车身制造工艺(1)教案

车身是汽车结构中与发动机、底盘并列的三大组成部分之一。大客车车身重量和制造成本约占整车和60％～70％。由于客车生产厂是在选用发动机和底盘等主要部件基础上设计并制造客车，所以客车生产厂主要生产任务是制造客车车身。 一、 大客车车身主要制造工艺

客车的制造从原材料和外购件的投入，至整车装配检测完毕，其过程经过多条生产线，采用多级综合工艺，生产方式是流水线生产和批量生产混在一起，而主要生产线的生产方式为流水线生产方式，生产形态是连续性生产。

1.大客车主要车身制造工艺和主要生产线

大客车车身制造工艺就是客车车身制造的方法。它主要包括车身骨架制造工艺、冲压成形工艺、车身焊装工艺、磷化处理工艺、车身喷涂工艺、底盘装配工艺、车身装配工艺和整车性能调试检测等较工艺。这些工艺都是冲压工艺、焊接工艺、喷涂工艺和装配工艺四种基本工艺在车身制造中的具体应用。

工艺设备和工艺装备是实现这些工艺的物质条件，如制造车身骨架需要焊接设备和组焊胎具等。在车身生产中所使用的设备有冲压设备、焊接设备、磷化设备、喷涂设备等；使用的工艺装备主要有冲压模具、骨架组焊胎具、前后风窗框组焊胎具以及检验样板等。

大客车制造的主要生产线一般包括底盘装配线、车身焊装线、车身涂装生产线、车身装配线和整车性能调试检测线。此外，客车生产厂还设有冲压车间、骨架五大片组焊车间以及附件等配套设施，为生产线作必要的零部件准备。

目前客车制造的三种工艺流程分别为：第一种形式：底盘装配→车

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身焊装→车身涂装→车身装配→整车性能调试检测；第二种形式：车身焊装→车身涂装→底盘装配和车身装配→整车性能调试检测；第三种形式：车身焊装→车身涂装→车身装配→整车性能调试检测。

底盘装配

与三种工艺流程相对应的主要生产线编排顺序应与生产纲领、生产方式、工艺水平及车身结构形式等方面相适应。 2.产品工艺性和制造工艺工艺性分析

产品的工艺性是指在确定的生产条件和规模下，能否最经济、最安全、最稳定地获得质量优良产品的可能性。产品工艺性分析主要包括： (1)产品方面：包括产品性能、生产效率和产品成本。

(2)工艺方面：包括加工顺序、加工方法、加工基准、尺寸精度、材料及检验方法。

(3)作业性方面：包括设备及产品流程的人员配置、作业方法、作业性、作业量、作业环境、安全性等。

(4)生产方式方面：包括与设备及平面布置有关的装置、材料准备、产品流程、废料处理方法、辅助材料的选择等。

制造工艺的工艺性分析是以产品分析为主的多方面工艺性分析。例如车身焊装工艺的工艺性分析包括：车身焊接装配性分析、车身密封性分析、车身刚度和强度分析、车身防腐性能分析、焊接装配后精度的分析、加工基准的分析、车身振动和噪声的分析、轻量化结构和安全性的分析、车身外接合部的外观分析、选装件装配匹配性分析、车型种类与部件通用化的分析、现有设备与工艺的有效利用分析等。

二、大客车主要生产线的工艺流程 客车车身制造工艺概要如图1-1所示。 1.车身焊装线主要工艺流程

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在选用发动机和底盘基础上，焊接车架外撑横梁(俗称牛腿)和地板支架或车身底架组焊→组焊整车骨架→焊装车身左右侧围外蒙皮→组焊车身前、后风窗框和前、后围外蒙皮→车门、行李仓等部件装配。

2.车身喷涂生产线主要工艺流程

车身表面前处理→烘干→喷涂车身底漆→烘干→刮腻子→烘干→湿打磨→烘干→喷涂中间漆→烘干→喷涂车身面漆→烘干→喷涂车身彩条漆→烘干。

3.车身装配线主要工艺流程

地板总成装配→安装车身内蒙皮、空调设备、空调管道→内部装饰件、内行李架装配→安装侧窗和风窗玻璃→乘客门、驾驶员门、行李仓门装配→前后保险杠、灯具、雨刮器、仪表台、后视镜安装→乘客座椅、驾驶员座椅安装。

4.车身构件磷化处理线主要工艺流程

在采用浸渍法磷化时，磷化处理主要工艺流程为：碱液除油→水洗→酸洗除锈→水洗→碱液中和→水洗→磷化处理→冷水洗→热水洗→干燥。车身构件磷化处理后需立即喷涂防锈底漆。 三、主要生产线的工艺布置原则

