电子工业中的焊接技术

谢经朝

摘要：焊接技术是指通过适当的手段，使两个锋利的物体（同种或者异种材料）产生原子或者分子间结合而形成一体的连接方法。在工业制造过程中激光焊、锡焊、超声波、弧焊电子束焊、搅拌摩擦焊、电磁脉冲焊等焊接方法和手段应用较多，其中电阻焊因其劳动生产率高，不用附加填充材料和使用焊剂，焊接对母材变形影响小，焊接过程和质量容易控制，焊接过程容易自动化，不产生有毒有害气体，没有紫外线的伤害等优先得到充分的应用，电阻焊的应用极大的推动了工业的发展，具有很大的经济价值，在航空、航天、电子、汽车、铁道车辆、建筑、电器元件、家用电器以及日用品等各种制造业广泛应用。随着现代科学和电子技术的创新及突破，电阻焊的设备不断升级，应用领域及焊接材料的应用范围也随之不断扩大和成熟。同时由于科学发展的要求，新兴产业的壮大，节能减排的需求及新材料的不断涌现也促进了电阻焊设备和焊接电极的技术更新及发展。

关键词：关键词：电阻点焊；虚焊；原因分析；控制手段

引言

电阻焊自19世纪60年代发明至今，特别是随着电子技术的发展其应用逐渐成熟，范围不断扩大。随着是现代制造业的需求，以及新能源、新材料、电子技术的涌现，电阻焊从焊接设备到焊接电极材料都有了飞跃发展；极大的推动了焊接技术的进步；现代电阻焊接电源有交流、直流、脉冲、电容储能等，按焊接方式有点焊、对焊、滚焊等；电极材料有铬锆铜、氧化铝铜、铍铜、铍青铜等材料，可以按照工艺加工成柱形、锥形、弯型、异型、圆形、滚轮等各种电极形状。电阻焊的检验方法和手段也在不断完善，除了通过目测外还有破坏性检测检验，通过超声波检测、X射线检测、涡流检测、红外检测等的无损伤。在焊接过程中根据焊接产品的不同要求对焊点进行不同检测，如熔核尺寸大小、熔核深度、抗拉剪强度、热影响区尺寸、焊透率、薄板翘起、压痕深度、漏焊、假焊、焊穿、飞溅等。

图1白车身焊点分布示图

电阻点焊技术以其高效率、易于实现自动化等优点而广泛应用于汽车结构件的连接中，正常情况下一个汽车白车身约有3000~5000个焊点，如图1所示。电阻焊完成90％的车身装配，属于车身装配中最重要的方式。焊点质量的好坏严重影响整车的性能，而虚焊则是车身最常见的焊接质量问题，结合在比亚迪汽车车身现场经验，探讨虚焊的原因及控制手段。

1.电阻点焊基本原理

电阻点焊是指通过点焊电极对被焊零件施加且保持一定的压力，使工件紧密接触，然后焊接设备输出电流通过零件本体和接触表面，电流通过焊件接触在极短时间内产生大量热量，熔化接触区域二个金属材料，在焊点核心区产生熔核，如图2所示

图2电阻点焊基本原理

焊接热量可表示为：Q=I2*R*T

点焊熔核取决于以下三个因素：焊接电流（I）、焊接回路电阻（R）、焊接时间（T）。熔核形成过程如图3所示。

电阻焊是电能转化为热能的焊接方法，计算公式如下。

Q=I2RT（1）式中，Q为产生的热量；I为焊接电流；R为焊接电阻；T为焊接时间。这里的焊接电阻包括电极与工件之间的接触电阻、工件与工件之间的接触电阻、以及工件本身的电阻。其中接触电阻与焊接压力有直接的关系，要获得合格的焊点，需要合适的焊接压力，选择合适的焊接电极和电极形式、电源形式，在连接点附件形成一个合格焊点需要三个主要因素，即焊接电流、焊接时间和焊接压力。同时每个焊点的具体焊接参数值也受到焊接钢板厚度、钢板强度、钢板镀层情况及钢板装配状态等因素综合影响。焊点质量水平是衡量车身质量的重要指标，影响焊点质量的因素较多，即零件装配状态、钢板镀锌层厚度、焊点间距、零件结构、电极对中状态、焊钳冷却状态、电极帽修磨状态、夹具是否分流、程序转换开关是否失效、焊接参数值是否合理等，在出现焊接质量问题时，应需从多方面进行分析。

