摘要：采用鍍鋅板可以有效地提高汽車車身的防腐性能，延長汽車使用壽命，文章針對鍍鋅板點焊過程中焊點粘銅、開焊、飛濺及電極磨損等問題進行了工藝分析。 主要通過進行二次脈沖分析試驗、電極帽材質的更換、循環水系統的改進以及中頻焊設備的引進等方法提升焊接質量。 試驗證明，經過工藝改進可以減少焊點粘銅和飛濺、有效緩解主纜過熱現象以及提高電極使用壽命等。 隨著鍍鋅板在汽車業的廣泛采用，新的點焊工藝也需不斷研究和開發。

汽車車身作為所有零部件的載體， 它的性能直接關系到汽車的使用壽命和碰撞安全。 據有關調查，一輛國產汽車 1 年內就會出現腐蝕斑點，3～4 年就會出現腐蝕穿孔現象 [1] ，尤其是在嚴寒、濕熱和鹽霧等惡劣環境中，腐蝕現象更加明顯。 在國外早已經開始大量使用鍍鋅板來提高車身的耐腐蝕性，延長汽車使用壽命。 鹽霧試驗表明， 鍍鋅板的耐腐蝕時間是普通冷軋鋼板的2～3 倍 [2] 。 近十幾年，自主品牌也逐步開始采用鍍鋅鋼板，并且越來越廣泛地應用在汽車制造業。

1 鍍鋅板焊接存在的問題

（1）焊點參數設定不合理，造成開焊和飛濺；

（2）外觀質量不良，焊點粘銅，電極磨損加速；

（3）焊接設備不能滿足參數設定。

2 鍍鋅板焊接工藝分析及改進舉措

2.1 車身鍍鋅板種類分析

汽車車身用鍍鋅鋼板主要使用熱鍍純鋅鋼板（GI）、電鍍純鋅鋼板（EG）、熱鍍鋅鐵合金鋼板（GA）和電鍍鋅鎳合金鋼板，在我國普遍采用的是 GI。表 1 示出4 種材質鋼板的優缺點對比。

2.2 鍍鋅板焊接參數設定

2.2.1 焊接鍍鋅板電流提升分析

由于鍍鋅鋼板在點焊時需要破壞掉表面的鋅層，同時熔化的鋅層增加了板與板的接觸面積， 因此在設
定焊接參數時， 相對于普通的冷軋鋼板需要提高焊接電流。

首先將 127 組不同板厚的冷軋鋼板組合后， 進行試片撕裂試驗，確定每組的焊接參數，經過試驗得到焊接參數范圍為 6?500～11?000?A。 然后再把每組中的冷軋鋼板用相同厚度的 GI 板替換掉， 進行試片撕裂試驗，確定每組的焊接參數，經過試驗得到的焊接參數范圍為 8?800～12?500?A。

經分析得出： 焊接同等厚度的鍍鋅板與冷軋鋼板，鍍鋅板要比冷軋鋼板電流高，電流提高范圍約為10％～30％。

2.2.2 焊接參數二次脈沖

由于鍍鋅板增加了鋅層，焊接時過高地提升電流，加大了電極帽磨損速度，增加了飛濺程度，因此傳統的單脈沖方式已經不能滿足鍍鋅板焊接， 現在普遍采用多脈沖的焊接方式。 多脈沖原理為第 1 次焊接時預先打破鋅層，第 2 次為鋼板的焊接，這種焊接方式可以減小焊點粘銅及飛濺產生的幾率。

為了確定打破鋅層所需參數， 文章進行了以下試驗：采用相同厚度和材質的鍍鋅試片，將通電時間設定為 0.1?s（5 周波）， 初始電流設定為 3?500?A 并不斷增加，每次電流增加 500?A，經過多次試驗，發現電流在4?000～4?500?A 時鋅層可以被打破，根據此數據可以設定多脈沖焊接參數。

2.3 焊點質量的改善

由于鍍鋅板焊接時需要提升焊接電流及采用二次脈沖的方式，產生了主纜冷卻不良、電極臂過熱及電極帽粘銅等現象。

2.3.1 焊鉗電極帽材質的選用

目前汽車廠常用電極帽材質為鋯鉻銅（在銅里面加入 0.25％的鋯和 0.1％的鉻形成的合金）。 鍍鋅板焊接時， 由于焊接參數較大， 電極與鍍鋅板間產生的熱量高，且鉻鋯銅電極帽耐軟化溫度較低，造成鉻鋯銅電極出現焊接端面軟化。 鍍鋅板中熔化溫度較低的鋅和鉻鋯銅電極發生反應形成鋅銅合金，出現焊點粘銅現象，降低了焊點質量，加速了電極帽的磨損。 由于反應產生的鋅銅合金導熱性及導電性較差，附著在電極帽上時，導致了電極帽導熱性能降低，如果不及時修磨，存在焊點開焊的隱患。

