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车身轻量化制造中的焊点质量检测工艺改进
日期：2025-05-01 12:59
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摘要：
车身轻量化的发展趋势促使许多轻质高强钢被引入到车身制造业中，新材料的应用一方面降低了汽车自重，另一方面也给连接技术及接头质量检测技术带来了一系列问题。使用新型的伺服焊枪和中频逆变直流控制器能够很好的稳定焊接过程，提高焊接质量，而无损检测技术很好地解决了质检中的问题。
随着全球环境和能源危机的日益加剧，节能减排逐渐成为新一代轿车设计和制造中面临的重要问题。大量研究表明：燃油消耗的50%是由汽车的重量引起的，当整车质量减轻10%，汽车的燃油经济性可提高3.8%，CO2排放量减少4.5%。因此，减少汽车自身重量是降低燃油消耗的*有效措施。车身的轻量化技术是现代汽车技术发展的一大主流。
据一项新近的项目研究表明，使用轻质高强材料可以将车身减重25%。目前，高强钢的使用约占车身总用钢量的30%左右，而这个比例还将进一步扩大。通常来说，把高强度钢板分为普通高强钢（HSS）和超级高强钢（AHSS）。根据国际上对超轻钢汽车的研究，把屈服强度在210～550MPa范围内的钢板称为高强度钢，屈服强度大于550MPa的钢板称为超高强度钢。其中，普通高强度钢主要包括高强度无间隙原子钢（IF）、铝**钢（AKDQ)、烘烤硬化钢（BH）和高强度低合金钢（HSLA）；超级高强度钢主要包括双相钢（DP）、相变诱发塑性钢（TRIP）、马氏体钢（MS）等。高强钢中的BH、IF高强钢主要用作车门、引擎罩、挡泥板和悬挂件等；DP和TRIP用作内板、底板和车轮等；马氏体钢（MS）用作保险杠、门梁等。图1为各种先进高强钢的延展性和强度特性对比，由此可见，双相钢具有较高的强度和较好的延伸率，已经成为车身制造中应用前景*广泛的一种新型材料。
焊点质量检测工艺改进
高强钢的焊点由于含有比较多的马氏体，在性能上会表现出一定的脆性。使用传统的凿检法进行焊点质量检测时，会出现从焊点界面撕裂的情形（如图4），这就需要对焊点进行修补，在一定程度上，增加了焊接成本。因此，对于高强钢点焊质量检测而言，适**用无损检测法。
高强钢焊点无损检测方法除了在线实时采集焊接过程信号来进行判断之外，还有焊后的离线无损检测方法。其中，*常用的是超声波无损探伤方法（如图5），它是利用超声波在焊点界面反射或穿透点焊熔核时的声波衰减程度和回波间隔来判断焊点质量的好坏。操作者手持探头，配合耦合剂，探头紧贴焊点表面，并与工件表面垂直，根据监视器显示的超声波曲线波形宽度和幅度等变化，来判断焊点质量好坏。
1.合格焊点：回波序列的波幅相应快速递减。这是因为焊核金属的晶粒较母材粗大，声波穿过时，能量衰减也大。回波的间隔反映焊点的厚度。
2. 焊核熔深不够：此时显示长的回波序列。原因是声波穿过较少的焊核区域，声能衰减相应减少。
3.焊核直径太小：此时在正常的回波信号中间会出现中间波，它是由母材界面引起的反射波，通过它能鉴别焊核直径是否小于声束直径，这就是为什么在选择探头直径时必须考虑焊核直径的缘故。
4. 虚焊：在正常的回波信号序列后半段，显示中间缺陷波，同时回波序列较长。
5. 漏焊：声波未能进入**层板，回波序列显示非常多的底波信号。
6. 过烧：回波序列显示只有少量回波。此时焊核区域过大，声能衰减非常严重。
上海通用公司的超声波点焊检测设备使用4.5mm直径高频(20MHz)探头，对高强钢底板的凿检盲区进行超声波检测，配合少量的传统破坏性检测，构成严密的三级检查体系。根据产量和抽检批次，抽取车辆进行超声波探伤，发现缺陷后，对缺陷焊点进行破坏性检测来验证检查结果。其探测的焊点占总数的50%以上，准确率达95%以上，在实际使用中取得了良好的效果。
