唐智有 尹雪松 周祥兵 李智阿
奇瑞汽车股份有限公司 安徽省芜湖市 241000
摘 要： 本文简要总结了汽车门盖生产过程中为防止门盖内外板窜动所采取的几种常见的工艺方法，同时对于不同的工艺方法分别从成本、空间布置及局限性等方面进行了比
对，明确了单面点焊应用的广泛前景。另外本文着重从单面点焊的原理、特点及其
分类对单面点焊在实际中的应用进行了论述，同时结合单面点焊在汽车门盖生产调
试过程中所发生的问题及为解决这些问题所取得的经验教训，对后续单面点焊在汽
车门盖生产中的应用提出建议。
关键词：内外板窜动；单面点焊；傀儡焊式单面点焊；凸包方案
1 前言
汽车的四门两盖是汽车车身总成的重要组成部分。它们是汽车车身的外表面开启件，装配后要与周围零件如侧围、翼子板等保持均匀的配合间隙及良好的平度，同时为方便售后维修更换，四门两盖还要达到良好的互换性。因此，对于汽车四门两盖不仅要求较高的表面质量，还必须保证其在生产转运、装配调整和整车使用过程中始终保持良好的尺寸稳定性。基于以上要求，四门两盖在正常的生产组织中除尽量缩短外板件的工序外，还需要在内外板包边完成后采取合理的工艺方法以防止内外板窜动所导致的尺寸变化。
目前汽车生产企业为解决汽车车门内外板窜动问题所采用的工艺方法主要有三种：高频固化、MIG/CO2焊点和单面点焊。高频固化是指利用电磁转换的原理（在门盖折边区域周围布置铜管通以低电压高频率交流电）加热门盖折边局部区域，使折边区域乳胶状折边胶固化，从而提高折边连接强度以防止内外板相互窜动；MIG/CO2焊点是指在门盖折边区内外板连接处添加一定数量的MIG/CO2气体保护焊焊点以增加门盖内外板连接强度的工艺方法；单面点焊是指电极由工件的同一侧向焊接处馈
电，一方面焊接区单侧金属熔化达到了连接目
的，另一方面保证了另一侧良好的表面质量。
下表1为三种不同防窜动工艺方法在成本、空间
布置及局限性等方面的对比。
由上表对比可以知道，单面点焊相对于
其他两种工艺方法，具有成本低、占用空间
小并且可以在现有工位进行更改的优势。由
于汽车门盖包边后的防窜动工艺并不要求较
高的连接强度，仅仅是作为一种包边的补充
工艺，因此，单面点焊作为一种单纯的工艺
补充手段应用于汽车门盖生产工艺具有较为
奇瑞集团广阔的应用前景。
本文主要对单面点焊的原理及特点进行介
绍，同时对单面点焊的分类和生产调试问题进
行了探讨。
2 单面点焊的原理及特点
单面点焊是普通压力电阻点焊的一种特
殊形式，它既满足普通压力电阻点焊的原理要
求，又有自己独特的特点。其焊接原理是通过
焊、地线在板件之间形成电流回路，使板件
溶化形成局部溶核的过程。
2.1 普通压力电阻点焊的基本原理
压力电阻点焊是指焊件组合后通过电极
施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近
区域产生电阻热熔化金属，断电后继续在电极
压力作用下结晶从而形成牢固接头的一种工艺
方法，其整个过程包括预压、焊接、维持、休
止四个阶段。
根据焦耳定律焊接区的电阻总热量[1]：
Q=I2Rt
I为通过焊接区平均电流（电流为时间的
函数，取平均值计算）
R为焊接区总电阻的平均值（电阻同为时
间的函数，本文电阻均为一个焊接周期的平均
值）
t为通电焊接时间（不包括预压、维持、
休止等时间）
如图1所示为普通压力电阻点焊（以两层
板焊接为例）原理示意图
由上述原理示意图可以知道，在焊接区
总电阻主要有接触电阻和焊接件本身电阻组成
（不考虑电极、电缆等焊接设备本身电阻，只
针对焊接区进行研究），因此焊接区总电阻[2]
为：
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3.1 水冷式单面点焊
水冷式单面点焊是指利用循环水冷却焊接电极的一种单面点焊方式。此种类型单面点焊因为涉及到水、电、气三种管路的布置，因此在相应的夹具进行布置相对较为困难，并且即使能够布置于夹具上，则也不便于实现夹具场地的柔性化生产。由此水冷式单面点焊设备通常都参考悬点焊机布置点焊钳的形式进行设计或直接由普通的悬点焊接设备进行改进而成单面点焊设备。如下图5所示为其中一种形式的水冷式单面点焊焊接示 意图。