1.为了平衡主要生产线的负荷，主要生产线的生产能力应相适应，即主要生产线的生产节拍相匹配。

2.主要生产线之间产品流动通畅, 转运方便,并且设置缓冲工位,使主要生产线平稳运行。

3.各工位作业时间均衡。对作业量大的瓶颈工位设置必要的辅助工位或采取其它措施，稳定流水线生产。

4.在确定生产线工位数时，综合考虑工位检验和综合检验作业时间及工位需要，设置必要的检验和修复工位。

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5.建立辅助生产线，减少产品在主要生产线上的总的加工时间和工位数，提高流水线效率和运行的平稳性。

6.为了满足客车多品种、小批量的生产要求，同时弥补生产线工位数的减少，对生产能力的影响，应布置多条生产线并行。

7.设置后备工位，对于有特殊要求、作业量教大的产品，可移至后备工位进行作业，保证生产线按节拍运行。

8.主要生产线布置紧凑，采用回转式布置，有利于生产进度控制和现场管理。

9.辅助生产线的布置应保证良好的作业性、安全性，保证制件运输流畅和生产、生活环境。

对于客车生产厂，制造高质量车身是企业努力追求的目标。产品质量要靠工艺保证。采用新工艺、新设备、新材料和先进工艺管理是提高车身制造质量的有效方法。但车身应具有良好的制造工艺性。作为车身设计人员，在车身设计和试制阶段，对车身工艺性进行反复研究，以确定良好的设计方案。

第一章 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C02气体保护焊工艺和点焊工艺。C02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、前后风窗框组焊等具有较高强度要求的焊接结构。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。 本章主要介绍细丝C02气体保护焊工艺和点焊工艺，此外还介绍焊

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缝成形和焊接接头。

§1—1 C02气体保护焊特点

C02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C02气体来排除焊接区中的空气，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。C02气体保护焊焊接过程如图1—1所示。 图1 C02气体保护焊过程示意图

1—焊接电源；2—送丝滚轮；3—焊丝；4一导电嘴；5—喷嘴；6—C02气体；7一电弧；8一熔池；9—焊缝；10一焊件；11一预热干燥器；12—C02气瓶。

C02气体保护焊按焊接方式分为半自动焊(焊丝自动输送，焊枪移动由手上操怍)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C02气体保护焊(焊丝直径大于1.6毫米)。

细焊丝C02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1-2D区，焊接薄板材料；也可采用较大电流和略高电弧电压如图1-2A区，焊接4～7毫米的中厚板。粗焊丝C02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，常用的C02气体保护焊是半自动细焊丝C02气体保焊，采用图I-2D区焊接规范焊接薄板材料，或采用图1-2A区焊接规范焊接中厚板。

一、C02气体保护焊的工艺特点

C02气体保护焊与其它焊接方法相比具有下列工艺特点： 1.C02气体保护焊是一种明弧焊。焊接过程中，电弧及熔池的加热

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熔化情况清晰可见，便于发现问题及时调整，焊接过程与焊缝质量容易得到控制。

图1—2气体保护焊时不同规范区的熔滴过渡形式和焊缝形状 2.对薄板材料焊接质量高。由于C02气体保护焊对焊件加热集中，焊接速度快，并且C02气体对焊件起一定冷却作用，所以在一定程度上防止了薄板材料的烧穿问题，并且能减小焊件变形。

3.生产效率高，劳动强度低。采用细丝C02气体保护焊，焊接电流密度大，电弧热量集中，焊接速度快，焊丝没有焊药或焊剂，便于采用半自动焊和全自动焊，所以生产效率高，劳动强度低。如组焊前后围车身蒙皮，采用细丝C02气体保护焊比气焊提高工效4倍以上。 4. 焊接成本低。由于C02气体价格便宜，焊前对焊件清理简单，不采用涂药焊条和焊剂，焊后不需要清渣等原因，而具有较低的焊接成本。

正是上述优点，在客车车身制造中C02气体保护焊已取代了手工电弧焊和气焊，成为主要的焊接方法。

但C02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、C02气体保护焊的金属飞溅

C02气体保护焊在焊接过程中，金属飞溅损失约占焊丝熔化金属的10％左右，严重时可达30～40％。最佳情况下，飞溅损失可控制在2～4％范围内。

1.产生金属飞溅的原因

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C02气体保护焊金属飞溅问题之所以突出，它和这种焊接方法的冶金特性及工艺特性有关。

