阿普拉斯焊接技術及應用

任 濤，潘 青

（上海通用汽車有限公司整車制造工程部，上海201201）

阿普拉斯焊接技術及應用

任 濤，潘 青

（上海通用汽車有限公司整車制造工程部，上海201201）

阿普拉斯（Arplas）焊接技術是實現(xiàn)汽車鈑金件焊接時，減小焊接變形量和焊點壓痕的一種新型焊接技術。介紹了阿普拉斯焊接的關鍵工藝、技術特點及其質(zhì)量控制系統(tǒng)。討論了阿普拉斯焊接技術解決傳統(tǒng)焊接方式帶來的質(zhì)量問題的系統(tǒng)方案，總結了阿普拉斯焊接技術在汽車工業(yè)中的應用，為其在汽車領域焊接技術的深入研究和應用提供參考。

汽車；阿普拉斯焊接；焊接變形；焊點壓痕；鈑金件

園 前言

隨著汽車工業(yè)對于汽車外觀表面質(zhì)量的要求越來越高，焊接熱變形和焊點壓痕[1-2]兩大外觀質(zhì)量問題的解決已迫在眉睫。傳統(tǒng)的電阻點焊技術和工藝容易產(chǎn)生熱變形，且焊點壓痕較深，破壞板件表面原有的鍍層和裝飾層，導致零件外觀表面難以達到質(zhì)量要求。雖然目前已有一些新工藝如激光焊、遠程激光焊和摩擦焊[3-5]等可以減小焊接變形和壓痕問題，但這些工藝都存在系統(tǒng)復雜、設備投資高、質(zhì)量控制難、柔性化低等弊端，且能源消耗很高，與綠色環(huán)保的制造理念相悖。為了能夠很好地彌補傳統(tǒng)點焊和其他焊接方式所存在的缺陷，新的焊接技術——阿普拉斯（Arplas）焊接技術應運而生，并逐漸應用于車身生產(chǎn)中。

在此介紹阿普拉斯焊接技術原理和特點，主要探討阿普拉斯在汽車制造應用中的關鍵技術、工藝步驟、質(zhì)量控制和自動化應用系統(tǒng)。為阿普拉斯焊接技術的深入研究和應用提供參考。

1 阿普拉斯（Arplas）焊接技術

阿普拉斯（Arplas，簡稱AL-S）焊接技術是汽車制造領域白車身鈑金件焊接的一種全新技術。它的基本原理是利用最小的能量輸入，極短時間內(nèi)達到脈沖峰值，使零件與零件完成熔合焊接，并依然能夠完全達到零件焊接結構強度的要求，這種技術是基于電阻點焊原理，但采用完成不同于傳統(tǒng)電阻點焊技術的方式和參數(shù)。阿普拉斯焊接成型示意如圖1所示。阿普拉斯焊接是采用平頭式電極帽，在極短時間內(nèi)高電流脈沖熔化零件完成焊接，焊接熱變形和壓痕極小。因此，焊接完成后呈現(xiàn)出良好的表面質(zhì)量，如圖2所示。

2 阿普拉斯（Arplas）焊接技術特點及系統(tǒng)

2.1阿普拉斯焊接（Dimple）工藝

2.1.1 阿普拉斯Dimple凸起成型過程

為了聚焦阿普拉斯焊接時的能量脈沖，在焊接之前必須在一個零件上沖出一個凸起（Dimple），阿普拉斯焊接時，該凸起與另一個零件在高電流脈沖下完全熔合。為了減小焊接后壓痕，并且同時保證焊接強度的需求，凸起必須呈現(xiàn)一種特殊的銳利形狀，如圖3所示。

阿普拉斯（Dimple）的沖壓成型質(zhì)量直接關系到兩個零件阿普拉斯焊接工藝的穩(wěn)定性和質(zhì)量。因此，需確定制定一套專門的Dimple系統(tǒng)方案。

Dimple成型生產(chǎn)方式有線上同步生產(chǎn)（Online build）和線下批量生產(chǎn)（Offlinebuild）兩種選擇。由于Dimple的尺寸非常銳利，它的尺寸質(zhì)量控制是后續(xù)阿普拉斯焊接強度和焊接壓痕的關鍵因素。因此，為降低Dimple尺寸在零件運輸過程的磨損或碰撞變形風險，最優(yōu)方式是采用線上同步生產(chǎn)，不推薦線下批量生產(chǎn)和供應商來料生產(chǎn)。

2.1.2 阿普拉斯（Dimple）凸起尺寸要求和零件材料要求

可應用于阿普拉斯焊接的Dimple尺寸和零件要求如下：（1）Dimple最小高度4 mm；（2）Dimple離零件邊緣最小距離2.5 mm；（3）Dimple零件最小翻邊寬度5 mm；（4）Dimple零件板厚范圍為0.45mm＜t＜3.5 mm；（5）Dimple和阿普拉斯焊接零件組合為厚度不限，2層或3層均可；（6）Dimple零件材料為低碳鋼、硬化鋼、不銹鋼、鋁材和混合材料；（7）Dimple零件材料鍍層：所有傳導性鍍層。

阿普拉斯Dimple尺寸和位置精度對最終焊接質(zhì)量尤為重要，不同板材厚度對應不同的Dimple高度尺寸，才能滿足阿普拉斯焊接的要求，具體如圖4所示。以0.8mm板材厚度為例，對Dimple凸起的尺寸要求如圖5所示。

Dimple凸起對中度直接影響到最終阿普拉斯焊接的質(zhì)量表現(xiàn)。為保證阿普拉斯焊接質(zhì)量強度，要求焊接后阿普拉斯焊點連接結合長度大于Dimple凸起長度的80%。因此，在沖壓Dimple凸起時，上下模的對中度誤差一般必須控制在8°之內(nèi)。