由图示可以看出，此种水冷式单面点焊的显著特点是在进行焊接时需人工下压焊钳从而产生电极压力。因此，此种形式的单面点焊一方面增加了操作工人的劳动强度，另一方面由于电极压力依靠的是人工输入，所以电极压力的稳定性较差，其经常的结果是焊接质量稳定
性、一致性较差，不利于焊点的质量控制。
3.2 空冷式单面点焊
空冷式单面点焊是指利用自然状态下空气冷却焊接电极的一种单面点焊方式。此种类型单面点焊设备通常是由整形机等汽修设备对参数进行更改后作为单面点焊机使用，如图6所示为此种类型的空冷式单面点焊示意图。因为焊接设备无专用的冷却设施，仅依靠使用过程中空气的冷却，因此为防止电极过热而
无法大批量连续使用，同时因为其电极为一次性电极杆，修磨更换困难、设备一次性投入较大，同时其电极压力同样依靠人员手工输入，因此焊接稳定性同样较差，在实际中应用较少。
3.3 傀儡焊式单面点焊
傀儡焊式单面点焊是指结合傀儡焊的原理将其应用于单面点焊的一种焊接工艺，其焊接工艺为单面点焊，其控制方式为傀儡焊。对于此种类型的傀儡焊接，原则上既可
图1 普通压力电阻点焊原理示意图图2 电流线温度曲线示意图
R1、R5——电极与焊件之间接触电阻 R2、R4——焊件内部电阻R3——焊件之间接触电阻 Fw——电极压力I——焊接电流
a、b、c 为焊接过程的温度曲线d 为电极断面直径
R=R1+R2+R3+R4+R5
其中R1、R3、R5均为接触电阻，R2、R4为焊接件内部电阻。
如图2（1）所示焊接时电流线示意图，如图2（2）所示焊接过程中温度曲线与熔点关系示意图。
2.2 单面点焊的原理特点
单面点焊符合上述的压力电阻点焊的基本原理，均是通过形成电流回路利用电阻热形成焊点，与普通压力电阻点焊不同的是，单面点焊的偶数压力电极均在在同一侧或压力电极只有一个，另一极通过地线（零线）的方式和其配合形成回路。如图3所示为单面点焊的原理示意图。
由以上单面点焊的原理特点和压力电阻点焊的基本原理可以知道，单面点焊的偶数压力电极均在在同一侧或压力电极只有一个，因此单面点焊的熔核相对于普通压力电阻点焊所形成的熔核较为偏心，即其熔核大部分在和压力电极接触的焊接件一侧。由此来看，单面点焊在具备一定连接效果的情况下，与电极非接触的一边具备了普通点焊所不具有的良好的表面质量，因此对于外观类要求较为严格的门盖类零部件来讲，单面点焊具有了无可替代的地位。
需要注意的是，当偶数压力电极在同一侧时在焊接件内部会有至少两种电流流向，如图4（1）所示其中一种电流为无效电流，但当分别与两个压力电极接触的焊接件为两个件（焊接至同一个件）时，可以避
免无效电流的产生，如图4（2）所示；而当压力电极只有一个，另一极通过地线（零线）的方式连接时，同样没有无效电流的产生，如图4（3）所示。因此，在实际的单面点焊应用中，在依据普通的压力电阻点焊基本原理进行工艺设计时，应该充分考虑单面点焊本身所具有的独特的特点，也只有这样，才能更加充分的利用单面点焊所具备的巨大优势。
3 单面点焊的分类
在单面点焊的实际应用中，围绕焊点质量，工艺布置的合理性，单面点焊因此可以分为水冷式、空冷式和傀儡焊式三种。
W
（1）
（2）
表
1 不同形式防窜动工艺方法对比
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图 5 水冷式单面点焊示意图
工装台16
工件17焊18
回水管11
通水电缆7平衡器12悬点焊机13
操作工14接地线15
回水管接头8图 6 空冷式单面点焊示意图
控制面板
单面点焊
地线连接电缆
面存在一定间隙，导致在很短的时间里金属熔融液化、气体受热分解体积急剧膨胀，由此产生爆炸现象。
由以上对于焊接炸点的解释可以知道，
产生焊接炸点的必要因素包括焊接通电瞬间热量过大且过于集中和存在间隙两个方面。结合单面点焊的原理可以知道，在通电瞬间使得热量过大、过于集中的问题主要与接触电阻有关，而存在间隙则主要与包边状态、焊件与电极或焊件与焊件之间配合状态等因素有关。
在实际生产调试过程中，针对影响焊接炸点的两方面因素，主要通过焊接前擦拭焊接件、保持电极端面直径、垂直度、避免包边不实及选择合理焊接压力等手段进行保证。
