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車身輕量化制造中的焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)工藝改進(jìn)
日期：2024-09-20 13:49
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摘要：
車身輕量化的發(fā)展趨勢(shì)促使許多輕質(zhì)高強(qiáng)鋼被引入到車身制造業(yè)中，新材料的應(yīng)用一方面降低了汽車自重，另一方面也給連接技術(shù)及接頭質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)帶來(lái)了一系列問(wèn)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(wěn)定焊接過(guò)程，提高焊接質(zhì)量，而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)很好地解決了質(zhì)檢中的問(wèn)題。
隨著全球環(huán)境和能源危機(jī)的日益加劇，節(jié)能減排逐漸成為新一代轎車設(shè)計(jì)和制造中面臨的重要問(wèn)題。大量研究表明：燃油消耗的50%是由汽車的重量引起的，當(dāng)整車質(zhì)量減輕10%，汽車的燃油經(jīng)濟(jì)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(shù)是現(xiàn)代汽車技術(shù)發(fā)展的一大主流。
據(jù)一項(xiàng)新近的項(xiàng)目研究表明，使用輕質(zhì)高強(qiáng)材料可以將車身減重25%。目前，高強(qiáng)鋼的使用約占車身總用鋼量的30%左右，而這個(gè)比例還將進(jìn)一步擴(kuò)大。通常來(lái)說(shuō)，把高強(qiáng)度鋼板分為普通高強(qiáng)鋼（HSS）和超級(jí)高強(qiáng)鋼（AHSS）。根據(jù)國(guó)際上對(duì)超輕鋼汽車的研究，把屈服強(qiáng)度在210～550MPa范圍內(nèi)的鋼板稱為高強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度大于550MPa的鋼板稱為超高強(qiáng)度鋼。其中，普通高強(qiáng)度鋼主要包括高強(qiáng)度無(wú)間隙原子鋼（IF）、鋁**鋼（AKDQ)、烘烤硬化鋼（BH）和高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA）；超級(jí)高強(qiáng)度鋼主要包括雙相鋼（DP）、相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP）、馬氏體鋼（MS）等。高強(qiáng)鋼中的BH、IF高強(qiáng)鋼主要用作車門、引擎罩、擋泥板和懸掛件等；DP和TRIP用作內(nèi)板、底板和車輪等；馬氏體鋼（MS）用作保險(xiǎn)杠、門梁等。圖1為各種先進(jìn)高強(qiáng)鋼的延展性和強(qiáng)度特性對(duì)比，由此可見，雙相鋼具有較高的強(qiáng)度和較好的延伸率，已經(jīng)成為車身制造中應(yīng)用前景*廣泛的一種新型材料。
焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)工藝改進(jìn)
高強(qiáng)鋼的焊點(diǎn)由于含有比較多的馬氏體，在性能上會(huì)表現(xiàn)出一定的脆性。使用傳統(tǒng)的鑿檢法進(jìn)行焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)從焊點(diǎn)界面撕裂的情形（如圖4），這就需要對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)，在一定程度上，增加了焊接成本。因此，對(duì)于高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊質(zhì)量檢測(cè)而言，適**用無(wú)損檢測(cè)法。
高強(qiáng)鋼焊點(diǎn)無(wú)損檢測(cè)方法除了在線實(shí)時(shí)采集焊接過(guò)程信號(hào)來(lái)進(jìn)行判斷之外，還有焊后的離線無(wú)損檢測(cè)方法。其中，*常用的是超聲波無(wú)損探傷方法（如圖5），它是利用超聲波在焊點(diǎn)界面反射或穿透點(diǎn)焊熔核時(shí)的聲波衰減程度和回波間隔來(lái)判斷焊點(diǎn)質(zhì)量的好壞。操作者手持探頭，配合耦合劑，探頭緊貼焊點(diǎn)表面，并與工件表面垂直，根據(jù)監(jiān)視器顯示的超聲波曲線波形寬度和幅度等變化，來(lái)判斷焊點(diǎn)質(zhì)量好壞。
