上汽通用模具技术分享：汽车覆盖件模具型面修复技术的研究与探索

译者：隋獐毛， 任 政， 马利杰， 赵紫阳书， 吴新鑫， 杨和贝瑞（上海通用型通用型长生电动汽车有限公司）

该文已登载在《铸件锻造》创刊号，著作权归译者大部份，转发请标明原文，非常感谢！

【全文】如前所述对电动汽车外全面覆盖件焊疤印痛点造成分子结构的分析， 搜集化解该痛点的可行性研究计划，通过对照试验和课堂教学校正， 开拓性地提出铸件介科羽硅铜制金属材料复原控制技术。结果显示：此项控制技术在工作效率和产品质量方面均强于现代的铸件介科羽复原控制技术。

关键字：全面覆盖件；铸件；介科羽复原；金属材料

1 结语

电动汽车外全面覆盖件焊疤印痛点是指：剪切模介科羽损坏进行焊补复原后， 在焊补边线所相关联的配件表层造成配色之后仍然由此可见的烙印 （蟹蛛科花1） ， 最后影响轻量化外形产品质量的痛点。电动汽车外全面覆盖件焊疤印不仅会在首度焊补后造成， 即便复原后一般来说在2万冲次内仍会中风。以某年产能30万台主机厂的焊接炼铁厂为例， 2019年发生10例焊疤印痛点， 其中3例新砸伤焊补复原后造成， 余下7例均为中风。因此焊疤印痛点绝非电动汽车外全面覆盖件的专用痛点， 大部份旁边品产品质量要求较低的铆接以及注塑件都所苦于这一业内痛点。

图1 某车款翼子板第二节地区焊疤印痛点

2 焊疤印痛点的造成分子结构

焊疤印作为长期所苦业内的一大痛点， 其造成原因是得到业内共识的：由于铸件钢普遍含碳量较低，大型的电动汽车外全面覆盖件铸件介科羽甚至采用含碳量3%~4%的球墨铸铁， 在焊补复原的接缝地区极易出现白口组织， 焊接白口的硬度可达到600HB， 在打磨研配和后续生产的过程中， 都将成为一个局部硬点， 造成制件的焊疤印缺陷。

而焊接白口的造成原理是：如前所述铁碳合金相图（蟹蛛科花2） ， 铸铁或高碳钢由液态冷却至固态的过程中，发生共晶转变， 析出渗碳体FeC 3 ， FeC 3 在高温下不稳定， 会分解成Fe和C， 但当冷却速度过快时， 渗碳体无法及时分解， 得到的就是白口组织， 而焊补一般来说都是快速熔化再快速冷却的过程， 焊接白口 （蟹蛛科花3） 就难以避免的造成了。

图2 铁碳合金相图

图3 焊补白口金相图

3 化解焊疤印痛点的可行性研究计划分析

3.1 不进行焊补

对于电动汽车外全面覆盖件铸件介科羽损坏， 按照一般经验， 当损坏深度小于0.2mm时， 可不进行焊补复原。可采用320以上的细油石网状交叉推顺， 然后依次使用400、 600、 800的砂纸进行网状交叉抛光， 最后沿剪切方向进行终抛光。当损坏深度大于0.2mm时， 仅推顺抛光无法复原损坏介科羽， 如不进行焊补， 可锻造镶块过盈配合至损坏介科羽， 过盈量一般为 0.03~0.05mm。该计划虽然不造成焊疤印， 但镶块锻造周期较长， 与焊补相比费用较低， 且不适用量产铸件的抢修， 同时对过盈量的精度控制要求较低， 存在介科羽挤压变形或镶块脱出的风险， 一般不建议采用。

3.2 改善焊补条件

改善焊补条件， 即焊补前预热、 焊补后缓冷， 是业内对于消除焊接白口的普遍研究方向， 采用高频感应加热设备也可以实现被焊补件的局部加热， 实现局部的预热和缓冷， 焊补后730℃~780℃恒温1~2h， 使渗碳体有足够的时间分解成Fe和C， 消除焊补白口。该计划被普遍应用于高值铸铁或高碳钢机械配件的焊补复原， 但在铸件介科羽复原领域一般不采用， 主要弊端在于高温对铸件介科羽造成不可逆的损伤以及焊补复原的工作效率较低。