需要特别说明的是，以上问题的影响因素并不是孤立存在的，而是相互影响的，比如焊接压力不足会导致接触面产生间隙，但同时因为焊接压力的不足同样会导致接触电阻的升高，因此在实际的生产调试过程中应综合考虑这些因素的影响。
4.2 焊接强度（虚焊、弱焊）
虚焊是指焊点未形成熔核，即熔核直径Φ=0；弱焊是指焊点实际熔核直径较理论最小
图3 单面点焊原理示意图
F w ——电极压力 I——焊接电流
以布置空冷结构，也可以布置水冷式结构，但因为傀儡焊的结构特点为一个电极仅对应一个焊点，即一套点焊设备一次仅焊接一个点，因此一个焊接周期完成后其冷却时间较长，使用空气自然冷却同样可以满足大批量连续生产的要求，因此，在实际应用中傀儡焊式单面点焊通常所使用的冷却方式为空 冷式。
结合傀儡焊的应用特点和单面点焊空气冷却的结构类型，傀儡焊式单面点焊中傀儡焊设施通常布置于对应的夹具上，而焊接设备通常采用普通的悬点焊接设备。如图7所示为其中一种应用形式的傀儡焊式单面点焊示 意图。
由上图可以知道，此种类型单面点焊的显著特点是，电极压力是由固定于夹具上的气缸提供，状态稳定，一致性较好。
综合以上类型单面点焊的不同特点，总
结各类型单面点焊优缺点如下表所示：
由于傀儡焊式单面点焊在焊接质量控制、人性化生产方面具备的独特优势，使其在实际生产中受到越来越多的重视，应用的范围也越来越广泛。
4 生产调试问题
由上文可以知道，单面点焊作为压力电阻点焊的一种特殊形式在汽车四门两盖防止内外板窜动问题上具有较为广泛的应用前景。结合单面点焊自身的原理特点并经过实际的问题总结，单面点焊在生产调试中主要存在以下几个问题。
4.1 焊接炸点
焊接炸点是指在焊接通电的一瞬间电极与焊接件之间或焊接件与焊接件之间产生的一种类似爆炸的现象。它的本质是焊接通电的一瞬间因接触面局部热量过大、过于集中且接触
图4 单面点焊电流回路示意图
（1）（2）（3）
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熔核直径小，即Φ＜Φmin 。如表3所示为普通点焊最小熔核直径标准值：
结合上文中关于点焊原理的描述，焊接虚焊弱焊的产生主要原因是焊接热量不足。结合单面点焊的原理特点，在实际生产调试中，主要通过避免分流、合理的焊接参数、保证电极端面直径、焊前表面清理等方面解决焊接虚焊弱焊的问题。
单面点焊通常作为门盖包边的一种补充工艺，其对于焊点强度的要求并不严格，通常要求只要经过一定的调整和应力释放后不开裂即可。
4.3 焊接后外板变形
焊接后外板变形是指在单面点焊接完成后，单面点背面外板处产生鼓包、凸点、压痕等，严重影响了外
表面件的外观质量，外板的变形主要分为热变形和冷变形。其中热变形主要是因为焊接电阻热的影响使得焊件外表面产
生热应力变形；冷变形主要是指由于电极与支撑相互之间挤压导致外板表面的挤压变形。
为了解决变形的问题，除了采用导热性好、硬度较大的材质作支撑及参数调试等工艺手段外，目前较为通用的做法是通过产品自身结构进行有效规避。具体做法是在单面焊点处内板起凸包用以隔绝焊接热量与外板之间的热传导以及内外板之间物理接触（包边时模具在凸包处做避让），有效降低因单面点焊原因导致的外表面变形，如图8所示为凸包方案原理示意图。
5 总结
1、本文重点介绍了单面点焊的基本原理及其特点，并对目前所应用的单面点焊进行了归类总结，同时结合现场的生产调试，就单面点焊在实际生产应用中容易出现的问题进行了探讨；
2、单面点焊作为普通压力点焊的一种特殊形式，既满足普通点焊的原理要求，又有自己的特点；
3、单面点焊焊接形成的焊点熔核具有偏心（靠近电极侧）特性，因此其在具备普通点焊所具备的一定的连接强度（因偏心效应较双
面焊点差）以外，在非电极侧保持较好的表面质量；
4、单面点焊作为门盖包边工艺的一种补充工艺，它对连接强度没有更多严格的要求，但对于焊点表面的外观质量要求很高，因此，单面点焊在汽车门盖生产中具有较为广阔的应用前景。
参考文献：
[1]、[2] 陈祝年编著.《焊接工程师手册》.北
京：机械工业出版社，2002.1.479
图
7 傀儡焊式单面点焊示意图
表
2 不同类型单面点焊优缺点对比
表3 常用零件厚度对应的焊点熔核直径标准
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