2021車身大會 | 梁軍強：多厚度組合鋁合金焊接研究

2021年3月23 -24日，由加斯帕主辦的“2021中國體大會”隆重舉行。本次會議圍繞車輛輕量化、車輛安全法規、車身結構設計、先進車身材料、仿真技術、模塊化車身結構等行業焦點話題展開。并對產業發展提出建議。會議期間，石民集團高級工藝工程師梁俊強發表了“多厚度組合鋁合金焊接研究”的主題演講。

石民集團高級工藝工程師梁俊強

以下為演講實錄:

大家好！我們正在研究鋁合金連接技術，包括焊接技術，冷連接技術和膠合技術。此外，我們還對新技術進行了前瞻性的理論研究。

接下來，我們來談談今天的主題。今天主要講鋁合金MIG焊。前期我們也和供應商、合作伙伴有很多討論，包括我們做調研的時候經常會有一些碰撞。今天，我將與你分享一些好的想法。

今天主要講七種施工方法。首先我們來回顧一下電池盒內部焊接有多難。事實上，鋁合金電池盒的焊接難度很大。難點在于使用型材，型材厚度和截面都不一樣。每個地方的厚度都有很多組合，薄板和厚板，薄板+薄板，底板和橫梁。水冷板和橫梁的厚度差其實很大。當厚度變化很大時，控制焊接中的熱輸入是非常困難的。然后，電池盒產品大，焊道多，焊道長，要求焊道小。基于這一工藝原因，我們提出開發鋁合金施工方法，以及如何很好地解決這一問題。我們對焊接前端進行了研究。

為了完成這一部分，我們與許多供應商建立了良好的互動與合作，并與唐山松下建立了聯合實驗室。你可能聽起來有點困惑。鋁合金焊接我們用DC焊接，但是我們研究了一些交流焊接方法，還有P-MIX焊接法，DC脈沖往復擺動法，精確控制焊接熱輸入和焊縫自適應技術。我們還開發了電池盒焊接的焊接軟件包，以滿足不同的焊接要求，并對5系鋁合金和6系鋁合金做了大量的研究。最后，我們做了一個軟件包。我們對應的工藝范圍相當廣，從0.6 mm到10 mm的厚度，各種組合都能呈現完美的解決方案，這是我們聯合實驗室做出的成果。

1、焊接規范同步擺動技術。我們會遇到薄板和厚板的焊接，然后我們發明了同步擺動。通過大電流和小電流的不同切換，我們考慮了不同的方法，實現了兩塊板都不會有大的質量問題。

我們在厚板上加200安，薄板上加100安，就是這個焊道以前不管怎么焊都是斷的，焊道很難控制。今天使用這種方案可以解決不同的厚度組合，它的咬邊和焊縫破損會變少，這是我們技術的優勢。在這項技術中，我們需要與機器人同步移動。當機器人以弧線擺動時，焊工根據位置發出焊接指令，使動作和指令能很好地配合。

2.SAWP低熱量輸入技術。眾所周知，鋁合金焊接既要保證熔深又要有小的變形。我們要求技術焊接，保證熔深，還有熱輸入大，輸入小。在這里，我們向供應商和實驗室提出這樣一個要求，就是在厚板焊接時，能否用大脈沖打開保險絲產生熔池，使焊道在焊接后得到很好的休息，使焊縫穩定，熔池凝固。所以根據這個理論，我們開發了一種新工藝，叫做SAWP工藝，前面是短路焊接，后面是雙脈沖:AB電流。這種焊接方式的優點是熱量輸入更準確，在焊接斷裂時給予冷卻處理，使其焊道瞬間得到支撐，這種薄板的局部焊接成功率會更高。因為在熱輸入較大時，也保證了高速焊接和熔透，即焊接速度不降低，熱輸入解決了步進輸入控制的問題。可以看到它的融化深度變好了。

3.P-Stitch魚鱗焊技術。我們發現沒有熔透，焊縫沒有強度，但是電池組要求整個焊縫都有熔透。基于這一要求，我們放棄了原有的魚鱗焊接方法，選擇了新的焊接脈沖來增加熱輸入。此處所示的魚鱗構造方法可用于厚度為……的焊接在一個焊接脈沖之后，電弧將在焊接之后停止，然后焊接并冷卻。這樣做的好處是熔池會瞬間被大電流打開，但是熔池會瞬間冷卻。我們研究的部分會和別人不一樣，就是我們可以用魚鱗焊的方法把板的厚度焊到3 mm以下，這在以前是不可能的。這種方法帶來的效果也很明顯。魚鱗焊時焊道中的氣孔很少。因為與鋁合金焊接時溫度很低，里面的氫孔很難溶于其中，所以它的適用性會變得更加廣泛。還有一個作用，它的焊接黑灰很少，因為焊接電流很大。基于這兩部分，提出了它在電池盒中的應用價值。不像以前的自行車焊接，摸起來像雞肋，外觀也不錯，但是沒有穿透力。通過這種方法，我們實現了熱量輸入的極限控制。

