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1、大客车制造车身焊接基本工艺在车身结构中车身骨架、底架、地板支架、前后风窗框等均采用焊接结构。由于在车身结构中大量采用焊接结构使焊接工艺在车身造中到广泛地应用。车身焊接基本工艺包括 CO2 气体保护焊工艺和点焊工艺。 CO2气体保护焊主要用于车身骨架的组焊、 车身底架的 组焊、 地板支架组焊、 前后风窗 框组焊等焊接结构。点焊主要用于左、右侧围等车身外豪皮的焊接和一些冲压件的组焊如乘客门的组焊。第一节CO2 气体保护焊特点CO2 气体保护焊是一种熔化焊的焊接方法。在焊接过程中电弧是焊接热源焊丝末端在电弧加热下形成熔滴与部分熔化的母材金属熔融凝固形成焊缝。从焊枪喷嘴连续喷出的cot 气体来排除焊接
2、区中的空气使电弧及焊接区的被焊金属和周围空气隔离免受空气危害。CO2气体保护焊按焊接方式分为半自动焊(焊丝自动输送焊枪移动由手上操作)和自动焊(焊丝输送和焊枪移动自动进行)。按采用的焊丝直径可分为细焊丝 C02 气体保护焊(焊丝直径小于或等于1.6 毫米)和粗焊丝 COQ气体保护焊(焊丝直径大于1.6 毫米)。C02 气体保护焊有两种熔滴过渡形式(图 2-2)。细焊丝 CO2 气体保护焊主要采用短弧焊(小电流、低弧压或称短路过渡焊接)如图2-3 区焊接薄板材料;也可采用较大电流和略高电弧电压焊接4毫米的中厚板。粗焊丝 CO2 气体保护焊采用长弧焊(大电流、高弧压)焊接中厚板和厚板。在车身制造中
3、常用的 CO2 气体保护焊是半自动细焊丝CO2 气体保焊一、CO2 气体保护焊的工艺特点CO2气体保护焊与其它焊接方法相比具有下列工艺特点:1.CO2气体保护焊是一种明弧焊2.对薄板材料焊接质量高3生产效率高劳动强度低一般 CO2 气体保护焊比手工电弧焊提高工效 1-4倍。4.焊接成本低CO2气体保护焊也存在着明显不足:一是焊接金属飞溅较多特别是当焊接规范参数匹配不当时飞溅就更加严重;二是不能焊接易氧化的金属材料并且不适宜在有风的地方施焊;三是焊接过程中弧光较强尤其是采用大电流焊接时电弧辐射更强所以要十分重视劳动保护。二、CO2 气体保护焊的金属飞溅1.产生金属飞溅的原因(1)由冶金反应引起的
4、飞溅(2)由于熔滴过渡不正常引起的飞溅(3由于焊接规范参数选择不当而引起金属飞溅在焊接过程中电弧电压升高金属飞溅增加这是因为随着电弧电压升高电弧长度增加易引起焊丝末端熔滴的长大。在长弧焊时(用大电流)熔滴易在焊丝末端产生无规则的晃动;而短弧焊时(用小电流)会形成粗大的液体金属过桥这些均引起飞溅增加。2.减小飞溅的措施(1)选用含碳量低的钢焊丝(2)采用活化处理过的焊丝可以细化金属熔滴减少飞溅改善焊缝的成形。所谓活化处理就是在焊丝表面涂一层薄的碱土金属或稀土金属的化合物来提高焊丝发射电子的能力.(3)合理选择焊接规范参数一般在长弧焊时随着焊接电流的增大过渡熔滴尺寸变细能减少金属飞溅.(4)在CO
5、Q气体中加入少量的Ar 气改善电弧的热特性和氧化性减少飞溅(5)一般应选用直流反极性焊接即焊丝为正极。选用直流反极性长弧焊时焊丝是正极受到电极斑点压力较小焊丝不易产生粗大的熔滴和顶偏而产生非轴向过渡从而减少了金属飞溅。若选用正极性需要采用活化焊丝。在焊接过程中合金元素烧损程度和选用焊接规范参数有很大关系。如电弧电压升高电弧长度增加不仅增加了熔滴在焊丝末端的停留时间并且增长熔滴过渡的路程这样均增加金属和气体相接触的时间使合金元素烧损增多;焊接电流增大会使电弧温度升高且使熔滴尺寸变细而增大比表面积这将加剧合金元素的氧化烧损。但是电流增大也会引起熔滴的过渡速度加快缩短熔滴与气体相接触的时间这样又有减
