后桥壳脉冲焊的应用

陈兴国，韦春芳，谢香卫，覃辉翔

（1.柳州五菱汽车工业有限公司，广西 柳州 545007；2.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

后桥壳脉冲焊的应用

陈兴国1，韦春芳1，谢香卫1，覃辉翔2

（1.柳州五菱汽车工业有限公司，广西 柳州 545007；2.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

阐述了脉冲焊的技术关键点，结合我司在后桥新产品开发项目中脉冲焊技术的应用，优化新产品后桥壳的焊接工艺流程，对后桥壳脉冲焊接的应用具有指导意义。

后桥壳；脉冲焊；优化工艺

我司承接某车型后桥新产品开发项目，焊缝熔深要求达到板厚的60%以上，如采用传统工艺，在不开坡口的情况下，焊缝熔深只能保证约50%左右，无法满足质量要求，如提高焊接电流焊接，不仅工件极易烧穿而且因为工件热输入量加大，工件的焊后变形量也会加大，且焊缝热影响区范围也会扩大，严重影响产品质量。在经过大量的工艺试验，最终确定引进脉冲焊工艺方式，用于该车型的纵缝焊接，满足了产品质量要求，同时实现了焊接工艺上的飞跃，达到了降低产品成本的目的。

1 项目技术关键点及创新点

该项目的技术要点在于运用焊接理论，寻找到一种适合于我司产品的焊接工艺方式。经分析，我司该新产品的后桥壳主体板厚为5mm，在焊接工艺上，处于可开或不开坡口焊接范围，若需稳定得到60%的熔深，完全可以通过焊接工艺实现。

在焊接过程中，焊缝的熔深不仅与焊接过程的热输入量有关，还取决于焊接过程中采用的是哪种熔滴过渡方式，理解脉冲焊工艺，首先就需了解焊接过程中焊丝的熔滴过渡的方式。

弧焊过程中，在焊丝(或焊条)端部形成的向熔池过渡的液态金属，叫熔滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程，称为熔滴过渡。弧焊时的熔滴过渡方式共分为短路过渡、滴状自由过渡和喷射过渡三大类：

（1）当焊接参数较小，熔滴在未脱离焊丝端头前就与熔池直接接触，即形成短路过渡，该过渡形式一般被应用于薄板焊接，焊缝熔池较浅，如图1所示。

图1 短路过渡示意图

（2）当焊接参数提高，焊丝端头融化后的金属液体因表面张力大于重力，使熔滴附着于焊丝端头得以慢慢长大，直至熔滴尺寸大于焊丝直径，并且自身重力大于表面张力后，才从焊丝端头脱落进入电弧空间，自由运动一段距离后落入熔池，形成滴状自由过渡。同时，熔滴在落入熔池过程中，除受自身重力影响外，其周围环境其它非惰性分子（如CO2、N2或H2）形成的电磁力致使熔滴并非直落而下的进入熔池，有时甚至导致熔滴运动方向向上，因此形成的焊缝略显不规则，飞溅大，焊缝熔深比短路过渡方式深。我司的CO2保护焊一般即是使用该熔滴过渡方式，如图2所示。

（3）如焊接参数进一步提高，熔滴所受的电弧力会大于焊丝端头融化的金属液体表面张力，使熔滴以喷射状态快速通过电弧空间进入熔池，形成喷射过渡。因熔滴过渡时，熔滴冲击母材，因此喷射过渡能得到最深的焊缝熔深，如图3所示。

图3 喷射过渡示意图

脉冲焊工艺之所以能较传统CO2焊接工艺实现大熔深，源于其在较小电流范围内也能形成焊丝的喷射过渡形式。其基本工作原理是使用脉冲电流迫使焊接过程形成喷射过渡：焊接时，焊接电源会提供一个稳定的维弧电流和一个脉冲峰值电流，如图4所示。维弧电流的作用是维持电弧不熄灭，并使焊丝端头部分溶化，其电流值大大低于产生喷射过渡所需的临界电流；脉冲峰值电流，它在可调的时间间隔内叠加在维弧电流上，其电流值比产生喷射过渡的临界电流高，作用是给熔滴施加一个较大的力促使熔滴过渡。如此两个电流相结合，以高于短路过渡电流所需要的有效电流和低于连续电流喷射过渡电弧所需要的有效电流，即产生具有轴向喷射过渡的稳定电弧，使焊丝熔滴形成喷射过渡，从而在较小热输入量情况下得到更大熔深，并且熔深更易于控制，即工件焊穿与否变得在能够控制范围之内。