4.混合焊接技術。它的方案是基于前面的方案，有兩點不同。前面說魚鱗焊是焊道的一個休息過程，這里的施工方法不讓它休息，就是短路脈沖。我們和以前的施工方法不同的是，我們的焊接脈沖的寬度會很窄，脈沖的電壓會很高，所以瞬間打板就能獲得很大的穿透力。即電弧挺度很高，通過攪拌熔池，熔化深度變得很穩定。還有一個區別。以前常見的焊道是歪的，而我們用P-MIX做的焊道是平的，有的材料中間還有筋。鋁合金碰到筋就會收縮，碰到薄板的地方就會塌陷。為了處理這樣的問題，我們提出了P-MIX解決方案。其優點是外形美觀，更好的電弧控制。當然這種工藝會被廣泛使用，更多的是用在鑄焊上。其實鑄件焊接非常難的地方就是鑄件在焊接的時候容易熔化，所以這里就要求控制好它的精度。這里使用的脈沖是根據數量計算的，可以給1到20個脈沖來控制熱量輸入的精度。這樣焊接過程的溫度控制會更加合理。

具體來說，脈沖部分的波形會更細更高，筋部會瞬間撞擊熔池部分，短路部分會填充鋁合金，提高焊接和熔覆效率。在焊接過程中，焊接標準中經常會寫，如果有筋，你就不要切割，因為它沒有熔深，在這里切割就可以了，而且可以保證焊接的熔深。

5.厚板高速焊接的無飛濺技術。我們將手工焊接方法移植到鋁合金焊接中。焊接厚板時，經常會有許多焊接飛濺。厚板的焊接過程很慢，效率很低，而且焊縫很寬，氣孔很多，焊后會產生裂紋。我們在摸厚板的時候會通過擺動來做，這樣魚鱗紋就會一次次的顯示出來，外觀飛濺毛孔比較小。因為熔池小，熔池的攪拌作用可能沒那么大，但是整個氫氣沉在里面的可能性變小了。所以我們重點研究無飛濺的焊接方案，這是與機器人相互融合的部分。雖然名為無飛濺焊接，但實際上是DC焊接和機器人擺動的方案。

還有就是高速往復擺動。我們做鋁合金的時候發現是10 mm，最大電流沒有穿透。我們做什么呢在同一焊道中反復來回焊接。氣孔少，首要條件是焊接速度要快，零件要焊好才知道。二是充分攪拌焊道，將氣孔攪拌出來。所以我們通過不同的攪拌方法來降低鋁合金的孔隙率。我們直接走高速焊接反復攪拌的研究方向。不同于其他焊接工藝。

6.交流脈沖施工法。我們使用交流焊接來焊接鋁，因為我們所有的鋁合金都是通過DC焊接來焊接的。今天你突然出來說要用交流焊接。沒人能相信。當然有優點，但是適用范圍很窄，但是焊接效果明顯。我們的技術來自阿布……五年前，我們做鋁合金焊接的時候，用的是交流焊接。在DC脈沖的對面有一個小脈沖用于通信。它的優點是什么？交流時直接接正極時焊接能量最大，控制最大能量輸入可使熔池瞬間破碎。我們經常會遇到鋁合金的熔透問題，就是電弧15 mm也不要切割焊縫，電弧15 mm也不要切割，但是溝通后發現，電弧5 mm也有熔透，焊接時通過交流電使熔池破碎，破碎后可以快速焊接，具有焊接深度大，不需要太大的熱輸入，焊接速度更快，不需要反熔透等效果。

如果沒有AC，很容易產生背透裂紋。我們用通訊的時候，背面熔深少，就是熔深小，但是焊接熔深穩定。我們過去的交流技術用在哪里？用于不銹鋼焊接，事實上，鋁交流焊接方法是從該理論演變而來的，使用該方案有許多優點。當然，我們這里還有其他的應用，因為還有很多其他的應用。今天只講了一個很窄的話題，就是為了解決某個特定的環節而想到了這樣的構造方法。當然，當焊接部分要求熔透時，可以采用這種方法，整個焊道都可以完全熔透。

