李雪海
摘 要：点焊的焊接质量对整车安全性至关重要，文章分析了点焊的常见缺陷模式及其成因，列举了“人工抽检+离线工艺调整”的传统质量检验方式，探讨了“无损检测+在线实时监控”的过程质量能力提升措施。关键词：白车身;电阻点焊;质量评价;无损检测;过程质量控制中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）08-191-03
Abstract： The quality of spot welding is important to the safety of the whole vehicle. This article analyzes the common defects and corresponding causes of spot welding， lists the traditional quality inspection methods of "manual sampling +offline process adjustment"， and discusses "non-destructive testing+online Real-time monitoring" process quality improve -ment measures.Keywords： Body-in-White; Spot welding; Quality evaluation; Non-destructive testing; Process quality controlCLC NO.： U466 document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）08-191-03
前言
電阻点焊是将被焊工件压紧于电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触表面及邻近区域产生的电阻热，将其加热到熔化或塑性状态，形成金属结合的焊接方式[1]，包括预压、通电焊接、维持、休止四个循环过程。
点焊具有速度快、易于实现自动化、成本低廉等优势，大量应用于汽车行业，通常一台白车身包含3000～6000个焊点，因此白车身强度和使用寿命很大程度上取决于焊点质量。随着C-NCAP和C-IASI等碰撞试验法规日趋严格，消费者对车辆安全的要求越来越高，传统点焊质量检验方式制造成本高、效率低、检测不充分的弊端逐步凸显，推动汽车企业建立健全焊接过程质量监控体系，实现焊点质量“无损检验+在线全检+实时监控”模式[2]，本文对该过程质量能力模式进行了初步探讨。
1 点焊常见缺陷模式及原因
焊接是一个热量传导、转化的过程，焊接热量Q=I2Rt，因此点焊质量缺陷大部分可以通过调整焊接时间（t）、焊接电流（I）、电极压力等参数解决。
图1展示了点焊常见的焊接缺陷。最严重的缺陷是漏焊，即应焊未焊、缺少焊点，将会直接影响该区域的连接强度，必须杜绝。可能的原因有：人为操作失误遗忘或者焊错位置、焊接参数设置不当等。
其次是虚焊，工件接触点未获得足够的热量导致没有焊核，这种焊点经凿测检验会脱开。可能原因有：电极头磨损严重、焊接电流过小、板材之间胶水过多等。
第三是焊点压痕深、不平整。通常压痕深度15%以内是正常现象，但对于诸如用户可见的外露焊点，其表面平整度等级要求较高，可以在焊接时加垫铜板来改善表面焊接质量。如果焊点压痕超过30%或者倾斜扭曲，也会判定为焊接缺陷，可能的原因有：电极头不对中、焊枪未与工件垂直、零件匹配差、焊接压力过大、焊接时间太长等。
第四是焊接飞溅，形成的根本原因是塑性环来不及包围熔化的金属而飞出。根据飞溅形成时期是在焊接通电加热的前期还是后期，分为“内部飞溅”和“外部飞溅”，具体形成原因要根据两种不同的飞溅形成机理具体分析[3]。其它焊接缺陷的成因和分析过程类似，不再赘述。
2 传统的点焊质量检验方式
目前汽车企业常用的检验方式主要分为非破坏性检验和破坏性检验。不同的检验方式侧重于不同的质量检验特征，如表1所示。
非破坏性检验首先会用肉眼检查焊点的数量、位置、压痕平整度以及是否有飞溅、焊穿等外观缺陷;随后将待检工件固定在强度检测台上，将凿子置于两块板材中间，从焊点旁5-10mm处凿过，如果焊点未开裂、零件未脱开，说明焊点质量合格，否则判定为不合格。但非破坏性凿测检验也有一定的局限性，针对位置被覆盖不可见焊点、高强度钢焊点以及板材表面有较高平整度要求的焊点，该方法无法实施，会因检测不充分导致安全隐患。