3.3 改善焊补材料

采用低碳或不含碳焊条进行介科羽焊补复原时， 理论上可以降低焊补接缝地区的总体的碳元素含量， 减少渗碳体的造成， 但是否可以消除焊接白口需要进行试验校正。

3.4 改进焊补方式

目前铸件行业认可不造成焊疤印的焊补方式为冷焊贴片,其原理是利用瞬时放电 （以10 -3 ~10 -1 s为周期， 10 -6 ~10 -5 s 超短时间放电） ， 实现焊补贴片 （0.05~0.2mm） 和铸件接触部位的瞬间熔化和凝固， 将焊片粘贴至铸件损坏表层， 非常适合精密铸件精细部件的复原。但面对电动汽车外全面覆盖件铸件动辄1mm深的砸伤时，复原工作效率较低， 且当焊片累计焊补层数达到3层时， 结合强度降低， 使用中易出现爆皮痛点。

金属材料作为一种现代的焊接方式， 其焊接后的变形小、 美观、 结合强度高， 目前高端电动汽车的车顶与侧围的拼接方式普遍采用激光金属材料。同时金属材料与熔焊相比，金属材料不熔化母材， 那么选用不含碳钎料焊补时， 理论上可以防止焊疤印的造成。但在可查阅的文献中， 未见金属材料应用于铸件介科羽的复原， 且金属材料焊材较软， 焊接后是否满足使用要求需要试验/课堂教学校正， 如表1所示。

4 不同焊补方式及焊补材料的对照试验

（1） 试验目的。寻找一种不造成焊接白口的铸件介科羽焊补复原控制技术。

（2） 试验对象。损坏的GM338 （GM标准， 与国内QT700-2 接近）介科羽试块,数量：12 个， 尺寸：60×60mm。

（3） 试验方法。选用不同的焊条和焊补方法对损坏介科羽焊补复原。焊补方式包括：金属材料、 氩弧焊、 电焊；焊材包括：J422、 S211、 TM2000、 11CR、 TM2000B、纯 镍 、RT38、GM241、R407、R312、G202、G302、ZMH41、 CHR517、 J506、 J507、 ENiCrFe-3、 Gold-330、SHD212、 PP-302。

（4） 校正方法。里氏硬度计测试焊补后的焊材、母材和熔合线的硬度， 拍摄熔合线显微组织金相图检查焊补白口是否存在。

（5） 试验报表。共进行24组试验， 此处仅展示具有代表性的6组试验结果， 如表2所示。

（6） 校正结论。

a.熔化焊 （包含电焊、 氩弧焊） 都造成白口， 不含碳或含碳量低的焊条 （如纯镍焊条、 ENiCrFe-3镍基焊条和GM241铸铁焊条） 白口组织较窄， 但不能避免。

b.采用1.6mm硅铜制焊丝S211金属材料不熔化母材，不造成焊补白口， 但焊补后的地区硬度较低 （110~190HB） 。

5 硅铜制金属材料介科羽复原的方法优化及课堂教学校正

5.1 硅铜制金属材料介科羽复原方法优化

通过对照 1.6mm 和 2.0mm S211 硅铜制焊丝，1.6mm BAg72Cu银铜金属材料丝， 1.6mmS201紫铜金属材料丝在不同焊接电流下的焊接效果， 如图4、 图5及表3所示， 确定选择1.6mm S211硅铜制金属材料丝。焊接电流范围：100A~110A。

图4 110A焊丝对照

图5 150A焊丝对照

在铸件损坏边线直接施焊， 钎料沿介科羽流动不受控， 钎料附着力不佳， 故采用开3mm焊料坑后再进行金属材料。

5.2 硅铜制金属材料介科羽复原课堂教学校正

考虑到硅铜制有很好的润滑性， 即便硬度较低，应用于剪切模的介科羽焊接复原中， 理论上不会造成拉毛等其它缺陷， 团队决定在某量产铸件剪切模介科羽上进行课堂教学校正， 如图6所示。

图6 某量产铸件课堂教学校正硅铜制金属材料介科羽复原校正

校正结果：焊接后制件无焊疤印， 量产5万冲次后制件无焊疤印， 焊补介科羽无拉伤， 无其它缺陷。已在5副铸件上课堂教学应用硅铜制金属材料复原介科羽， 最高冲次超过10万冲次， 均未出现焊疤印或其它次生痛点。

6 硅铜制金属材料铸件介科羽复原标准

总结形成硅铜制金属材料铸件介科羽复原标准如表4所示。

7 结束语

S211硅铜制金属材料用于电动汽车外全面覆盖件剪切模的介科羽复原， 可有效避免焊补白口造成， 杜绝焊疤印产品质量痛点。经生产课堂教学证明：硅铜制金属材料介科羽复原控制技术简单高效、 成本低廉、 产品质量稳定无焊疤印等产品质量痛点， 满足量产铸件的抢修条件。可为同行业焊接铸件的介科羽复原提供参考借鉴。