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車身輕量化制造中的焊點質量檢測工藝改進
日期：2025-05-01 12:59
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摘要：
車身輕量化的發展趨勢促使許多輕質高強鋼被引入到車身制造業中，新材料的應用一方面降低了汽車自重，另一方面也給連接技術及接頭質量檢測技術帶來了一系列問題。使用新型的伺服焊槍和中頻逆變直流控制器能夠很好的穩定焊接過程，提高焊接質量，而無損檢測技術很好地解決了質檢中的問題。
隨著全球環境和能源危機的日益加劇，節能減排逐漸成為新一代轎車設計和制造中面臨的重要問題。大量研究表明：燃油消耗的50%是由汽車的重量引起的，當整車質量減輕10%，汽車的燃油經濟性可提高3.8%，CO2排放量減少4.5%。因此，減少汽車自身重量是降低燃油消耗的*有效措施。車身的輕量化技術是現代汽車技術發展的一大主流。
據一項新近的項目研究表明，使用輕質高強材料可以將車身減重25%。目前，高強鋼的使用約占車身總用鋼量的30%左右，而這個比例還將進一步擴大。通常來說，把高強度鋼板分為普通高強鋼（HSS）和超級高強鋼（AHSS）。根據國際上對超輕鋼汽車的研究，把屈服強度在210～550MPa范圍內的鋼板稱為高強度鋼，屈服強度大于550MPa的鋼板稱為超高強度鋼。其中，普通高強度鋼主要包括高強度無間隙原子鋼（IF）、鋁**鋼（AKDQ)、烘烤硬化鋼（BH）和高強度低合金鋼（HSLA）；超級高強度鋼主要包括雙相鋼（DP）、相變誘發塑性鋼（TRIP）、馬氏體鋼（MS）等。高強鋼中的BH、IF高強鋼主要用作車門、引擎罩、擋泥板和懸掛件等；DP和TRIP用作內板、底板和車輪等；馬氏體鋼（MS）用作保險杠、門梁等。圖1為各種先進高強鋼的延展性和強度特性對比，由此可見，雙相鋼具有較高的強度和較好的延伸率，已經成為車身制造中應用前景*廣泛的一種新型材料。
焊點質量檢測工藝改進
高強鋼的焊點由于含有比較多的馬氏體，在性能上會表現出一定的脆性。使用傳統的鑿檢法進行焊點質量檢測時，會出現從焊點界面撕裂的情形（如圖4），這就需要對焊點進行修補，在一定程度上，增加了焊接成本。因此，對于高強鋼點焊質量檢測而言，適**用無損檢測法。
高強鋼焊點無損檢測方法除了在線實時采集焊接過程信號來進行判斷之外，還有焊后的離線無損檢測方法。其中，*常用的是超聲波無損探傷方法（如圖5），它是利用超聲波在焊點界面反射或穿透點焊熔核時的聲波衰減程度和回波間隔來判斷焊點質量的好壞。操作者手持探頭，配合耦合劑，探頭緊貼焊點表面，并與工件表面垂直，根據監視器顯示的超聲波曲線波形寬度和幅度等變化，來判斷焊點質量好壞。
1.合格焊點：回波序列的波幅相應快速遞減。這是因為焊核金屬的晶粒較母材粗大，聲波穿過時，能量衰減也大。回波的間隔反映焊點的厚度。
2. 焊核熔深不夠：此時顯示長的回波序列。原因是聲波穿過較少的焊核區域，聲能衰減相應減少。
3.焊核直徑太小：此時在正常的回波信號中間會出現中間波，它是由母材界面引起的反射波，通過它能鑒別焊核直徑是否小于聲束直徑，這就是為什么在選擇探頭直徑時必須考慮焊核直徑的緣故。
4. 虛焊：在正常的回波信號序列后半段，顯示中間缺陷波，同時回波序列較長。
5. 漏焊：聲波未能進入**層板，回波序列顯示非常多的底波信號。
6. 過燒：回波序列顯示只有少量回波。此時焊核區域過大，聲能衰減非常嚴重。
上海通用公司的超聲波點焊檢測設備使用4.5mm直徑高頻(20MHz)探頭，對高強鋼底板的鑿檢盲區進行超聲波檢測，配合少量的傳統破壞性檢測，構成嚴密的三級檢查體系。根據產量和抽檢批次，抽取車輛進行超聲波探傷，發現缺陷后，對缺陷焊點進行破壞性檢測來驗證檢查結果。其探測的焊點占總數的50%以上，準確率達95%以上，在實際使用中取得了良好的效果。