7、1.6mm焊絲高效焊接應用。我們就這個話題和工程師吵了一年左右。我堅持做1.6mm，工程師堅持用1.2mm，因為1.2mm焊接已經很成熟了，1.6mm在業內還沒用。今天說用1.6mm焊絲，做出來的效果很明顯。焊接1.6mm時，產品的變形會特別小，比焊接1.2 mm時減少2/3，焊接1.2mm時，板材會拱起，焊接1.6mm時，板材是平的。現在它的焊接速度將提高50%。剛才說快速焊接可以減少氣孔，這個過程也暗合了氣孔少這樣一個效果。更重要的是，穿透深度更加出色。可以看到1.2mm焊絲的焊接電流基本穩定在180-250，但是如果我們焊接到1.6mm的350，還是很穩定的。我們用的是高端設備，所以焊絲還是很好控制的。

下圖是焊接鑄件。焊接表面非常光亮，沒有氣孔。人家問我，你焊這么一個焊縫要多久？我說大概需要兩秒鐘。結果老師批評我們說你們這么快就能焊接鋁合金了。我說，我不知道。反正只要兩秒鐘。

這里可以看到穿透力差的部分，手指穿透力，但是對于力量來說狀態不好。這里手指穿透太大，會導致燃燒不充分，煙霧比較大。所以我們在做煙的這部分題目，是為了矯正脈沖形狀。我們修正了脈沖寬度比，使電弧燃燒過程更加穩定。在穩定燃弧部分，我們單獨做了一個曲線庫。

我們可以看到兩條不同的焊接曲線。一個是它具有短弧的特點。電弧通常會變得更柔和。在第二種方案中，如果我們使用標準脈沖，我們希望它是高而細的，這將比焊接聲音更尖銳，其脈沖值將增加。所以我們可以在1.6毫米處焊接而不冒煙。我們看到這兩個不同的手指，左邊1.2毫米，右邊1.6毫米。其實滲透深度不算太大，但是毛孔會變少。

最后看煙塵。焊接鋁合金最大的問題是煙塵。我們盡量減少脈沖次數，然后讓濺出的水花少一些，最后讓鎂元素盡量減少。在這里，我們實現了一個更柔和的曲線。整個焊接過程就是電弧被壓縮在焊接保護氣體范圍內，這樣我們可以看到焊接過程是光亮的，焊接過程是比較穩定的。

以上是我們在這方面的一些前瞻性研究。謝謝你。2021年3月23 -24日，由加斯帕主辦的“2021中國體大會”隆重舉行。本次會議圍繞車輛輕量化、車輛安全法規、車身結構設計、先進車身材料、仿真技術、模塊化車身結構等行業焦點話題展開。并對產業發展提出建議。在會議期間……，石民集團高級工藝工程師梁俊強發表了“多厚度組合鋁合金焊接研究”的主題演講。

石民集團高級工藝工程師梁俊強

以下為演講實錄:

大家好！我們正在研究鋁合金連接技術，包括焊接技術，冷連接技術和膠合技術。此外，我們還對新技術進行了前瞻性的理論研究。

接下來，我們來談談今天的主題。今天主要講鋁合金MIG焊。前期我們也和供應商、合作伙伴有很多討論，包括我們做調研的時候經常會有一些碰撞。今天，我將與你分享一些好的想法。

今天主要講七種施工方法。首先我們來回顧一下電池盒內部焊接有多難。事實上，鋁合金電池盒的焊接難度很大。難點在于使用型材，型材厚度和截面都不一樣。每個地方的厚度都有很多組合，薄板和厚板，薄板+薄板，底板和橫梁。水冷板和橫梁的厚度差其實很大。當厚度變化很大時，控制焊接中的熱輸入是非常困難的。然后，電池盒產品大，焊道多，焊道長，要求焊道小。基于這一工藝原因，我們提出開發鋁合金施工方法，以及如何很好地解決這一問題。我們對焊接前端進行了研究。

為了完成這一部分，我們與許多供應商建立了良好的互動與合作，并與唐山松下建立了聯合實驗室。你可能聽起來有點困惑。鋁合金焊接我們用DC焊接，但是我們研究了一些交流焊接方法，還有P-MIX焊接法，DC脈沖往復擺動法，精確控制焊接熱輸入和焊縫自適應技術。我們還開發了電池盒焊接的焊接軟件包，以滿足不同的焊接要求，并對5系鋁合金和6系鋁合金做了大量的研究。最后，我們做了一個軟件包。我們對應的工藝范圍相當廣，從0.6 mm到10 mm的厚度，各種組合都能呈現完美的解決方案，這是我們聯合實驗室做出的成果。