(1)由冶金反应引起的飞溅。主要是由于焊接过程中焊丝末端的熔滴和熔池中熔化金属的碳被C02气体分解产生的氧氧化，生成CO气体，随着温度升高，CO气体澎胀，若从熔滴或熔池中外逸受到阻碍，就可能在局部范围内爆破，产生大量的细颗粒飞溅金属。

(2)由于熔滴过渡不正常引起的飞溅。在采用短路过渡焊接时，如果焊接电源动特性选择与调节不当，在液桥形成缩颈后，继续增大短路电流，必然会使缩颈处金属严重过热而产生爆炸，造成严重的金属飞溅。

(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，如图1-3示。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。选用含碳量低的钢焊丝，能减少焊接过程中生成的CO气体，从而减少冶金反应引起的飞溅。实践证明，当焊丝中含碳量降低到0.04％以下时，可以大大减少金属飞溅。 (2)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，如图1-4。

(3)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。

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三、C02气体保护焊的冶金特性

C02气体在电弧高温作用下，分解产生CO和氧原子，并且温度越高，分解越强烈。

C02 ↔ CO + O

一般说来在焊接条件下，C02高温分解产生的CO不溶于熔化的液态金属中，也不与金属发生作用。但原子态氧活泼性强，易与合金元素产生下列化学反应，成为合金元素氧化的主要形式：

Fe+O ↔ FeO Si+20 ↔ Si02 Mn+O ↔ MnO C+O ↔ CO

另外，C02气体直接和金属元素作用也会引起如下一些氧化反应：

C02+Fe ↔ FeO+CO 2C02+Si ↔ Si02+2C0 C02+Mn ↔ MnO+CO

由于氧化作用而生成的FeO能大量溶于熔池金属中，使焊缝金属产生气孔及夹渣等缺陷。其次，锰、硅等合金元素氧化生成MnO与SiO2，虽然可成为熔渣浮到熔池表面，但却减少了焊缝金属中这些合金元素的含量，使焊缝金属的机械性能降低。

碳被氧化生成的CO气体会增大金属飞溅，并且可能在焊缝金属中生成气孔。另外，碳的大量烧损也降低焊缝金属的机械性能。 因而在C02气体保护焊时，为了防止大量生成FeO和合金元素的烧损，避免焊缝金属产生气孔和降低机械性能，通常要在焊丝中加入足够数量的脱氧元素。焊丝的化学成分如表1—1。

目前焊丝中常用的脱氧元素是Si和Mn元素。由于Si和Mn与氧的

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亲合力比Fe强，首先被氧化，从而阻止了Fe被大量氧化。硅和锰的氧化物能复合成熔点低、密度小的硅酸盐MnO.Si02，在熔池中凝聚成大块熔渣而浮出。当焊丝中Si、Mn含量较多时，在完成脱氧任务后，其剩余部分留在焊缝金属中，改善了焊缝金属的机械性能。 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。

§1—2 细丝C02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。在讨论这些因素对焊接过程稳定性影响之前，首先介绍短路过渡的基本概念。 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=ƒ(IH)。

C02气体保护焊的电强静特性如图1—5中D区所示。从图1-5D区可以看出电弧电压，焊接电流和电弧长度三者之间的关系。在保持电

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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

dI、短路电流的峰值Imax和焊接电压恢复速度dV。 dtdtdI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

dt值Imax、以及足够高的焊接电压恢复速度dV。目前常用的焊接电源对

度

dt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

短路过渡过程如图1—6所示。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。

在燃弧阶段中电弧呈短弧，这时焊丝末端金属被加热熔化形成熔滴，由于弧隙小当熔滴尚未长大时，熔滴表面就和熔池相接触，形成液桥。这时电弧瞬间熄灭电弧电压接近为零，而短路电流迅速增长，形成液桥后，在短路电流产生的很大电磁力和液桥与熔池接触处界面张力等的联合作用下，液桥在焊丝末端逐渐形成缩颈，最后液桥在缩颈处断裂而向熔池中过渡。

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这时，焊丝末端和熔池表面间又出现了小间隙。如果电弧电压恢复速度足够快，电弧会重新引燃，完成一次短路过渡周期。如果上述过程有规律地重复进行，焊丝末端金属不断向熔池过渡，就构成了稳定短路过渡焊接过程。 4. 短路过渡频率fDg

每秒钟的短路次数称为短路频率fDg。在焊接过程中，短路频率fDg高达几十次至一百次以上。实践表明，短路频率fDg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fDg可作为评价焊接稳定性的指标。