通过每班组4次的抽检，每次检验25%焊点，并保证每把焊枪、每种零件组合、每种焊接参数的焊点至少抽取一点，做到每班组可检验焊点全覆盖，最大程度的发现焊接缺陷。针对不合格焊点，操作人员要做好相关记录，一方面进行前后道质量追溯，避免缺陷产品流出车间;另一方面通知技术人员离线调整工艺参数，从人、机、料、法、环等方面分析缺陷原因、制定整改措施。
破坏性检验通常使用凿子或者冲击钻将焊点强力拉开，然后使用游标卡尺测量焊点熔核直径，通过与理论最小焊核直径对比，评价焊点质量是否合格。金相检验也是一种破坏性检验，将待检焊点从中心切开，并对其磨削抛光，用一种适宜的腐蚀液（比如含2%乙醇的硝酸）使金相组织明显可见，然后用50倍放大镜或者显微镜，观察横磨面，评价焊点内部质量特征，如内部裂纹、焊核直径小，焊点未熔合等缺陷。
破坏性检验虽然能全面、直观的反映焊接质量，但势必会导致白车身报废，成本高昂且检验效率较低，因此整车厂通常只是进行定期抽检（比如每生产10000台白车身破坏性检验1台），辅助非破坏性检验，对焊点质量进行评价。
3 点焊过程质量能力提升
传统的质量控制采用抽样检验方式，也被称为事后质量控制。但质量控制应从源头治理，预防越早越好。因此过程质量监控应运而生，通过实时检测、监控焊接过程并排除质量控制环各环节中导致缺陷的因素，来确保产品质量稳步提升。
从提高检测效率、降低质量检验成本的角度，各车企都在推广超声波无损检测，该方法不破坏焊点原有形状、不改变或不影响其使用性能，因此在车企获得越来越多的关注与发展。具体有两种检验形式：一种是利用超声波检测仪发射一个极短的高频超声波穿透焊点，然后反射回超声波接收器，通过计算波的飞行距离、波峰以及衰减情况可以鉴别焊点的质量状态;另一种是探头涂抹耦合剂后可以直接对焊点内部状态进行无损探伤并成像显示，可以一目了然的判定焊點质量是否合格，如图2所示。
在线实时检测是提升过程质量能力的重要手段，方法之一是动态电阻评估法，专家研究出熔核直径与动态电阻之间存在函数关系，如果能实时监测动态电阻值[4]，就可间接反映焊接质量。
基于该原理，使用UIR（U/I Regulator）自适应技术，也称恒功率反馈系统，在常规焊枪的基础上增加一个质量控制模块，实时检测电极杆两端的焊接电压U、焊接电压I，计算出动态电阻R=U/I;然后动态调整焊接电压和电流并能自动补偿焊接扰动因素的影响（比如电极头磨损、板材匹配差、分流等），以保证良好的焊接质量。目前该系统在提高电极寿命、降低焊接飞溅率方面有显著作用，某车型2018年优化前后焊点飞溅率从60%降低到5%以下。
针对焊接过程中质量数据繁杂、可读性差、无法互通的情况，我司还设计了一种基于物联网技术的焊接过程质量控制系统，能够实时获取焊接过程数据、设备参数及报错更改等信息，利用Power BI大数据智能分析软件，搭建各类分析模型，实现各类焊接数据的关联，可视化、多维度地展示焊接质量状态，并具备智能报警和智能分析等功能，有效降低焊接缺陷率[5]。
这些“无损检测+在线实时监控”模式的探索，将逐步提升汽车行业点焊的过程质量，促进车企优化、完善点焊的质量控制评价体系。
4 结论
电阻点焊在白车身中广泛使用，其质量好坏直接决定了整车安全强度和使用寿命。“人工抽检+离线工艺调整”的传统质量检验方式虽然在过往质量控制评价体系下发挥了很大
作用，但随着自动化、智能制造的程度加深，这些检验方式的局限性逐步凸显。基于“无损检测+在线实时监控”模式的点焊质量控制评价体系值得大范围推广使用。
参考文献
[1] 钱光辉.车身制造中的点焊质量控制[J].现代零部件.2013（3）：79- 81.
[2] 夏裕俊，李永兵，楼铭等.电阻点焊质量监控技术研究进展与分析. 2020，31（1）：100-125.
[3] 曾清林，何深成.浅谈白车身电阻点焊焊接飞溅影响因素及控制预防对策.汽车与驾驶维修 （维修版） 2019，（07），80-81.
[4] 路林，张文林.电阻点焊质量无损检测技术的发展研究[J].焊接技术. 2018，47（12）：1-4.
[5] 李秀峻.基于物联网技术的焊接过程质量能力提升研究[J].上海汽车.2020（2）：43-47.