6、小合金元素氧化作用。所以增大焊接电流对合金元素烧损的影响不如增大电弧电压的影响显著。因此在选择焊接规范时应注意这些问题。目前在C02 气体保护焊中应用最广泛的一种焊丝是H08Mn2SiA 焊丝.第二节 细丝 CO2气体保护焊工艺细丝 C02 气体保护焊主要采用短弧焊(或称短路过渡焊接)焊接薄板材料。焊接过程的稳定性用短路频率表示。焊接过程的稳定性和焊缝成形质量决定于焊接规范参数的选定与匹配其中影响显著的因素是焊接电流、电弧电压和直流回路电感值。一、短路过渡的基本概念1. C02气体保护焊电弧的静特性电弧的静特性是表示在一定的电弧长度下当电弧稳定燃烧时电弧电压与电弧电流之间的关系即VH=fIH)
7、。电弧电压焊接电流和电弧长度三者之间的关系。在保持电弧长度不变的情况下增大焊接电流必然要增大电弧电压否则电弧长度缩短。 升高电弧电压电弧长度增 大;而增加焊接电流电弧长度 减小。这是因为在弧长增加时如果仍保持电流值不变就要求带电粒子的迁移速度加快因此电场强度必须相应增强这就要求电弧电压升高。如果保持电弧电压值不变随着电弧长度的增加电场强度必然降低带电粒子迁移速度减慢电流值减小。所以在电弧长度一定的情况下要使电弧稳定燃烧电弧电压和焊接电流必颂匹配合适。2.焊接电源的动特性焊接电源的动特性是指电源在焊接过程中短路电流增长速度与焊接电压恢复速度的变化特性。电源动特性的参数有:短路电流增长速度dI/d
8、t,短路电流的峰值Imax 和焊接电压恢复速度dV/dt。短路过渡要求短路电流增长速度合适、有足够大的短路电流峰值以及足够高的焊接电压恢复速度。目前常用的焊接电源对后两点的要求能够满足因此焊接时调节焊接电源动特性通常是指调节电流增长速度。3.短路过渡过程一个短路过渡周期包括燃弧、弧隙短路、液桥缩颈脱落和电弧复燃四个阶段。4.短路过渡频率fps每秒钟的短路次数称为短路频率 fpg。实践表明短路频率高一些好。短路频率高即表示每秒钟过渡的次数多焊丝末端形成的熔滴尺寸小金属飞溅少电弧也较稳定。所以在短路过渡焊接生产中短路频率可作为评价焊接稳定性的指标。短路过渡周期T是由燃弧时间和短路时间组成。燃弧时间
9、和短路时间短短路频率高。燃弧时间与电弧电压(或弧长)成正比与焊接电流成反比一而短路时间与短路电流增长速度成反比。因此在短过渡焊接时增大焊接电流和短路电流增长速度减小电弧电压能使短路频率升高。5短路电流的增长速度由上面分析可知短路电流增长速度_dIdt 过大或过小对焊接过程的稳定性都是不利的。那么调节短路电流增长速度的方法是:(1)改变焊接电源的空载电压。随着空载电压的提高短路电流增长速度增大。(2)调节焊接直流回路中的电感值。在短路过渡焊接时焊接直流回路中常有一个可调电感。电感值增大短路电流增长速度减小。(3)改变焊接回路中的电阻。增大焊接直流回路中串联的可调电阻器的电阻短路电流增长速度减小。
10、二、短路过渡焊接规范参数对焊接过程稳定性的影响 CO2气体保护焊的焊接规范参数主要有:焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝外伸长度、焊接电源极性、直流回路电感值以及COQ 气体流量等。在短路过渡焊接时焊接过程稳定性可用短路频率来表示。一般说来短路频率高焊接过程稳定。影响短路频率的因素除了焊接电源特性外还与采用的焊接规范参数有关。1。焊接电流的影响2.电弧电压的影响3.直流回路电感值的影响4.焊丝外伸长度的影响二、短路过渡焊接规范参数的选定1.焊接电流和电弧电压的选定焊接电流要根据所使用的焊丝熔化特性曲线( 2-16)选择。在等速送丝条件下焊丝的熔化速度等于送丝速度。在焊接时可以根据经验