如图1—6所示，短路过渡周期T是由燃弧时间和短路时间组成。燃弧时间和短路时间短，短路频率fDg高。燃弧时间与电弧电压(或弧长)成正比，与焊接电流成反比，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

dI dt如图1—7所示，在短路过渡的情况下，对于一定直径和成分的焊丝，要使焊接过程稳定地进行，应保持短路电流增长速度适的范围。如果

dI在一个合dtdI合适，焊丝末端的熔滴与熔池接触时，一方面能使dt短路接触点迅速形成合适的接触面积；另一方面将产生较大的电磁力，使液桥迅速形成缩颈，并适时平稳地断裂，完成熔滴过渡。此时，熔滴过渡和电弧过程都很稳定，金属飞溅也少。 如果

dI过小，容易造成焊丝末端插入熔池形成固体短路，出现大dt11

颗粒的金属飞溅。 如果

dI过大， 易造成熔滴与熔池的接触点严重过热而爆断，出dt现许多小颗粒的金属飞溅。

由上面分析可知，短路电流增长速度

dI过大或过小对焊接过程的dt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。

二、短路过渡焊接规范参数对焊接过程稳定性的影响

C02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C02气体流量等。

目前，C02气体保护焊是采用直流反极性，而焊丝直径则根据焊件厚度、施焊位置以及焊接生产率等要求而定。

在短路过渡焊接时，焊接过程稳定性可用短路频率fDg来表示。一般说来短路频率fDg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

采用等速送丝方式时，焊接电流和送丝速度成正比关系，调节送丝速度就是调节焊接电流。因此，送丝速度对短路频率的影响，反映了焊接电流对短路频率的影响。

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在一定工艺条件下，送丝速度对短路频率的影响如图1—8示。可见送丝速度在B点左右，fDg高，焊接过程稳定，焊缝成形良好，金属飞溅少。当送丝速度小时(如A区)，这时焊接电流小，电弧长度大，燃弧时间长，短路频率低。反之，若送丝速度过大(如C区)，则弧长缩短，易使焊丝末端插入熔池造成固体短路，使短路频率降低。 对于不同直径的焊丝，最佳短路频率的送丝速度是不相同的，如图1—9。随着焊丝直径的减小，焊丝的熔化速度加快，短路周期缩短，最佳短路频率以及相应的送丝速度都要增大。 2. 电弧电压的影响

当采用调压式平特性或缓降特性(即增大焊接电流，空载电压不发生变化或略有减小)焊接电源时，可以用空载电压对短路频率的影响来表示电弧电压对短路频率的影响。

在其它工艺规范参数不变条件下，空载电压对短路频率的影响如图1—10所示。对于每一种直径的焊丝，都有一个最佳空载电压值范围，这时短路频率高，焊接过程稳定。

对于不同直径的焊丝，随着焊丝直径的增大，空载电压与短路频率的关系曲线向右移动。这表明在送丝速度不变的情况下，焊丝直径增大后，弧隙也增大，所以空载电压升高，最佳短路频率值降低了。 对于同一种直径的焊丝，增大送丝速度，空载电压与短路频率的关系曲线也向右移动，如图1—11所示。从图1—11中可见，送丝速度增大后，只有采用较高的空载电压，才能获得满意的短路频率。对于不同的送丝速度，即使获得最佳空载电压的匹配，它们的最佳短路频率值也是不同的。

因此，在短路过渡焊接时，不但要十分重视送丝速度(即焊接电流)和空载电压(即电弧电压)的匹配关系，而且要注意送丝速度的选定，

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以便获得较高的短路频率。 3. 直流回路电感值的影响

在固定其它工艺规范条件下，直流回路的电感值对短路频率的影响如图1—12所示。可以看出，电感值也有一个最佳范围。

电感值过小，短路电流增大速度过快，焊接过程不稳定，小颗粒飞溅增多。相反，电感值过大，短路电流增长速度太慢，延长了短路时间，可能产生固体短路而引起大段爆断，使焊接过程不稳定，短路频率下降。

另外，随着空载电压的升高，获得最佳短路频率的电感值增大，并且最大短路频率值降低。 4. 焊丝外伸长度的影响

试验表明，不论焊丝直径的粗细，增大焊丝外伸长度，短路频率就要降低，如图1—1 3所示。这是因为焊丝外伸长度增加以后，焊丝的预热程度加强，预热温度升高，焊丝溶化速度加快，增加了电弧长度和燃弧时间，从而引起了短路频率的下降。 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(图1—14)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，可以根据经验选用一个合适的送丝速度，相应地可以大致确定焊接电流。 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。表1—2是不同直径焊丝的焊接电流和电弧电压的选用范围。

