Arplas焊接系統(tǒng)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

【摘要】為解決汽車車身外觀質(zhì)量、減少傳統(tǒng)電阻焊存在的熱應(yīng)力和焊接強(qiáng)度等問題，應(yīng)用Arplas焊接系統(tǒng)，在保證焊點(diǎn)強(qiáng)度達(dá)到要求的前提下，盡可能的減少每個(gè)焊點(diǎn)的能量輸入，使其對產(chǎn)品外觀要求嚴(yán)格的部位，熱影響區(qū)顯著減少，且不存在任何的機(jī)械變形。這項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用，使Arplas焊接系統(tǒng)在汽車行業(yè)的各種應(yīng)用都具有可靠性高、產(chǎn)品外表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，是未來高端汽車必須應(yīng)用的技術(shù)之一。

【關(guān)鍵詞】能量脈沖 焊接凸起 Arplas 焊槍 質(zhì)量檢測系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TG409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1. 前言

普通的電阻焊接，焊接特點(diǎn)為：焊接脈沖大于8個(gè)周波，焊接壓力大于3000N，焊接電流由于設(shè)備輸入限制一般約為11KA，而采用Arplas焊接技術(shù)焊接脈沖小于1個(gè)周波，焊接壓力只需1000N，焊接電流可以達(dá)到25KA，這樣可以大大的提高焊接效率，滿足焊接強(qiáng)度。在實(shí)際生產(chǎn)中，上海通用E18項(xiàng)目首次使用，帶來了良好的生產(chǎn)效益。

采用Arplas焊接系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下目的：

1.1 . 焊接時(shí)間短 （約4毫秒）、電流電流大，能夠減小熱影響區(qū)；

1.2 傳統(tǒng)電阻焊中普遍存在的熱應(yīng)力，在采用阿普拉斯技術(shù)焊接的工件中幾乎不存在。因此，工件變形?。?/p>

1.3.不需要水冷系統(tǒng)，只需要?dú)庠矗?/p>

1.4.安裝質(zhì)量檢測系統(tǒng)后，可以不必通過做破壞性試驗(yàn)來檢驗(yàn)焊點(diǎn)強(qiáng)度是否滿足要求，此系統(tǒng)將檢測焊點(diǎn)的質(zhì)量，當(dāng)某些基本參數(shù)超出了設(shè)定允許的范圍，或者凸起發(fā)生嚴(yán)重變形，焊接系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)將不執(zhí)行焊接操作。

1.5.對于側(cè)圍尾燈、門蓋等關(guān)鍵部位的焊接，采用此技術(shù)可以提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。

2. 系統(tǒng)構(gòu)成和原理介紹

Arplas焊接系統(tǒng)根據(jù)其焊接原理可分為2種焊槍：Dimple gun和Arplas gun。

Dimple用于沖凸臺(tái)， Arplas用于焊接，焊接Dimple沖出的凸臺(tái)與外板搭接處，將凸臺(tái)壓平，達(dá)到系統(tǒng)要求的焊接強(qiáng)度。下面詳述焊接的過程說明。

⑴ Dimple gun：凸起加工系統(tǒng)

2.1.1為了能夠使能量集中，必須在其中一個(gè)待焊工件上加工出一個(gè)阿普拉斯凸起這個(gè)凸起的形狀和銳度經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，使之能夠保證在兩個(gè)工件之間形成符合強(qiáng)度要求的焊點(diǎn)，同時(shí)在未加工凸起的那個(gè)工件上不留任何痕跡。在零件上加工凸起的模式，或在零件沖壓制造階段。因?yàn)橥蛊鸬某叽缳|(zhì)量，尤其是銳度，是保證焊點(diǎn)無瑕疵和焊點(diǎn)強(qiáng)度的重要因素。所以，一般是在生產(chǎn)線加工凸起的方式，采用這種方式，可以避免在運(yùn)輸過程中凸起被撞壞。

選用合適的沖凸系統(tǒng)，還要考慮每個(gè)零件上加工凸起的數(shù)量、CT、設(shè)備安裝空間等因素。研究生產(chǎn)線節(jié)拍時(shí)，應(yīng)綜合考慮各種不同的Arplas沖凸加工系統(tǒng)解決方案。根據(jù)安裝方式不同可以分為以下幾種：

