铝合金框架车身弧焊焊接应力变形的控制

发表时间：2020-06-22T01:27:28.982Z 来源：《中国科技人才》2020年第4期 作者： 毛庆祝1 毛庆业2

[导读] 本文主要分析了铝合金框架车身弧焊焊接变形产生的原因，并针对如何有效控制焊接应力变形提出了控制措施。中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东省青岛市 266000

摘要：本文主要分析了铝合金框架车身弧焊焊接变形产生的原因，并针对如何有效控制焊接应力变形提出了控制措施。 关键词：铝合金点焊；电极烧损；涂层 引言

在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接过程中产生焊接应力和变形的根本原因，是不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比热容不同的组织。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，所产生的应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在以铝合金型材为主的铝合金框架车身的焊接过程中，由于焊接应力与变形引起的焊件形状和尺寸变化，带来产品的连接质量、几何尺寸精度、功能以及生产效率造成的影响比其他行业要大的多，因此，焊接应力变形是车身及其零部件设计和制造中需要重点考虑的问题。 1形成原因

焊接应力变形，是由多种因素交互作用形成。在不考虑外部约束的情况下，焊接应力变形产生的机理可表述为：焊接热源引起材料不均匀的局部热过程，局部加热使焊接区域形成熔池，而熔池周边的高温区材料热膨胀受到周围材料的，产生不均匀的压缩塑性变形。冷却过程中，已发生压缩塑性变形的这部分材料，受到周围材料的约束，不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸和卸载。与此同时，熔池凝固收缩时也产生相应的应力与变形；厚度方向的内部相比表面的冷却慢，或经过多次的焊接热过程，形成的残余应力与变形。焊接应力的分布和大小受焊接方法、工艺参数、焊接结构、焊接材料、约束条件、焊接前后处理等因素的影响而变化。 2铝合金框架车身弧焊焊接应力变形的控制 2.1铝合金白车身激光焊接应用情况

目前市场上的铝合金车身主要连接方式有自冲铆接（SPR）、热融直钻（FDS）、铝点焊、激光焊接等，激光焊接主要应用于白车身的顶盖、侧围、门盖等区域，以某款车型为例，对于白车身来讲，这些区域对于外观质量要求较高，因此更需要我们对其焊接外观质量进行严格控制。

2.4通过焊后保压冷却控制

焊接结束后，利用夹具上的铜支撑和自然风冷，将工件冷却到环境温度+20℃范围内，通过夹具上各控制点的温度传感器检测到板件温度符合夹具打开要求后，打开夹具。根据项目实际经验，车身骨架总成单工位工时会增加60～90s（随环境温度变化），车身下部总成增加30～45s，二级分总成（前舱总成、前地板总成、后地板总成及侧围总成）增加60～90s，其他三级小总成增加10～30s。实际项目经验表明，该措施有明显地提升尺寸稳定性的效果（每个工位的保压冷却时间需要详细的试验得出最佳参数）。验证方法：使用焊后保压冷却法和不使用焊后保压冷却的零件进行三坐标测量数据对比，样本数建议每组4件，共五组。 2.5电极带式铝点焊

奥地利伏能士（Fronius）公司研发的电极带式铝点焊（DeltaSpot），将传统点焊的电极帽改为电极带，增大焊接电阻，有效提升了焊接过程中的电阻热量，帮助铝合金板材的熔化及焊点的形成。如图4所示。焊接时电极压住电极带接触工件进行焊接，当一个焊点完成后，电极带自动转到下一个位置，以电极带保证工艺的稳定性。电极带的使用不仅可用来保护电极，还可以根据不同的材料选用不同电阻性能的电极带，以增加焊缝热量的输入，从而达到增加核心直径的目的。上、下电极选用不同的电极带，可以实现电极两端的热平衡，可应用于厚薄不均的多层板、钢和铝异种材料的连接等。电极带式铝点焊的优势如下：1）每个焊点均可达到100%的重复精度，每个焊点都使用全新的有效电极。2）焊接表面无飞溅，尤其是在焊接铝板时，电极带的涂层能够优化与铝材的接触，避免了飞溅及由此造成的部件损坏。3）不需要修模设备，不需要频繁更换修模电极或更换电极帽，生产的连续性可以保证。4）节约能源，由电极带增加的电阻可以减少大约50%的电流需求。

结语

综上所述，在铝合金框架式车身的焊接过程中出现焊接应力与焊接变形是无法避免的，但可以焊接工艺优化的设计、焊接工装约束点的优化、焊后保压冷却、零部件预补偿等措施进行控制。通过对焊接变形的控制，可提高轻量化车身的制造过程一致性、产品质量的一致性和精细化，并使得铝合金框架式车身弧焊过程实现自动化成为可能。 参考文献：

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