表1—2 不同直径焊丝的焊接电流和电弧电压选用范围 焊丝直径 (毫米) 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6

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焊接电流 (安) 30～70 50～100 70～120 90～200 140～300 电弧电压 (伏) 17～19 18～21 18～22 19～23 24～28 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30米／小时；而在自动焊时,则不应超过90米/小时。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。

LSH=10dS

式中 LSH—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1—3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。

表1-3 不同直径的焊丝可选用的电感值

5. C02气体流量的选定

通常可选用5～15升/分。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。

§1—3 焊缝成形

由于焊缝的截面形状和尺寸对焊缝质量和焊件的使用性能有很大的影响。因此，在焊接生产中，选择并保证焊出合适的焊缝形状和尺寸，往往是焊接工艺试验首先要考虑和解决的问题。 一、焊缝的截面形状和尺寸

焊缝的截面形状和尺寸决定于熔池形状和尺寸。熔池的深度、宽度

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和长度决定了焊缝的深度、宽度和长度(图1—15)。控制了焊接过程中的熔池形状和尺于，也就是控制了焊缝成形。

焊缝的截面形状通常用熔深H、熔宽B和加强高he表示。合理的焊缝截面形状要求上述三种尺寸之间应有恰当的比例。通常用成形系数

C来表示熔深和熔宽之间的关系，即CB。 H成形系数值的确定，应考虑到焊件的结构形式、使用条件以及母材的化学成分和厚度等。

如果成形系数过小，焊缝截面形状窄而深，容易引起焊缝出现气孔和增大生成热裂纹的倾向。另外，若成形系数过小且加强高较大，则焊缝表面凸起，截面过渡不光滑，造成应力集中，焊缝的疲劳强度降低。

但成形系数也不要过大，成形系数过大，焊缝截面形状宽而浅，容易造成未焊透缺陷，影响焊缝的强度，并且对焊缝的输入能量大，焊接变形也将增大。在电弧焊的情况下，最佳的成形系数C应在1.3～2之间。

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如图1—16所示。

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

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焊枪倾角和焊接方向。 (1)焊枪倾角的影响

在短弧焊时，焊枪倾角对焊缝成形尺寸有明显的影响，如图1—17所示。在采用前倾角(图1—18a)焊接时，随着前倾角的增大，焊缝的熔深和加强高减小，而熔宽增大。

相反地，若采用后倾角(图1—18b)焊接，在开始阶段，随着后倾角的增大，焊缝熔深也增大。当后倾角等于20º～30º时，可获得最大熔深。此后，如果再继续增大后倾角，又会引起焊缝熔深和熔宽减小，而加强高增大，使焊缝变窄并凸起，恶化了焊缝成形。 (2)在倾斜焊件上焊接方向的影响

焊接时若焊件放置具有一定的倾斜度，由于熔池中金属受重力的作用，有向下流动的趋势，这时焊接方向不同，对焊缝截面形状尺寸的影响也不一样，如图1—19所示。

采用上坡焊时，熔池内液体金属受到重力和电弧力的作用，会使电弧下方的液体金属层厚度减小，结果使熔深和加强高增大，得到窄而深的焊缝截面形状。

相反地，若采用下坡焊，容易得到熔深较浅而熔宽较大的焊缝截面形状。应当指出，焊件倾斜度如果过大，焊缝容易产生咬边或未焊透等缺陷。

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，

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使熔化的焊丝金属有一部分用于填充间隙，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。

§1—4 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。点焊与C02气体保护焊相比，具有焊件变形小、表面质量高、成本低等优点。但点焊的气密性和水密性差。目前，由于导电密封胶的使用，解决了点焊密性性差的问题，使点焊应用更加广泛。

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1—20)。 1. 点焊电阻

点焊时，电流通过焊件产生的热量由电热定律确定：

QI2Rt

式中 Q—产生的热量J；I—焊接电流A；R—两个电极之间的电阻；t—通电时间s。

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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。

R=R件+R触+R极

焊件电阻R件件决定于材料的电阻系数、焊件的厚度，电极直径和电极压力。电极直径减小，焊件厚度增加，会使焊件电阻R件增大；电极压力升高，电极与焊件接触面积加大，焊件电阻R件减小。 接触电阻主要受到电极压力、材料的导电性能、焊件的表面状态等因素的影响。电极压力升高，焊件表面清洁会使接触电阻减小。由于导体之间的接触面间存在氧化物等脏物，接触电阻远远大于导体本身的电阻。 二、 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，如点焊循环图1—21所示。图a为正常焊接循环；图b为采用锻压力的焊接循环。 (1)预压阶段：电极在预压阶段开始对焊件施加压力，消除焊接件接触面的间隙，使接触面紧密地接触，为焊接作难备。