A 固定安裝在地面的沖凸裝置，這種方式是采用機(jī)器人抓手抓著零件，根據(jù)凸起的定位將零件送到?jīng)_凸裝置中來加工凸起

B 采用機(jī)器人抓取焊槍沖凸的方式，這種方式適合于在一個(gè)單獨(dú)區(qū)域內(nèi)，在小零件上加工凸起，目前E18就是采用這種方案。機(jī)器人帶Arplas焊接系統(tǒng)，配備有一體化輕重量、低感抗的專用變壓器，安裝質(zhì)量檢測系統(tǒng)后，可以檢查每個(gè)焊點(diǎn)的質(zhì)量，記錄每個(gè)焊點(diǎn)的焊接參數(shù)，可以實(shí)時(shí)的反饋焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。

C 沖凸裝置安裝在夾具上，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)帶動(dòng)使其在目標(biāo)位置進(jìn)行沖凸的方式。

所有的沖凸方式均使用專門設(shè)計(jì)的沖頭和凹模，根據(jù)不同的板材厚度，有專門對應(yīng)的凸、凹模設(shè)計(jì)。下圖 是沖模規(guī)格與工件厚度對照表。

圖1 固定沖凸裝置 圖2 機(jī)器人沖凸裝置

圖3 夾具沖凸裝置 圖4 沖模厚度和工件厚度

2.1.2沖頭和凹模調(diào)整對中操作：

在沖凸過程中沖頭和凹模的對中狀態(tài)比較關(guān)鍵。如果發(fā)生偏移，會(huì)使焊接的凸起不能滿足要求，圖5為不合格的凸起，合格的凸起兩邊的應(yīng)該相等。偏差不超過板厚的10%，常采用以下步驟調(diào)整：

？ 切斷壓縮空氣

？ 松開沖頭安裝臂的固定螺絲，使之能夠略可活動(dòng)

？ 用手推動(dòng)沖凸系統(tǒng)的液壓缸，直至沖頭進(jìn)入凹模

？ 目視檢查、調(diào)整、確認(rèn)沖頭和凹模對中，然后擰緊螺絲

？ 用手把液壓缸推回到原位

？ 用試片試沖出一個(gè)凸起，檢查凸起的對中情況

圖5 不合格凸起 圖6 合格凸起 圖6 對中狀態(tài)

2.1.3為了沖出如圖6所示的凸起，操作如下：

？ 用鉗子或夾子夾住試片 – 注意把手放在沖凸裝置活動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)范圍之外（注意保護(hù)眼睛）

？ 將試片放到?jīng)_頭和凹模之間：讓試片僅覆蓋沖頭一半的位置。操作沖凸裝置，在試片上沖出凸起

？ 目視檢查這個(gè)凸起的橫截面

？ 比較凸起的兩個(gè)邊的厚度。左、右兩邊的厚度是否相等？如果相等，說明沖凸系統(tǒng)對中調(diào)整正確。

？ 允許偏差是 +/- 0.05 mm

圖7合格凸起 圖8凸、凹模

⑵ 沖凸設(shè)備所需外部條件

此系統(tǒng)需提供氣源和電源介質(zhì)，壓縮空氣和沖凸壓力之間的關(guān)系請參照下表

圖9壓力關(guān)系表

⑶Arplas系統(tǒng)焊接的焊點(diǎn)強(qiáng)度

2.3.1 最大強(qiáng)度對比

作為參考對比的傳統(tǒng)電阻焊焊點(diǎn)直徑4mm，Arplas焊接凸起按照6mm和8mm，采用平行和垂直拉伸2種方式。從表中可以看出：即使最小的凸起長度（6mm），在最不利的拉伸方向上，Arplas焊點(diǎn)的最大強(qiáng)度僅比傳統(tǒng)電阻焊低10%左右。