11、选用一个合适的送丝速度相应地可以大致确定焊接电流。二_。对于一定直径的焊丝电弧电压值范围比较窄。当焊接电流确定后在试焊中对电弧电压进行仔细的调整以求得最佳的匹配。2.焊接速度的选定根据焊件材料的性质与厚度来确定焊接速度。一般在半自动焊时焊接速度不应超过Om / 1;而在自动焊时则不应超过9Umlh a 如果焊接速度过快易引起未焊透、咬边等缺陷。3.焊丝外伸长度的选定试验表明焊丝外伸长度可按下式选定。Ls。二(1 Q1 a)ds式中 Ls。一焊丝外伸长度;ds-焊丝直径。一般随着焊接电流的增大焊丝外伸长度可适当加大。4.直流回路电感值的选定直流回路电感值应根据焊丝直径、焊接电流和电弧电压而定。表
12、2-中的数字可做参考。但是应当注意当用不同类型的焊接电源时选用的电感值可能不一样故应通过试焊进行确定。. COZ 气体流量的选定通常可选用 15 Vmin。当焊接电流增大、焊接速度加快及焊丝外伸长度增加时应适当加大保护气流量。C)气体保护焊所采用的 coz 气体均应满足焊接对气体纯度的要求。其标准是C0299%;020.1%;H201 2glm。对焊缝质量要求越高对COQ气体纯度的要求越高获得的焊接金属塑性越好。三、CO2 气体保护焊设备CO2气体保护焊自动焊机是由焊接电源、送丝机构、行走机构、 焊矩、 气路系统和控制系统等部件组成。 气路系统 包括减压阀、 预热器、 干燥器和流 量计等。CO
13、Z 气体保护焊半自动焊机中没有行走机构其余部分与自动焊机相同焊枪是直接施焊的工具起到导电、导丝、导气的作用。为了满足使用要求半自动焊枪必须具备下列性能。(1)在熔池和电弧周围能形成保护性能良好的 COz气流。(2)导电嘴、导电杆和软管接头的轴线尽可能在同一直线上以减少摩擦阻力使焊丝顺畅而准确地送入熔池。(3)导电杆截面应足够大枪管应为散热片式以降低焊枪发热量增强焊枪散热效果。(4)手把形状应当适于握持使用方便。喷嘴形状不应妨碍对熔池的观察。(5)结构要轻巧。易损件、连接件应易于拆换与焊枪相连接的电缆和软管等应柔软、轻巧、结实耐用。操作维修方便。常用的半自动焊枪有拉丝焊枪、推丝式手枪形焊枪和推丝
14、式鹅颈形焊枪(图2-18) e第三节焊缝成形焊接接头在电弧热的作用下熔化的焊丝与母材在焊件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态熔池。随着电弧的移动熔池前端的焊件不断被熔化进入熔池中熔池后部则不断冷却结晶形成焊缝。熔池的体积由电弧的热作用决定而熔池的形状则取决于电弧对熔池的作用力。焊缝的形状即是指焊件熔化区横截面的形状。一、焊缝的截面形状和尺寸焊缝的截面形状和尺寸决定于焊接时所形成的熔池形状和尺寸。熔池的深度、宽度和长度决定了焊缝的深度、宽度和长度。控制焊接过程中的熔池形状和尺于也就是控制焊缝成形。二、焊接条件对焊缝成形尺寸的影响1.焊接规范参数的影响试验表明调节焊接规范参数可以调节与控制母材的熔