(2)焊接阶段：焊接阶段是形成熔核的阶段。在这个阶段中，两个电极接触表面之间的金属通过的电流密度很大，被强烈加热，温度迅速升高。而在此以外的金属，由于通过的电流密度小，加热缓慢。而与电极表面相接触的部分金属，由于水冷电极能很快地散热，温度上升也缓慢。点焊时温度分布如图1-22所示。

由上面分析可知，点焊时，只有两个焊件接触面的金属温度能迅速升高，达到熔化温度，形成液态熔核。并且熔核周围的金属同时被加热，达到塑性状态，形成一个塑性金属环。在加热正常的情况下，它紧紧地包围着熔核，使熔化金属不能向外溢出。

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(3)锻压阶段：切断焊接电流后，电极继续对熔核进行挤压，同时熔核冷凝结晶形成焊点。锻压时间决定于金属种类和焊件厚度。焊件厚度越大，锻压时间越长。点焊厚度为1至8毫米的钢焊件时，锻压时间为0.1至2.5秒。锻压时间短，无锻压作用；锻压时间太长，使熔核冷却速度增大，影响焊点的机械性能。

(4)休止阶段：在休止阶段，电极升起，移动焊件，为下一个点的焊接作准备。

以上分析的是典型的点焊循环各个阶段。点焊时，点焊强度决定于熔核尺寸。熔核尺寸随焊件厚度的增加而增大，当焊件厚度t≥0.5毫米，熔核直径近似为：d核=2t+3 并且在电极压力作用下，焊件表面会形成凹陷，合理的凹陷深度一般为(0.1～0.15)t。 二、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。 1. 焊接电流

焊接电流对熔核直径的影响如图1-23所示。当焊接电流超过一定值时，熔核才形成，并且熔核直径随着焊接电流的增加而增大。由于受到电极直径的限制，熔核直径增大到一定程度就不再增大了。 图1-24是焊点强度受焊接电流影响的曲线。在焊接电流小时，没有熔核形成(如A点)，焊点只是在塑性状态下焊接的，焊点强度低且不稳定。当焊接电流值超过曲线B点以后，开始出现熔核直径。增加焊接电流，熔核直径增大，焊点强度提高。当曲线接近C点时，曲线比较平坦，焊点强度相对稳定。因此，点焊时焊接电流应选在曲线C点附近。

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2. 通电时间

通电时间对熔核直径和焊点强度的影响如图1-25和图I-26所示。在熔核形成以后，增加通电时间，熔核直径和焊点强度迅速增大。当通电时间到达曲线C点时，由于焊点温度升高，金属散热加快，熔核直径增长缓慢，焊点强度趋于稳定。如果继续延长通电时间，将引起熔核金属过热，产生强烈的金属飞溅，焊点表面凹陷加深，焊点强度反而下降。因此，在点焊时，通电时间应选择在曲线C点附近。 3. 电极压力

电极压力对焊接有两方面的作用：一是调节焊接区的加热强度；二是决定焊接区塑性变形程度。

点焊时，电极压力首先要保证焊接件接触面紧密接触。否则，接触电阻过大，瞬间产生大量热量，有可能导致焊件烧穿或电极工作表面烧坏。但随着电极压力的升高，接触电阻和电流密度减小，导致焊件加热不足，熔核直径减小，焊点强度下降，如图1-27a所示。 如果在增大电极压力的同时，适当增加焊接电流和通电时间，使焊接区域加热程度保持不变，那么随着电极压力增大，焊点强度会更加稳定，如图1-27b所示。这是因为电极压力的增大，减弱了焊件装配间隙、焊件刚性等因素引起的压力波动对焊接加热程度的影响。 点焊时，电极压力的大小可以根据材料的高温强度、焊件厚度、焊接电流和通电时间等因素选择。材料高温强度越高、焊件厚度越大、焊接规范越强，电极压力应越大。 4. 电极工作表面的尺寸

电极工作表面尺寸直接影响熔核的最大直径和焊点强度。熔核最大直径与电极工作表面直径的关系，可用下式表示：

d核=（0.9～1.4）d极

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式中 d核—熔核的最大直径；d极—电极工作表面直径。

在其它参数不变的情况下，电极工作表面直径过大，会使电流密度减小．焊点强度下降，如图1-28所示。所以，要合理地确定电极工作表面尺寸，并且在焊接过程中，若电极工作表面尺寸因磨损而增大时，必须修整和更换电极。