综上所述，车身轻量化趋势中应用的高强钢组织跟普通低碳钢不尽相同，传统的焊接设备及检测方法也逐渐无法满足高强钢的焊接要求。以双相钢为例，使用新型的伺服焊枪和中频逆变直流控制器能够很好的稳定焊接过程，提高焊接质量。在焊点质量检测方法方面，实时的电极压力监测方法和抽样的超声波探伤法都能够很好地解决双相钢质检中的问题，为双相钢的进一步推广应用奠定了基础。
随着全球环境和能源危机的日益加剧，节能减排逐渐成为新一代轿车设计和制造中面临的重要问题。大量研究表明：燃油消耗的50%是由汽车的重量引起的，当整车质量减轻10%，汽车的燃油经济性可提高3.8%，CO2排放量减少4.5%。因此，减少汽车自身重量是降低燃油消耗的*有效措施。车身的轻量化技术是现代汽车技术发展的一大主流。
据一项新近的项目研究表明，使用轻质高强材料可以将车身减重25%。目前，高强钢的使用约占车身总用钢量的30%左右，而这个比例还将进一步扩大。通常来说，把高强度钢板分为普通高强钢（HSS）和超级高强钢（AHSS）。根据国际上对超轻钢汽车的研究，把屈服强度在210～550MPa范围内的钢板称为高强度钢，屈服强度大于550MPa的钢板称为超高强度钢。其中，普通高强度钢主要包括高强度无间隙原子钢（IF）、铝**钢（AKDQ)、烘烤硬化钢（BH）和高强度低合金钢（HSLA）；超级高强度钢主要包括双相钢（DP）、相变诱发塑性钢（TRIP）、马氏体钢（MS）等。高强钢中的BH、IF高强钢主要用作车门、引擎罩、挡泥板和悬挂件等；DP和TRIP用作内板、底板和车轮等；马氏体钢（MS）用作保险杠、门梁等。图1为各种先进高强钢的延展性和强度特性对比，由此可见，双相钢具有较高的强度和较好的延伸率，已经成为车身制造中应用前景*广泛的一种新型材料。
焊点质量检测工艺改进
高强钢的焊点由于含有比较多的马氏体，在性能上会表现出一定的脆性。使用传统的凿检法进行焊点质量检测时，会出现从焊点界面撕裂的情形（如图4），这就需要对焊点进行修补，在一定程度上，增加了焊接成本。因此，对于高强钢点焊质量检测而言，适**用无损检测法。
高强钢焊点无损检测方法除了在线实时采集焊接过程信号来进行判断之外，还有焊后的离线无损检测方法。其中，*常用的是超声波无损探伤方法（如图5），它是利用超声波在焊点界面反射或穿透点焊熔核时的声波衰减程度和回波间隔来判断焊点质量的好坏。操作者手持探头，配合耦合剂，探头紧贴焊点表面，并与工件表面垂直，根据监视器显示的超声波曲线波形宽度和幅度等变化，来判断焊点质量好坏。
1.合格焊点：回波序列的波幅相应快速递减。这是因为焊核金属的晶粒较母材粗大，声波穿过时，能量衰减也大。回波的间隔反映焊点的厚度。
2. 焊核熔深不够：此时显示长的回波序列。原因是声波穿过较少的焊核区域，声能衰减相应减少。
3.焊核直径太小：此时在正常的回波信号中间会出现中间波，它是由母材界面引起的反射波，通过它能鉴别焊核直径是否小于声束直径，这就是为什么在选择探头直径时必须考虑焊核直径的缘故。
4. 虚焊：在正常的回波信号序列后半段，显示中间缺陷波，同时回波序列较长。
5. 漏焊：声波未能进入**层板，回波序列显示非常多的底波信号。
6. 过烧：回波序列显示只有少量回波。此时焊核区域过大，声能衰减非常严重。
上海通用公司的超声波点焊检测设备使用4.5mm直径高频(20MHz)探头，对高强钢底板的凿检盲区进行超声波检测，配合少量的传统破坏性检测，构成严密的三级检查体系。根据产量和抽检批次，抽取车辆进行超声波探伤，发现缺陷后，对缺陷焊点进行破坏性检测来验证检查结果。其探测的焊点占总数的50%以上，准确率达95%以上，在实际使用中取得了良好的效果。
综上所述，车身轻量化趋势中应用的高强钢组织跟普通低碳钢不尽相同，传统的焊接设备及检测方法也逐渐无法满足高强钢的焊接要求。以双相钢为例，使用新型的伺服焊枪和中频逆变直流控制器能够很好的稳定焊接过程，提高焊接质量。在焊点质量检测方法方面，实时的电极压力监测方法和抽样的超声波探伤法都能够很好地解决双相钢质检中的问题，为双相钢的进一步推广应用奠定了基础。