图4 脉冲焊焊接波形示意图

2 项目技术原理及工艺流程

2.1 项目技术原理

该项目的原理是：利用脉冲焊焊接工艺形成的喷射熔滴过渡形式，得到高于传统CO2保护焊的焊缝熔深，从而实现后桥壳纵焊缝在免开坡口的情况下，达到焊缝熔深60%以上板厚熔深的质量要求。

2.2 引进脉冲焊前

按照传统工艺，该车型后桥壳的纵焊缝为得到合格的焊缝，必须对工件开设焊缝坡口，如图5所示。

2.3 引进脉冲焊后

引进脉冲焊工艺后，该车型的后桥壳纵缝焊不再需要开坡口工序（在传统工艺上取消上/下半壳开坡口工序），设定焊接参数（如送丝速度、弧长校正、电感参数、焊接速度等），使焊缝一次焊接成型。脉冲焊工艺试焊焊缝质量如图6、图7所示。

图5 传统开坡口焊接工艺

图6 焊缝外观

图7 焊缝尺寸

引进脉冲焊工艺后，该车型的后桥壳纵焊缝在不开坡口情况下，焊缝熔深不仅满足产品质量要求，而且减少了一道生产工序，降低了员工的劳动强度。

3 经济效益简述

采用传统工艺（开坡口工艺）或脉冲焊工艺，关键在于开坡口工艺需配备专门的开坡口专机，而脉冲焊工艺需配备脉冲焊焊机，相同的生产节拍和产量下，成本分析如下：

（1）设备投资成本：前期设备投资脉冲焊工艺设备采购费用高于传统工艺23%。

（2）人工成本：每年脉冲焊工艺人工成本总费用低于传统工艺22%。

（3）运行成本（焊丝、保护气体、刀具损耗等）：每年脉冲焊工艺运行成本总费用低于传统工艺62%。

（4）经济效益汇总分析：经济效益分析如表1所示的汇总表。

表1 经济效益汇总分析

因此，虽然脉冲焊在设备投资初期，会比传统工艺高出23%的费用，但之后的人工成本和运行成本每年约能节省84%的费用。

4 存在的技术问题及改进意见

脉冲焊工艺在免开坡口情况下，具备较传统CO2保护焊更大焊缝熔深的特点，但它对工件配对间隙要求相对较高。根据工艺试验，该车型后桥壳纵焊缝为得到稳定熔深，要求工件间隙稳定保持在0.8mm以下，否则工件极易烧穿，因此，下一步的改进建议如下：

首先，先解决冲压件质量，要求冲压件质量必须满足工艺要求；

其次，通过工装夹具的改进，促使焊接夹具具备冲压件校正功能，以放宽对冲压件质量的要求。

5 结束语

该后桥新产品项目首次在我司范围内，提出使用脉冲焊工艺解决焊缝熔深问题，提高了产品质量同时节省了生产成本，该技术的应用在国内汽车零部件行业属领先地位。

[1]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]刘惟信.汽车车桥设计[M].北京：清华大学出版社，2004.

The Application of Rear Axle Housing Pulse Welding

CHEN Xing-guo1，WEIChun-fang1，XIEXiang-wei1，QIN Hui-xiang2
(1.LiuzhouWulingMotorsCo.，Ltd，Liuzhou Guangxi545007，China；2.SAICGMWuling Automobile Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi545007，China)

The key technical point pulse welding application,combined with our punching welding technology in the bridge after the new product development projectmidvein,axle welding process optimization of new products,and to teach shellpulsewelding application significance.

rearaxle shell；impulsewelding；processoptimization

TG444

B

1672-545X（2014）04-0211-03

2014-01-05

陈兴国（1982—），男，广西柳州人，助理工程师，学士学位，主要研究方向汽车后桥设计；韦春芳（1987—），女，广西南宁人，助理工程师，学士学位，主要研究方向汽车后桥设计及质量管理；谢香卫（1986—），女，广西南宁人，助理工程师，学士学位，主要研究方向汽车后桥设计；覃辉翔（1986—），男，广西南宁人，助理工程师，学士学位，主要研究方向汽车传递系统设计。