為解決此問題， 目前汽車廠逐步開始采用彌散鋁強化銅材質的電極帽， 這種電極帽是在銅里面加入0.5%或 1.1%的 Al 2 O 3 形成的合金。彌散鋁強化銅因為顆粒結構緊密防止了鋅的穿透，所以與鋅層的反應較少，同時 Al 2 O 3 抗分解性質抵制了液體金屬的侵蝕。在某款汽車的實際應用過程中， 發現采用這種材質的電極帽在一定程度上減輕了點焊時焊點粘銅現象， 但不能從根本上杜絕粘銅。

2.3.2 制定電極帽修磨規范

由于粘銅現象導致了電極帽的磨損加速， 因此需要各個工位根據焊鉗的焊接參數， 分別制定電極帽的
修磨規范。 這樣有助于減輕粘銅現象、電極帽的磨損及飛濺程度。

2.3.3 冷卻不良的改善

懸掛點焊機循環水常用流量為 18?L/min，可以滿足普通冷軋鋼板點焊時焊接設備的冷卻。 由于鍍鋅板焊接時焊接電流及通電時間提升， 此流量不能滿足冷卻需求，出現了主纜過熱現象，不能進行連續生產。 為了改善對焊鉗的冷卻效果，需要對循環水系統進行改造。

改善前：電極臂、輔電纜和主電纜為串聯，即從進水管出來的水依次對電極臂、 輔電纜和主電纜進行冷卻，這種冷卻方式稱為弱水冷，如圖 1a 所示。 從電極臂進入的冷卻水在冷卻過程中溫度會逐步提升， 到主電纜時水溫已經達到一定溫度， 因此對主電纜的冷卻效果較差，出現主電纜過熱現象。

改善后：電極臂與輔電纜串聯，再與主電纜并聯。這樣從進水管出來的水分為 2 路， 一路冷卻電極臂和輔電纜，一路冷卻主電纜，這種冷卻方式稱為強水冷，如圖 1b 所示。 冷卻主電纜與冷卻電極臂的水溫都是初始溫度，有效地緩解了主纜過熱現象。

2.4 焊接設備的選擇

由于工頻焊機具有價格便宜、 耐用和維修方便等優點，且以前汽車車身板材主要以普通冷軋鋼板為主，對焊機性能要求不高，因此工頻焊機被廣泛應用。 目前在汽車廠逐步引入鍍鋅板后，焊接參數需要進行提升，工頻焊機容量不能滿足較大工藝參數的設置， 出現了超負荷運行現象，工頻焊機逐漸顯現出了存在的不足，主要體現在 3 個方面。

（1）焊機單相供電，電網不平衡，對電網沖擊大；

（2）焊接電流波動與飛濺較大；

（3）對電力配置要求較高，且電能轉化率低，耗能高。

在這種情況下， 汽車廠開始引入新的焊接設備——— 中頻焊機。 工頻焊機與中頻焊機原理對比圖，如圖 2 所示。中頻焊接的工作原理為：先將電網三相 50?Hz電整流為高電壓直流，再通過功率逆變器將直流轉換為1?000?Hz 高電壓方波，然后經中頻變壓器將低電壓送至電極。 逆變頻率越高，焊接變壓器尺寸及質量越小。

經分析，中頻焊機相對于工頻焊機具有以下優勢：

（1）功率因數（接近于 1）和電能轉化率高，減少了電源消耗，因此焊接同樣厚度的板材，中頻焊機設定的電流要比工頻焊機設定的電流減少 15%～20%；

（2）三相同時供電，對電網沖擊小，對電力配置要求低；

（3）焊接頻率高（1?000?Hz 或更高），變壓器體積只有工頻變壓器的 1/3，輕便快捷；

（4）與工頻系統相比能更多與更準確地控制焊接參數；

（5）焊接直流輸出，焊機平穩，飛濺小；

（6）焊接通電時間縮短，減少了焊接電流及焊接壓力，提高了電極使用壽命。

3 結論

隨著汽車工業的發展， 鍍鋅板從內覆蓋件到外覆蓋件的制造成為汽車業發展的方向， 會越來越多地被
汽車業所采用，因此需要投入更多的精力去試驗、分析和探討鍍鋅板點焊工藝，提高焊接質量，延長車身壽命。

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