3]。同时，热量过大并不能显著增加焊点的强度，当超过一定的限度后，焊点强度反而会下降。如果热量过小，熔核区直径过小，未能形成有效的熔核，造成虚焊。因此，需要合理选择焊接参数，一般情况下需要根据经验值设定焊接参数，然后再经过反复试验对参数进行适当的调整。但是考虑到生产现场的电网波动，选取了合适的设定参数后，还应当将电流设定值下调5%～10%再进行焊接验证，以避免出现虚焊的问题。

2.5 精度的影响

精度对焊接飞溅的影响有3个方面的因素。

（1）夹具精度。钣金零部件及车身的定位依靠夹具保证，零部件的稳定性需要依靠夹具精度保证，应当对夹具开展定期的精度测量以保证夹具精度。各主机厂家对夹具精度的测量频次略有不同，一般设置为每3个月或者6个月测量一次。

（2）焊钳精度。焊钳电极臂转轴或者气缸的磨损，会影响焊钳上下电极的位置和对中状态，应当对焊钳开展定期检查和保全，以保证焊钳精度，开展频次根据实际情况设定。

（3）示教程序重复性精度。在现场生产中，有时会发现示教程序明明未调整，但是焊点位置发生了偏移。应当采用合理的方式校验示教程序重复性精度，例如制作固定位置的焊钳电极头对中台，定期进行对中确认，如发生偏差及时恢复。

3 焊接飞溅的控制要素

电极头修磨直径的稳定性控制。以机器人焊接电极头为例，某工厂对焊接镀锌板每天20点进行1次电极头修磨，每2 h更换1次电极头。旧电极头更换前需要再修磨1次，并将所有的机器人电极头进行统一回收和测量端面直径，每天回收测量1次。机器人电极头端面直径要求为5～6 mm，使用游标卡尺或者卡板进行测量。当发现电极头修磨不良、上下电极不对中或者端面直径超差后，需立即对修磨器进行返修或者更换修磨器刀片。

焊钳电极头与板件垂直度及电极对中度检查和控制。通常在示教程序调试阶段，就要求对每个焊点进行100%的焊钳与钣金件垂直度的检查。一般情况下，要求垂直度角度为90°±5°，上下电极头对中度偏差＜1 mm。在必要时应当设置焊接导向，以减小焊接飞溅。对于伺服焊钳，还应当增加静电极头与钣金贴合度检查，保证静电极臂侧的电极头与钣金贴合，气动焊钳则不需检查。

钣金表面油污和杂质的检查与控制。钣金表面的油污和杂质都会造成接触电阻的增大，从而增加焊接飞溅产生的几率，严重时还会使焊点打爆。因此，在使用来料零件时，需要保证零件焊接搭接面的清洁度，降低油污和杂质对焊接飞溅的影响。

焊点位置的检查和控制。为减少边缘焊点导致的焊接飞溅，定期开展全车焊点外观质量检查，对边缘焊点进行预防和控制，及时纠正边缘焊点的位置。

零件精度和车身精度的检查和控制。定期开展零件精度和车身精度的测量，特别是影响焊接打点的关键位置。

4 结束语

白车身生产过程中，产生焊接飞溅的因素有很多。本文从机、料、法、环4个方面阐述了焊接飞溅产生的机理，并结合实际运用经验提出了解决和控制焊点飞溅的思路和方法，对汽车生产厂商的白车身焊点质量控制和提升具有一定的参考借鉴意义。