1.合格焊點(diǎn)：回波序列的波幅相應(yīng)快速遞減。這是因?yàn)楹负私饘俚木Я］^母材粗大，聲波穿過(guò)時(shí)，能量衰減也大?；夭ǖ拈g隔反映焊點(diǎn)的厚度。
2. 焊核熔深不夠：此時(shí)顯示長(zhǎng)的回波序列。原因是聲波穿過(guò)較少的焊核區(qū)域，聲能衰減相應(yīng)減少。
3.焊核直徑太小：此時(shí)在正常的回波信號(hào)中間會(huì)出現(xiàn)中間波，它是由母材界面引起的反射波，通過(guò)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(shí)必須考慮焊核直徑的緣故。
4. 虛焊：在正常的回波信號(hào)序列后半段，顯示中間缺陷波，同時(shí)回波序列較長(zhǎng)。
5. 漏焊：聲波未能進(jìn)入**層板，回波序列顯示非常多的底波信號(hào)。
6. 過(guò)燒：回波序列顯示只有少量回波。此時(shí)焊核區(qū)域過(guò)大，聲能衰減非常嚴(yán)重。
上海通用公司的超聲波點(diǎn)焊檢測(cè)設(shè)備使用4.5mm直徑高頻(20MHz)探頭，對(duì)高強(qiáng)鋼底板的鑿檢盲區(qū)進(jìn)行超聲波檢測(cè)，配合少量的傳統(tǒng)破壞性檢測(cè)，構(gòu)成嚴(yán)密的三級(jí)檢查體系。根據(jù)產(chǎn)量和抽檢批次，抽取車輛進(jìn)行超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)缺陷后，對(duì)缺陷焊點(diǎn)進(jìn)行破壞性檢測(cè)來(lái)驗(yàn)證檢查結(jié)果。其探測(cè)的焊點(diǎn)占總數(shù)的50%以上，準(zhǔn)確率達(dá)95%以上，在實(shí)際使用中取得了良好的效果。
綜上所述，車身輕量化趨勢(shì)中應(yīng)用的高強(qiáng)鋼組織跟普通低碳鋼不盡相同，傳統(tǒng)的焊接設(shè)備及檢測(cè)方法也逐漸無(wú)法滿足高強(qiáng)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(wěn)定焊接過(guò)程，提高焊接質(zhì)量。在焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法方面，實(shí)時(shí)的電極壓力監(jiān)測(cè)方法和抽樣的超聲波探傷法都能夠很好地解決雙相鋼質(zhì)檢中的問(wèn)題，為雙相鋼的進(jìn)一步推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
隨著全球環(huán)境和能源危機(jī)的日益加劇，節(jié)能減排逐漸成為新一代轎車設(shè)計(jì)和制造中面臨的重要問(wèn)題。大量研究表明：燃油消耗的50%是由汽車的重量引起的，當(dāng)整車質(zhì)量減輕10%，汽車的燃油經(jīng)濟(jì)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(shù)是現(xiàn)代汽車技術(shù)發(fā)展的一大主流。
據(jù)一項(xiàng)新近的項(xiàng)目研究表明，使用輕質(zhì)高強(qiáng)材料可以將車身減重25%。目前，高強(qiáng)鋼的使用約占車身總用鋼量的30%左右，而這個(gè)比例還將進(jìn)一步擴(kuò)大。通常來(lái)說(shuō)，把高強(qiáng)度鋼板分為普通高強(qiáng)鋼（HSS）和超級(jí)高強(qiáng)鋼（AHSS）。根據(jù)國(guó)際上對(duì)超輕鋼汽車的研究，把屈服強(qiáng)度在210～550MPa范圍內(nèi)的鋼板稱為高強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度大于550MPa的鋼板稱為超高強(qiáng)度鋼。其中，普通高強(qiáng)度鋼主要包括高強(qiáng)度無(wú)間隙原子鋼（IF）、鋁**鋼（AKDQ)、烘烤硬化鋼（BH）和高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA）；超級(jí)高強(qiáng)度鋼主要包括雙相鋼（DP）、相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP）、馬氏體鋼（MS）等。高強(qiáng)鋼中的BH、IF高強(qiáng)鋼主要用作車門、引擎罩、擋泥板和懸掛件等；DP和TRIP用作內(nèi)板、底板和車輪等；馬氏體鋼（MS）用作保險(xiǎn)杠、門梁等。圖1為各種先進(jìn)高強(qiáng)鋼的延展性和強(qiáng)度特性對(duì)比，由此可見，雙相鋼具有較高的強(qiáng)度和較好的延伸率，已經(jīng)成為車身制造中應(yīng)用前景*廣泛的一種新型材料。
焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)工藝改進(jìn)
高強(qiáng)鋼的焊點(diǎn)由于含有比較多的馬氏體，在性能上會(huì)表現(xiàn)出一定的脆性。使用傳統(tǒng)的鑿檢法進(jìn)行焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)從焊點(diǎn)界面撕裂的情形（如圖4），這就需要對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)，在一定程度上，增加了焊接成本。因此，對(duì)于高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊質(zhì)量檢測(cè)而言，適**用無(wú)損檢測(cè)法。
高強(qiáng)鋼焊點(diǎn)無(wú)損檢測(cè)方法除了在線實(shí)時(shí)采集焊接過(guò)程信號(hào)來(lái)進(jìn)行判斷之外，還有焊后的離線無(wú)損檢測(cè)方法。其中，*常用的是超聲波無(wú)損探傷方法（如圖5），它是利用超聲波在焊點(diǎn)界面反射或穿透點(diǎn)焊熔核時(shí)的聲波衰減程度和回波間隔來(lái)判斷焊點(diǎn)質(zhì)量的好壞。操作者手持探頭，配合耦合劑，探頭緊貼焊點(diǎn)表面，并與工件表面垂直，根據(jù)監(jiān)視器顯示的超聲波曲線波形寬度和幅度等變化，來(lái)判斷焊點(diǎn)質(zhì)量好壞。
1.合格焊點(diǎn)：回波序列的波幅相應(yīng)快速遞減。這是因?yàn)楹负私饘俚木Я］^母材粗大，聲波穿過(guò)時(shí)，能量衰減也大?；夭ǖ拈g隔反映焊點(diǎn)的厚度。
2. 焊核熔深不夠：此時(shí)顯示長(zhǎng)的回波序列。原因是聲波穿過(guò)較少的焊核區(qū)域，聲能衰減相應(yīng)減少。
3.焊核直徑太小：此時(shí)在正常的回波信號(hào)中間會(huì)出現(xiàn)中間波，它是由母材界面引起的反射波，通過(guò)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(shí)必須考慮焊核直徑的緣故。
4. 虛焊：在正常的回波信號(hào)序列后半段，顯示中間缺陷波，同時(shí)回波序列較長(zhǎng)。
5. 漏焊：聲波未能進(jìn)入**層板，回波序列顯示非常多的底波信號(hào)。
6. 過(guò)燒：回波序列顯示只有少量回波。此時(shí)焊核區(qū)域過(guò)大，聲能衰減非常嚴(yán)重。
上海通用公司的超聲波點(diǎn)焊檢測(cè)設(shè)備使用4.5mm直徑高頻(20MHz)探頭，對(duì)高強(qiáng)鋼底板的鑿檢盲區(qū)進(jìn)行超聲波檢測(cè)，配合少量的傳統(tǒng)破壞性檢測(cè)，構(gòu)成嚴(yán)密的三級(jí)檢查體系。根據(jù)產(chǎn)量和抽檢批次，抽取車輛進(jìn)行超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)缺陷后，對(duì)缺陷焊點(diǎn)進(jìn)行破壞性檢測(cè)來(lái)驗(yàn)證檢查結(jié)果。其探測(cè)的焊點(diǎn)占總數(shù)的50%以上，準(zhǔn)確率達(dá)95%以上，在實(shí)際使用中取得了良好的效果。
綜上所述，車身輕量化趨勢(shì)中應(yīng)用的高強(qiáng)鋼組織跟普通低碳鋼不盡相同，傳統(tǒng)的焊接設(shè)備及檢測(cè)方法也逐漸無(wú)法滿足高強(qiáng)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(wěn)定焊接過(guò)程，提高焊接質(zhì)量。在焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法方面，實(shí)時(shí)的電極壓力監(jiān)測(cè)方法和抽樣的超聲波探傷法都能夠很好地解決雙相鋼質(zhì)檢中的問(wèn)題，為雙相鋼的進(jìn)一步推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