电极工作表面直径根据焊件厚度和电极形状来选定。当采用平面电极时，焊件厚度t＞0.5毫米，电极工作表面直径d极=2t+3；当采用球面电极时，焊件厚度为1毫米；R极=40～100毫米；焊件厚度为2～3毫米，R极=100～200毫米。 三、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，点焊时必须十分注意。 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。焊接电流可以经过已焊好的焊点(如图l-29所示)或经过焊件偶然接触点分流。分流是焊接质量不稳定的重要原因之一。 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，如点焊1毫米厚的低炭钢，点焊间距不应小于20毫米。对于多排点焊，合理布置焊点位置，使分流达到最小。焊件厚度和焊件数目增多，分流电阻减小，分流增加。因此，焊件厚度越厚、焊件数目越多，点焊间距应越大。合理安排焊接顺序，保证所有的焊点在分流较小的条件下焊接。当所焊焊点周围有已焊好的焊点时，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。

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2. 焊件的装配间隙

一般焊件的装配间隙应不大于0.5～0.3毫米。当焊接尺寸比较小而刚度较大的冲压件时，装配间隙减小到0.1～0.2毫米。否则，装配间隙过大，焊接区很难紧密接触，接触电阻过大，分流严重，焊接困难，焊接质量难以得到保证。

影响装配间隙的因素有焊件冲压、装配精度和焊接过程中焊件产生的变形。采用强规范(短时间、大电流)焊接，采用适当的样板或合理的焊接顺序，以及焊接时牢固可靠地夹紧焊接件，可以保证焊件装配的准确性，减小焊接变形和避免由于电极不同心造成焊件的相互偏移，达到控制焊件装配间隙的目的。 3. 焊件的表面清理

当焊件表面存在氧化物等脏物时，接触电阻必然增大，电流分流增加，严重影响焊点强度。因此，必须对焊件焊点区域内的两个表面进行全部或局部的焊前清理。对于没有氧化皮的冷轧钢板，如果没有生锈，不必进行焊前清理，表面的防锈油膜可以被电极挤出,一般不妨碍点焊。但冲压件如涂有拉延油，焊前必须清理干净。

§1—5 低碳钢的点焊工艺

在车身制造中，多使用低碳冷轧钢板。低碳钢有很好的可焊性，不需要采用特别设备和工艺，用简单的焊接循环就能获得良好的焊点质量。

焊接的主要规范参数可根据焊件厚度选择，如表1—4。 一、低碳钢点焊的基本特点

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质量。电极压力也可以在较大范围内调节。

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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t按公式d极=2t+3公式选定。当电极工作表面直径因磨损超过规定值15～20％时，应修整或更换电极。 二、不同厚度焊件的点焊

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。如果两焊件厚度差别太大，超过1:3时，可将厚板接触的电极直径加大，使厚板方向的散热大于薄板方向，焊点会向薄板方向移动（图1-30所示），在两个焊件之间形成可靠的焊点。 在点焊三个不同厚度焊件时，有两种典型情况：一是中间焊件较厚，如图1-3la所示，焊接规范由薄的焊件厚度决定，同时将焊接电流和焊接时间增大一些；二是中间焊件较薄，如图1—3lb所示，焊接规范由厚板决定，同时将焊接电流和焊接时间减小一些。 三、镀锌钢板的点焊

对于镀锌钢板，由于镀锌层的存在，它的焊接规范与低碳钢相比，所采用的焊接电流比较大、通电时间比较长和电极压力比较高，适用的焊接规范范围也比较窄，电极寿命会明显缩短。

镀锌钢板点焊的规范参数决定于镀锌钢板的厚度和铁—锌合金状态。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，熔核直径减小，如图1-32所示。并且随镀锌层的增加，熔核直径下降的越多。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，如图1—33和图1—34所示，采用的电极压力约比低碳钢

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高20～30％。 四、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。

§1—6 焊接接头

一、焊接接头的基本概念

焊接接头是由焊缝金属、熔合线、热影响区和母材组成的如图l—35所示。熔化焊焊接接头采用高温热源进行局部加热而形成的。由于不均匀的加热使焊接接头存在残余应力，产生焊接变形。焊接接头的残余应力、变形、应力集中和高刚性构成了焊接接头的基本属性。 焊接接头力学性能与母材和焊缝二者之间的强度如何组配有关。焊缝金属强度比母材高的称为高组配，比母材低的称为低组配。采用高组配焊接时，接头的断裂多发生在母材上；采用低组配焊接时，断裂多发生在焊缝金属上。