圖10強(qiáng)度對比表

2.3.2 抗疲勞強(qiáng)度

如圖所示，Arplas焊點(diǎn)與4mm直徑傳統(tǒng)電阻焊點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性能對比，Arplas焊點(diǎn)的最大強(qiáng)度稍微低一些，但是疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)比傳統(tǒng)電阻焊強(qiáng)度好很多。

圖11 抗疲勞強(qiáng)度表

⑷ Arplas系統(tǒng)構(gòu)成和接口說明

對于一套Arplas焊接系統(tǒng)，主要有以下幾部分組成：Arplas焊槍

，機(jī)器人系統(tǒng)，凸起加工系統(tǒng)，焊接系統(tǒng)

4.1 Arplas焊槍

Arplas焊槍可以和各種機(jī)器人系統(tǒng)集成，可以焊接的材料厚度范圍也很大，它是一種自平衡焊槍，，可以補(bǔ)償日常生產(chǎn)中的偏差，整個(gè)焊槍圍繞著一體化的變壓器組裝在一起。變壓器裝在一個(gè)固定的框架內(nèi)，在框架上安裝著Arplas焊頭、自平衡系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。焊頭上安裝了質(zhì)量檢測系統(tǒng)，既用于焊接控制，有用于設(shè)定焊接參數(shù)、記錄焊接結(jié)果。

圖12焊槍狀態(tài)構(gòu)成

4.2 連接接口介紹

A 機(jī)械接口：Arplas焊槍和它所要連接到一起的機(jī)器人之間的機(jī)械接口是連接法蘭，在設(shè)計(jì)階段，需要確認(rèn)好機(jī)器人型號(hào)及法蘭尺寸。

B 氣動(dòng)接口：焊槍上有2個(gè)氣缸：焊槍氣缸和平衡氣缸。調(diào)試時(shí)需要給主管線供氣即可。

C 電氣接口：Arplas焊槍上安裝了用于檢測焊槍位置的傳感器，以及用于焊接操作的電磁閥。所有這些信號(hào)都接到焊槍側(cè)面安裝的中央接線盒的hartings接頭上，一組連接電流信號(hào)測量系統(tǒng)，一組用于變壓器的溫度測量系統(tǒng)，一組用于連接壓力測量信號(hào)。

圖13機(jī)械接口 圖14氣動(dòng)接口 圖15電氣接口

4.3 Arplas焊槍使用方法

整個(gè)系統(tǒng)連接完成后，即可開始工作。設(shè)備上電后，焊接電流從變壓器流經(jīng)活動(dòng)的上電極，流過工件，再通過下電極流回變壓器，從而形成焊點(diǎn)。焊接過程中，不需要冷卻水，焊接壓力是靠機(jī)械方式產(chǎn)生和調(diào)整的。在調(diào)試時(shí)要注意以下問題：

> 沖頭和凹模之間沒有工件時(shí)，嚴(yán)禁操作沖凸裝置合模

> 通過正確調(diào)整壓縮空氣壓力，確保沖凸裝置的沖壓力不低于所需的最小壓力

> 合模時(shí)間不短于1.5秒，確保鋼板有足夠的時(shí)間在凹模內(nèi)變形

4.4 調(diào)試過程常見問題分析和解決措施

> 凸起位置不對：調(diào)試焊接軌跡。Arplas的上下電極必須與板件表面平齊，不平齊會(huì)造成焊接曲線成波浪狀，不是直線。上電極必須與凸點(diǎn)中對中。；

> 凸起高度不夠：板件匹配度必須要高。如果板件匹配度不好， Arplas的本來焊接壓力就小，焊接出的效果肯定不好，這是最大的原因；

> 沒有完全焊接在一起，沒有達(dá)到80%：焊接壓力與焊接電流。如果以上兩個(gè)問題都解決了，板件還是焊合不了，那就是焊接壓力和焊接電流的原因；

> 板件沒有焊合：通過排查以上3點(diǎn)后，沒有焊合的問題就可以解決了；

3 結(jié)束語

通過在上海通用E18項(xiàng)目的首次成功應(yīng)用，Arplas焊接系統(tǒng)比傳統(tǒng)電阻焊接要有更大的優(yōu)勢，在未來高端車型的應(yīng)用將是一種趨勢。