1、焊接規范同步擺動技術。我們會遇到薄板和厚板的焊接，然后我們發明了同步擺動。通過大電流和小電流的不同切換，我們考慮了不同的方法，實現了兩塊板都不會有大的質量問題。

我們在厚板上加200安，薄板上加100安，就是這個焊道以前不管怎么焊都是斷的，焊道很難控制。今天使用這種方案可以解決不同的厚度組合，它的咬邊和焊縫破損會變少，這是我們技術的優勢。在這項技術中，我們需要與機器人同步移動。當機器人以弧線擺動時，焊工根據位置發出焊接指令，使動作和指令能很好地配合。

2.SAWP低熱量輸入技術。眾所周知，鋁合金焊接既要保證熔深又要有小的變形。我們要求技術焊接，保證熔深，還有熱輸入大，輸入小。在這里，我們向供應商和實驗室提出這樣一個要求，就是在厚板焊接時，能否用大脈沖打開保險絲產生熔池，使焊道在焊接后得到很好的休息，使焊縫穩定，熔池凝固。所以根據這個理論，我們開發了一種新工藝，叫做SAWP工藝，前面是短路焊接，后面是雙脈沖:AB電流。這種焊接方式的優點是熱量輸入更準確，在焊接斷裂時給予冷卻處理，使其焊道瞬間得到支撐，這種薄板的局部焊接成功率會更高。因為在熱輸入較大時，也保證了高速焊接和熔透，即焊接速度不降低，熱輸入解決了步進輸入控制的問題。可以看到它的融化深度變好了。

3.P-Stitch魚鱗焊技術。我們發現沒有熔透，焊縫沒有強度，但是電池組要求整個焊縫都有熔透。基于這一要求，我們放棄了原有的魚鱗焊接方法，選擇了新的焊接脈沖來增加熱輸入。此處所示的魚鱗構造方法可用于厚度為……的焊接在一個焊接脈沖之后，電弧將在焊接之后停止，然后焊接并冷卻。這樣做的好處是熔池會瞬間被大電流打開，但是熔池會瞬間冷卻。我們研究的部分會和別人不一樣，就是我們可以用魚鱗焊的方法把板的厚度焊到3 mm以下，這在以前是不可能的。這種方法帶來的效果也很明顯。魚鱗焊時焊道中的氣孔很少。因為與鋁合金焊接時溫度很低，里面的氫孔很難溶于其中，所以它的適用性會變得更加廣泛。還有一個作用，它的焊接黑灰很少，因為焊接電流很大。基于這兩部分，提出了它在電池盒中的應用價值。不像以前的自行車焊接，摸起來像雞肋，外觀也不錯，但是沒有穿透力。通過這種方法，我們實現了熱量輸入的極限控制。

4.混合焊接技術。它的方案是基于前面的方案，有兩點不同。前面說魚鱗焊是焊道的一個休息過程，這里的施工方法不讓它休息，就是短路脈沖。我們和以前的施工方法不同的是，我們的焊接脈沖的寬度會很窄，脈沖的電壓會很高，所以瞬間打板就能獲得很大的穿透力。即電弧挺度很高，通過攪拌熔池，熔化深度變得很穩定。還有一個區別。以前常見的焊道是歪的，而我們用P-MIX做的焊道是平的，有的材料中間還有筋。鋁合金碰到筋就會收縮，碰到薄板的地方就會塌陷。為了處理這樣的問題，我們提出了P-MIX解決方案。其優點是外形美觀，更好的電弧控制。當然這種工藝會被廣泛使用，更多的是用在鑄焊上。其實鑄件焊接非常難的地方就是鑄件在焊接的時候容易熔化，所以這里就要求控制好它的精度。這里使用的脈沖是根據數量計算的，可以給1到20個脈沖來控制熱量輸入的精度。這樣焊接過程的溫度控制會更加合理。

具體來說，脈沖部分的波形會更細更高，筋部會瞬間撞擊熔池部分，短路部分會填充鋁合金，提高焊接和熔覆效率。在焊接過程中，焊接標準中經常會寫，如果有筋，你就不要切割，因為它沒有熔深，在這里切割就可以了，而且可以保證焊接的熔深。

5.厚板高速焊接的無飛濺技術。我們將手工焊接方法移植到鋁合金焊接中。焊接厚板時，經常會有許多焊接飛濺。厚板的焊接過程很慢，效率很低，而且焊縫很寬，氣孔很多，焊后會產生裂紋。我們在摸厚板的時候會通過擺動來做，這樣魚鱗紋就會一次次的顯示出來，外觀飛濺毛孔比較小。因為熔池小，熔池的攪拌作用可能沒那么大，但是整個氫氣沉在里面的可能性變小了。所以我們重點研究無飛濺的焊接方案，這是與機器人相互融合的部分。雖然名為無飛濺焊接，但實際上是DC焊接和機器人擺動的方案。