焊缝金属是由焊接填充材料(如CO2气体保护焊的焊丝)和部分熔化母材熔融形成的。焊接接头的强度即不等同于焊缝金属强度，也不等同于母材的强度，如图1—36所示。

影响焊接接头强度的因素，除焊缝金属强度和母材金属强度外，还有接头的应力集中、残余应力、焊接变形以及焊缝缺陷和接头热影响区的性能，如图1—37所示。

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在设计上，一般采用焊缝金属与母材等强的原则。但在焊接高强度钢和厚度大的构件时，则有可能不采用焊缝金属与母材强度相等的原则，而采用接头强度与母材强度相等的原则，即采用比母材强度低的焊接材料，选定合适的相对厚度，获得与母材等强的焊接接头。 二、焊缝及接头的基本形式 1. 焊缝的基本形式

焊缝是构成焊接接头的主体部分。对接焊缝和角焊缝是焊缝的基本形式。

对接焊缝的应力集中小于角焊缝的应力集中。角焊缝用腰长K表示其大小，通常称K为焊脚尺寸。直角等腰角焊缝的计算高度a=0.7K。其强度按剪应力计算。实验证明，正面角焊缝(与载荷垂直的角焊缝)的强度比侧面角焊缝(与载荷平行的角焊缝)高20～30％。 2．接头的基本形式

焊接接头的基本形式有四种：对接接头、搭接接头、丁字(十字)接头和角接头(如图1—38所示)。其中角接头多用于箱形构件上，由于承载能力低，很少选用。 (1)对接接头

从力学角度看，对接接头是比较理想的接头形式，影响对接接头疲劳强度的因素是焊缝加强高在焊缝与母材过渡处引起的应力集中。削平加强高可有效地提高对接接头的疲劳强度。

在焊接结构上，常见的对接焊缝方向是与载荷方向垂直，但也有与载荷方向成斜角的斜缝对接接头，如图1—39所示，这种接头的焊缝承受较低的正应力。由于焊接技术的发展，焊缝金属强度并不低于母材强度。因此，这种接头一般已不再使用。

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(2)搭接接头

搭接接头的应力分布不均匀，疲劳强度较低，从力学角度看，不是焊接结构的理想接头。但它的焊前准备和装配工作简单（与对接接头比），其横向收缩量也比对接接头小，所以在结构中仍得到广泛的应用。 在车身制造中，薄钢板的接头形式多为搭接接头。接头处经冲压加工后(图1-40)，不但能消除焊件装配误差对焊件的影响，而且能获得良好外观质量。 (3)丁字(十字)接头

丁字(十字)接头是将相互垂直的被连接件用角焊缝连接起来的接头。这种接头是典型的电弧焊接头，能承受各方向的力和力矩。但应避免采用单面角焊缝。丁字(十字)接头在角焊缝的根部和过渡处有很大的应力集中，如1-41a所示。所以，对于重要的丁字(十字)接头必须开坡口或采用深熔焊接法进行焊接，如图1—41b所示。 三、点焊接头

最常用的点焊接头有搭接和加盖板两种形式(图1-42)。点焊接头上的焊点主要承受剪应力。在单排搭接点焊接头中，焊点除承受剪应力外，还承受由偏心力引起的拉应力(图1-43)。在多排点焊接头中，拉应力较小。点焊接头焊点的抗拉能力比抗剪能力低，且焊点在承受拉应力时，焊点周围产生极为严重的应力集中，所以一般应避免焊点承受拉应力。

在多排点焊接头中，各排承受的载荷差别很大，沿外力作用方向，两端焊点受力最大，中间焊点受力最小，如图1—44所示。排数越多，分布越不均匀。因此，点焊接头焊点的排数一般不应多于3排。图1-45是点焊接头的承载能力与焊点排数的关系。

在单排的点焊接头中，应力集中与焊点间距和焊点直径的比值成正

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比，如图1-46所示。减小焊点间距有利于降低应力集中，但焊接电流的分流必将增大，焊点强度下降。如点焊1毫米厚的低碳钢，当焊点间距小于20毫米时，焊点强度明显下降(图1—47)。所以在实际生产中，通常采用多排交叉排列焊点。 四、铆焊联合接头

铆焊联合接头是指在同一个接头上即有铆钉又有焊缝(图1—48)。由于铆接接头的刚度比焊接接头小(图1—49)，所以铆焊联合接头在承受载荷时，铆钉只能承担很小一部分载荷，大部分是由焊缝承担。要求铆钉和焊缝同时按其承载能力来工作是不可能的。因此，这是一个不合理的接头形式。

如果采用焊缝对已有的铆接接头进行加固，焊缝必须按承受全部载荷来计算。在新设计的结构上不应采用这种接头。

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