綜上所述，車身輕量化趨勢中應用的高強鋼組織跟普通低碳鋼不盡相同，傳統的焊接設備及檢測方法也逐漸無法滿足高強鋼的焊接要求。以雙相鋼為例，使用新型的伺服焊槍和中頻逆變直流控制器能夠很好的穩定焊接過程，提高焊接質量。在焊點質量檢測方法方面，實時的電極壓力監測方法和抽樣的超聲波探傷法都能夠很好地解決雙相鋼質檢中的問題，為雙相鋼的進一步推廣應用奠定了基礎。
隨著全球環境和能源危機的日益加劇，節能減排逐漸成為新一代轎車設計和制造中面臨的重要問題。大量研究表明：燃油消耗的50%是由汽車的重量引起的，當整車質量減輕10%，汽車的燃油經濟性可提高3.8%，CO2排放量減少4.5%。因此，減少汽車自身重量是降低燃油消耗的*有效措施。車身的輕量化技術是現代汽車技術發展的一大主流。
據一項新近的項目研究表明，使用輕質高強材料可以將車身減重25%。目前，高強鋼的使用約占車身總用鋼量的30%左右，而這個比例還將進一步擴大。通常來說，把高強度鋼板分為普通高強鋼（HSS）和超級高強鋼（AHSS）。根據國際上對超輕鋼汽車的研究，把屈服強度在210～550MPa范圍內的鋼板稱為高強度鋼，屈服強度大于550MPa的鋼板稱為超高強度鋼。其中，普通高強度鋼主要包括高強度無間隙原子鋼（IF）、鋁**鋼（AKDQ)、烘烤硬化鋼（BH）和高強度低合金鋼（HSLA）；超級高強度鋼主要包括雙相鋼（DP）、相變誘發塑性鋼（TRIP）、馬氏體鋼（MS）等。高強鋼中的BH、IF高強鋼主要用作車門、引擎罩、擋泥板和懸掛件等；DP和TRIP用作內板、底板和車輪等；馬氏體鋼（MS）用作保險杠、門梁等。圖1為各種先進高強鋼的延展性和強度特性對比，由此可見，雙相鋼具有較高的強度和較好的延伸率，已經成為車身制造中應用前景*廣泛的一種新型材料。
焊點質量檢測工藝改進
高強鋼的焊點由于含有比較多的馬氏體，在性能上會表現出一定的脆性。使用傳統的鑿檢法進行焊點質量檢測時，會出現從焊點界面撕裂的情形（如圖4），這就需要對焊點進行修補，在一定程度上，增加了焊接成本。因此，對于高強鋼點焊質量檢測而言，適**用無損檢測法。
高強鋼焊點無損檢測方法除了在線實時采集焊接過程信號來進行判斷之外，還有焊后的離線無損檢測方法。其中，*常用的是超聲波無損探傷方法（如圖5），它是利用超聲波在焊點界面反射或穿透點焊熔核時的聲波衰減程度和回波間隔來判斷焊點質量的好壞。操作者手持探頭，配合耦合劑，探頭緊貼焊點表面，并與工件表面垂直，根據監視器顯示的超聲波曲線波形寬度和幅度等變化，來判斷焊點質量好壞。
1.合格焊點：回波序列的波幅相應快速遞減。這是因為焊核金屬的晶粒較母材粗大，聲波穿過時，能量衰減也大。回波的間隔反映焊點的厚度。
2. 焊核熔深不夠：此時顯示長的回波序列。原因是聲波穿過較少的焊核區域，聲能衰減相應減少。
3.焊核直徑太小：此時在正常的回波信號中間會出現中間波，它是由母材界面引起的反射波，通過它能鑒別焊核直徑是否小于聲束直徑，這就是為什么在選擇探頭直徑時必須考慮焊核直徑的緣故。
4. 虛焊：在正常的回波信號序列后半段，顯示中間缺陷波，同時回波序列較長。
5. 漏焊：聲波未能進入**層板，回波序列顯示非常多的底波信號。
6. 過燒：回波序列顯示只有少量回波。此時焊核區域過大，聲能衰減非常嚴重。
上海通用公司的超聲波點焊檢測設備使用4.5mm直徑高頻(20MHz)探頭，對高強鋼底板的鑿檢盲區進行超聲波檢測，配合少量的傳統破壞性檢測，構成嚴密的三級檢查體系。根據產量和抽檢批次，抽取車輛進行超聲波探傷，發現缺陷后，對缺陷焊點進行破壞性檢測來驗證檢查結果。其探測的焊點占總數的50%以上，準確率達95%以上，在實際使用中取得了良好的效果。
綜上所述，車身輕量化趨勢中應用的高強鋼組織跟普通低碳鋼不盡相同，傳統的焊接設備及檢測方法也逐漸無法滿足高強鋼的焊接要求。以雙相鋼為例，使用新型的伺服焊槍和中頻逆變直流控制器能夠很好的穩定焊接過程，提高焊接質量。在焊點質量檢測方法方面，實時的電極壓力監測方法和抽樣的超聲波探傷法都能夠很好地解決雙相鋼質檢中的問題，為雙相鋼的進一步推廣應用奠定了基礎。