還有就是高速往復擺動。我們做鋁合金的時候發現是10 mm，最大電流沒有穿透。我們做什么呢在同一焊道中反復來回焊接。氣孔少，首要條件是焊接速度要快，零件要焊好才知道。二是充分攪拌焊道，將氣孔攪拌出來。所以我們通過不同的攪拌方法來降低鋁合金的孔隙率。我們直接走高速焊接反復攪拌的研究方向。不同于其他焊接工藝。

6.交流脈沖施工法。我們使用交流焊接來焊接鋁，因為我們所有的鋁合金都是通過DC焊接來焊接的。今天你突然出來說要用交流焊接。沒人能相信。當然有優點，但是適用范圍很窄，但是焊接效果明顯。我們的技術來自阿布……五年前，我們做鋁合金焊接的時候，用的是交流焊接。在DC脈沖的對面有一個小脈沖用于通信。它的優點是什么？交流時直接接正極時焊接能量最大，控制最大能量輸入可使熔池瞬間破碎。我們經常會遇到鋁合金的熔透問題，就是電弧15 mm也不要切割焊縫，電弧15 mm也不要切割，但是溝通后發現，電弧5 mm也有熔透，焊接時通過交流電使熔池破碎，破碎后可以快速焊接，具有焊接深度大，不需要太大的熱輸入，焊接速度更快，不需要反熔透等效果。

如果沒有AC，很容易產生背透裂紋。我們用通訊的時候，背面熔深少，就是熔深小，但是焊接熔深穩定。我們過去的交流技術用在哪里？用于不銹鋼焊接，事實上，鋁交流焊接方法是從該理論演變而來的，使用該方案有許多優點。當然，我們這里還有其他的應用，因為還有很多其他的應用。今天只講了一個很窄的話題，就是為了解決某個特定的環節而想到了這樣的構造方法。當然，當焊接部分要求熔透時，可以采用這種方法，整個焊道都可以完全熔透。

7、1.6mm焊絲高效焊接應用。我們就這個話題和工程師吵了一年左右。我堅持做1.6mm，工程師堅持用1.2mm，因為1.2mm焊接已經很成熟了，1.6mm在業內還沒用。今天說用1.6mm焊絲，做出來的效果很明顯。焊接1.6mm時，產品的變形會特別小，比焊接1.2 mm時減少2/3，焊接1.2mm時，板材會拱起，焊接1.6mm時，板材是平的。現在它的焊接速度將提高50%。剛才說快速焊接可以減少氣孔，這個過程也暗合了氣孔少這樣一個效果。更重要的是，穿透深度更加出色。可以看到1.2mm焊絲的焊接電流基本穩定在180-250，但是如果我們焊接到1.6mm的350，還是很穩定的。我們用的是高端設備，所以焊絲還是很好控制的。

下圖是焊接鑄件。焊接表面非常光亮，沒有氣孔。人家問我，你焊這么一個焊縫要多久？我說大概需要兩秒鐘。結果老師批評我們說你們這么快就能焊接鋁合金了。我說，我不知道。反正只要兩秒鐘。

這里可以看到穿透力差的部分，手指穿透力，但是對于力量來說狀態不好。這里手指穿透太大，會導致燃燒不充分，煙霧比較大。所以我們在做煙的這部分題目，是為了矯正脈沖形狀。我們修正了脈沖寬度比，使電弧燃燒過程更加穩定。在穩定燃弧部分，我們單獨做了一個曲線庫。

我們可以看到兩條不同的焊接曲線。一個是它具有短弧的特點。電弧通常會變得更柔和。在第二種方案中，如果我們使用標準脈沖，我們希望它是高而細的，這將比焊接聲音更尖銳，其脈沖值將增加。所以我們可以在1.6毫米處焊接而不冒煙。我們看到這兩個不同的手指，左邊1.2毫米，右邊1.6毫米。其實滲透深度不算太大，但是毛孔會變少。

最后看煙塵。焊接鋁合金最大的問題是煙塵。我們盡量減少脈沖次數，然后讓濺出的水花少一些，最后讓鎂元素盡量減少。在這里，我們實現了一個更柔和的曲線。整個焊接過程就是電弧被壓縮在焊接保護氣體范圍內，這樣我們可以看到焊接過程是光亮的，焊接過程是比較穩定的。

以上是我們在這方面的一些前瞻性研究。謝謝你。

標簽：發現

汽車資訊熱門資訊