15、化和焊缝截面形状尺寸。细丝CO2 气体保护焊时焊接电流和电弧电压变化对焊缝成形尺寸的影响。可以看出随着焊接电流的增大焊缝的熔深和熔宽均增大;而当电弧电压增大时焊缝的熔宽和熔深略有增大但加强高明显减小。2.其它焊接工艺因素的影响在其它焊接工艺因素中对焊缝截面形状和尺寸影响比较显著的有焊枪倾角和焊接方向。3 短路过渡焊接时改善焊缝成形的措施在短路过渡焊接时由于焊丝熔化速度快熔池体积小熔池中液体金属冷凝速度快等原因易获得较大加强高的焊缝截面形状。因此为了减小焊缝加强高和改善焊缝外观成形焊接时可采用下列工艺措施。 (1)对于平头对接的焊缝在装配时让焊缝接边处留有一定间隙使熔化的焊丝金属有一部分用于填充
16、间隙以减小焊缝的加强高。(2)焊枪采用前倾角施焊略增大焊缝熔宽减小焊缝加强高。3缩短焊丝外伸长度减小外伸长度上产生的电阻热和焊丝熔化速度达到减少焊缝加强高的目的。4焊接时可选用略高的电弧电压值增大熔池的受热面积使焊缝熔宽加大而加强高减小。第四节 点焊工艺在客车车身制造中点焊主要用于冲压件组焊成合件的焊接也常用于车身左、右侧围外蒙皮的焊接和金属薄板在车身装配时的焊接。点焊分为双面点焊和单面点焊;根据一次点焊形成焊点的个数分为单点点焊、双点点焊和多点点焊。使用的点焊机有固定式点焊机和移动式点焊机两种。一、点焊过程点焊是利用电流通过焊件时产生的电阻热加热焊件进行焊接的。双面点焊的焊接过程是将两焊件压
17、紧于两圆柱形电极之间然后通以强大的电流利用电阻热加热焊件使焊接区加热到熔化温度形成液态熔核切断电流后在电极压力作用冷却结晶形成焊点(图 2-26)。1。点焊电阻两个电极之间的电阻 R 是由焊件本身电阻R 件焊件与焊件之间的接触电阻 R 触和电极与焊件之间的接触电阻 R 极组成的。2。点焊过程通常把一个焊点形成的过程称为一个点焊循环。一个点焊循环可以分为四个阶段即预压、焊接、锻压和休止四个阶段。二、电阻焊的优缺点电阻焊的优点:(1与熔化焊方法相比电阻焊为内部热源冶金过程简单且加热集中热影响区较窄容易获得优质焊接接头焊接变形很小表面质量高。(2)不需要焊丝、焊条等填充金属以及氧、乙炔、氢等焊接材料
18、焊接成本低。(3操作简单易于实现机械化和自动化生产率高。通用点焊机焊接速度可达s)点/min 快速点焊机可达6a点!mina(4)焊接过程中无弧光、无有害气体、无噪声、劳动条件好。电阻焊的缺点:(1)目前还缺乏可靠的无损检测方法焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查以及靠各种监控技术来保证。 (2)焊件的尺寸、形状、厚度及焊件的材料受焊机功率、机臂尺寸与结构形状的限制故不适用对一些封闭型、半封闭型结构以及因焊件的材料不适合的部件进行焊接。(3)点焊的搭接接头不仅增加了构件的重量且接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。(4)设备功率大机械化、自动化程度较高使设备成本较高、维修较困难并且常用的大
19、功率单相交流焊机不利于电网的正常运行。三、点焊的基本规范参数点焊的基本规范参数包括焊接电流、通电时间、电极压力和电极工作表面尺寸.四、保证焊点质量的措施焊点强度和焊接质量的稳定性受到点焊时的分流、焊件配间隙和焊件表面状况的影响。1.点焊时的分流点焊时有一部分电流虽然流过焊件但绕过了焊接区这种现象称为电流的分流。影响分流的因素有焊点距离、焊件厚度、焊件数目、焊接顺序、焊件表面状态和电极压力等。焊点距离越小分流越大。一般要根据焊件厚度确定最小点焊间距。当所焊焊点周围有己焊好的焊点时分流对焊点有明显影响。增大电极压力减小接触电阻有利于减小分流。2.焊件的装配间隙影响装配间隙的因素有焊件冲压、装配精度