2点焊设备

目前，点焊的设备类型主要分为两大类：手工焊钳和机器人焊钳。

2.1手工焊钳主要元件包括电阻焊变压器、焊钳控制器、气缸、钳体、钳臂、水电气管等。手工焊钳分为分体式手工焊钳和一体式手工焊钳二种。分体式手工焊钳，其电阻焊变压器与钳体分离，中间采用较长的次级电缆相连接，能耗比较高，但价格便宜，前些年在国内汽车厂家应用十分广泛；由于不符合节能环保的要求，次级电缆容易损坏，近些年逐步被淘汰。一体式手工焊钳，其电阻焊变压器与钳体直接连接，无次级电缆损耗，价格稍高，但由于其节能、效率高等优点，最近几年已经在国内主流汽车厂家得到大量采用，如我公司近年来就广泛采用了一体焊钳。手工焊钳无论分体式还是一体式，焊钳控制器都采用了微处理器技术，根据钢板零件装配情况可以对焊接电流、焊接压力、焊接时间、电流递增台阶、电极修磨记数等参数值进行设置。

2.2近年来随着技术不断进步机器人焊接也得到了飞速的发展，其中机器人焊钳也分为两类：气动机器人焊钳和伺服电机机器人焊钳。气动机器人焊钳由气缸、钳体、电阻焊变压器、具有补偿功能的浮动机构、上下电极组件及电极等部件组成。通过压缩空气驱动气缸进而带动焊钳上下电极夹紧至预先设定压力以完成焊接动作。由于气动焊钳在焊接加压时无法精确控制电极移动速度，对工件冲击较大，容易使工件产生较深的压痕、变形、焊接飞溅、焊接时噪音较大等缺点，已经逐步被伺服电机机器人焊钳替代。伺服电机焊钳与气动焊钳主要区别在于伺服焊钳的移动是伺服电机驱动来控制，焊接压力可以通过伺服电机来精确调节。伺服电机输出的是旋转运动，通过滚珠丝杠转化为焊钳电极的上下运行。在伺服焊钳机械结构中滚珠丝杠是最重要的机械元件，由丝杠、螺母、滚珠等零件组成，具有驱动力矩小、精度高、可实现低速进给及高速进给、刚性高、可逆性强等特点，保证了伺服焊钳功能的实现。

3焊接前预防控制措施

1）设定合理焊接参数。焊接参数的设定需要根据焊点设计规范以及实际焊接经验而定，可在规范的基础上通过试片、试焊适当调节电流、焊接压力和时间。

2）定期监测焊接参数。点焊焊接参数在生产过程会发生变化，如电缆老化、软件故障、水压变化等因素均会产生影响，因此需要对点焊参数进行定期监测。

3）规范焊接参数管理。正常情况下只有工艺工程师或焊接工程师可以调节参数，要杜绝员工或班长因任何理由私自调整参数。需制定参数管理流程，出现焊接质量问题时，及时上报至工程师，由工程师分析、确认参数调整值，并进行焊接验证。

4）焊接前进行试片破坏性检查。试片破坏性检查可以通过直接测量焊点熔核直径，直观地验证当前焊接参数是否满足要求。试片破坏性检查是一种简单有效的监控手段。

5）依据设备保养计划定期维护焊接设备。焊接设备的正常运行是保证焊接质量的前提，要制定设备定期点检、维护维修计划表，并定期进行巡回检查，确认设备正常运行。

6）焊接前检查零件配合间隙。若零件配合不好时，会导致焊接压力下降，工件表面接触不均匀，从而造成钣金熔化不充分，最终导致虚焊。

7）定期打磨电极头。一般电极头打磨频次有2种规定：定焊点数修磨、定时间修磨。其中定焊点数修磨一般较准确，在机器人点焊中运用广泛设备进行自动计数，达到一定数量后自动修磨。

4电阻电焊设备常见规范

车辆生产用的电阻点焊设备属于非标准的大型设备，设备价值高、工艺性强。设备工作范围根据工艺要求特殊定制，在定制设备过程中，模拟设备焊接的工作范围，确保车辆的每个位置均能良好点焊。

1设备除定期保养外还必须保持清洁、合适的外部环境，不能长时间停用设备，在没有生产任务时也应开动设备运行，每天进行点焊试验片。

2采用专用电极拆卸工具拆卸点焊电极，点焊一定数量个点后电极头需要修磨，用600#砂纸或者专用的修磨器材修磨电极端部外形，对严重不符合要求的端面采用机械加工方式。

3作业前确定设备冷却水的通水状态和冷却状态，以确保设备功能、状态良好。在点焊设备的工作区范围内不能放置易燃材料，以免焊接产生飞溅，造成火灾。

5结束语

在白车身制造过程中，焊点强度是影响车身质量的重要因素，而焊点虚焊则是常见和严重的质量缺陷。如文中所述，虚焊的原因是多方面的，要解决虚焊问题，需要彻底理解虚焊的机理，找出对应的因素并制定控制措施。焊点质量控制，需要做好焊接参数管理、设备点检、定期对焊点进行检查等工作，需要从制度上、管理上确保质量得到有效监控。谨以此文，希望能为汽车车身质量工作者提供一点焊点质量控制的思路。

参考文献：

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