20、和焊接过程中焊件产生的变形。3、焊件的表面清理第五节低碳钢的点焊工艺点焊焊接参数的选择主要取决于金属材料的性质、板厚、结构形式及所用设备的特点(能提供的焊接电流波形和压力曲线)。在点焊中应用最为广泛是工频交流点焊主要采用电极压力不变的单脉冲点焊。一、低碳钢的点焊低碳钢的含碳量低于 0.25%其电阻率适中需要的焊机功率不大;塑性温度区宽易于获得所需的塑性变形而不必使用很大的电极压力;碳与微量元素含量低无高熔点氧化物一般不产生淬火组织或夹杂物;结晶温度区间窄、高温强度低、热膨胀系数小因而开裂倾向小。由于低碳钢具有很好的可焊性焊接时间和焊接电流采用强规范(短时间、大电流)或弱规范都可以获得良好的焊接
21、质量电极压力也可以在较大范围内调节。采用强规范焊接不但可以减小焊接变形而且能提高生产效率节约电能。 因此在设备功率足够大时应 采用强规范焊接。 当电极压力与焊接电流 相适应时焊点强度最高。采用较大的电极压力能提高焊接质量的稳定性。低碳钢点焊一股采用平面电极电极工作表面直径可根据焊件厚度按公式d2t+公式选定当电极工作表面直径因磨损超过规定值15%.2U I时应修整或更换电极。二、镀锌钢板的点焊由于镀锌钢板表面的锌层熔点很低、硬度也低镀锌钢板在点焊过程中存在以下问题:钢板熔化的锌层形成锌环而分流致使焊接电流密度减刁、;锌层表面烧损、粘连、污染电极而使电极寿命降低;锌层电阻率低接触电阻小;容易产生
22、焊接飞溅、裂纹、气孔或组织软化等缺陷;适用的焊接工艺参数范围较窄易于形成未焊透或喷溅因而必须精确控制工艺参数。根据镀锌工艺的不同镀锌钢板大致可分为电镀锌钢板、热镀锌钢板和合金化渗锌钢板。电镀锌板镀层薄焊接性相对较好但造价高;热镀锌钢板镀层厚耐蚀性好但焊接性差;合金化渗锌钢板的焊接性相对热镀锌钢板则有所改善;在锌层厚度相同的情况下热镀锌板比电镀锌板具有更优良的焊接性。与低碳钢相比镀锌钢板点焊时由于镀锌层的存在使焊接电流对焊接区的加热效果下降。并且在一定镀层厚度范围内随镀锌层的增加所需焊接电流越大。所以镀锌钢板点焊时采用的焊接电流比低碳钢大通电时间长采用的电极压力约比低碳钢高 20-3( l o
23、镀锌钢板点焊的主要规范参数可根据焊件厚度和铁一锌合金状态选择见表2-? A三、不同厚度焊件的点焊在通常条件下不同厚度和不同材料点焊时熔核不以贴合面为对称而向厚板或导电、电热性差的中偏移其结果使其在贴合面上的尺寸小于该熔核直径。不同厚度点焊时厚件电阻大析热多而其析热中心由于远离电极而散热缓慢;薄件情况正相反。这就造成焊接温度场及熔核向厚板偏移。不同材料点焊时导电性差的工件电阻大析热多但散热缓慢;导电性好的材料情况正相反。熔核偏移的根本原因是焊接区在加热过程中两焊件析热和散热均不相等所致。偏移方向自然向着析热多、散热缓慢的一方移动。在点焊两个厚度不同的焊件时焊接规范决定于薄的焊件厚度然后将焊接电流稍微增大。四、点焊接头 点焊通常采用搭接接头和折边接头。点焊接头上的焊点主要承受剪应力。-五、点焊缺陷点焊缺陷有表面缺陷(外部飞溅、深的凹陷、穿透裂纹等)和内部缺陷(未焊透、未穿透裂纹、缩孔等)两种情况。其中对焊点强度影响大的是未焊透缺陷。未焊透包括没有熔核和熔核尺寸很小两种情况。产生未焊透的主要原因是焊接区加热不足。在保证焊接区紧密接触的条件下增大焊接电流、延长焊接时间都可以增加焊接区的加热效果增大熔核直径消除未焊透缺陷。