2.2 阿普拉斯焊接工藝

2.2.1 阿普拉斯工藝特點

阿普拉斯是利用最小的能量輸入，極短時間內(nèi)達到脈沖峰值，使零件與零件完成熔合焊接，并依然能夠完全達到零件焊接結構強度的要求，這種技術是基于電阻點焊原理但采用完成不同于傳統(tǒng)電阻點焊技術的方式和參數(shù)，如表1所示。

2.2.2 阿普拉斯設備特點

由于焊接時間在極短時間內(nèi)完成，阿普拉斯焊槍和電極設計需滿足快速響應并完成熔合焊接，阿普拉斯焊槍機構如圖6所示。

阿普拉斯焊機的特點是在極短時間內(nèi)（4 ms）達到阿普拉斯焊接必須的電流脈沖峰值（20 kA），并且無需冷卻系統(tǒng)。阿普拉斯焊接和傳統(tǒng)電阻焊接脈沖曲線如圖7所示。

2.2.3 阿普拉斯焊點質(zhì)量評估和判定標準

阿普拉斯系統(tǒng)提供完全符合零件結構強度標準的焊點，如圖8所示。

在生產(chǎn)制造系統(tǒng)，阿普拉斯的質(zhì)量檢查標準和傳統(tǒng)電阻電焊方式相近，均采用在線目檢和破壞性實驗來判定焊點質(zhì)量是否符合強度要求。由于阿普拉斯凸起是矩形的，當破壞性試驗焊點撕開的缺口長度達到凸起原始投影長度的80%時，認為焊點達到長度要求。

2.3 阿普拉斯質(zhì)量控制系統(tǒng)

由于阿普拉斯焊接參數(shù)的設定不同于傳統(tǒng)的電阻點焊，因此，傳統(tǒng)點焊的質(zhì)量探測系統(tǒng)不能應用在阿普拉斯焊接技術上?；谟绊懓⑵绽购附淤|(zhì)量的三個因素——AL-S凸起形狀、AL-S焊接壓力和AL-S焊接電流，阿普拉斯技術專門開發(fā)了質(zhì)量控制系統(tǒng)QCS（Quality Certification System）用于監(jiān)控每個焊點在焊接時的可靠反饋信息，包括：（1）Dimple凸起高度和焊接壓力驗證反饋；（2）實時電流測量；（3）焊接質(zhì)量驗證反饋；（4）記錄每個焊點的設定參數(shù)和實際參數(shù)；（5）阿普拉斯工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

阿普拉斯焊接程序QCS系統(tǒng)反饋過程如圖9所示。

在阿普拉斯焊接過程中，QCS系統(tǒng)首先測量Dimple凸起尺寸，如果尺寸不合格或零件上無Dimple凸起特征，QCS系統(tǒng)反饋報警并鎖定電流脈沖釋放；如果電極頭變形或者掉落，QCS系統(tǒng)也會反饋報警并鎖定電極壓合操作；焊接完成后，QCS系統(tǒng)實時反饋焊接壓力和焊接電流的參數(shù)數(shù)值并與設定初值匹配，如果不匹配，QCS系統(tǒng)會反饋報警并暫停下一步操作，提示生產(chǎn)線員工該焊點焊接質(zhì)量不符合要求。

2.4 阿普拉斯同步仿真工程和機器人應用系統(tǒng)

阿普拉斯系的成功應用和實施離不開同步仿真工程，雖然阿普拉斯系統(tǒng)是一個高標準的系統(tǒng)，但阿普拉斯系統(tǒng)仍可與軟件最終客戶端和集成商進行數(shù)據(jù)交換（Catia and Unigraphics），如圖10所示。

阿普拉斯系統(tǒng)既能應用于固定的工裝系統(tǒng)，又可以應用于各種不同的機器人系統(tǒng)中。由于阿普拉斯Dimple凸起在零件上的對中度要求，機器人Dimple系統(tǒng)更柔性，Dimple位置更準確，性價比更高。Dimple機器人應用系統(tǒng)如圖11所示。

阿普拉斯機器人應用系統(tǒng)使用與AL-S電極快速響應匹配的焊接系統(tǒng)，具有低配重、低自感應系數(shù)的特點，AL-S焊機系統(tǒng)可集成于不同種類的機器人型號。阿普拉斯機器人系統(tǒng)與阿普拉斯QCS系統(tǒng)相匹配集成，并可滿足焊接質(zhì)量實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計的要求，如圖12所示。

3 結論

阿普拉斯焊接技術是一種全新的焊接工藝，其應用成果對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高顧客滿意度、節(jié)能環(huán)保有著重要的意義。一方面，焊接強度提高，增強整車安全性能，焊接變形小，焊接壓痕小，提供整車質(zhì)量表現(xiàn)，從而降低了制造系統(tǒng)控制的人力物力成本；另一方面，節(jié)約70%電能，不需水

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Arplas Welding Technology and its application

REN Tao，PAN Qing
（Vehicle Manufacturing Engineering，Shanghai General Motor limited company，Shanghai 201201，China）

Arplas welding technique purposed a new process for reduce welding deformation and welding spot impression during sheet metal welding.In this paper,Key process，technique specialty and quality control system of Arplas welding technology were introduced.Base on the welding deformation and welding spot impression by traditional welding method，the solution of the welding quality issue with Arplas welding technology was discussed.Application of Arplas technique on automobile industry were summarized，which provide the reference for deep investigation of Arplas welding in automobile industry.

automobile；Arplas welding;welding deformation；welding spot impression；sheet metal

TG44

：B

：1001-2303（2014）02-0035-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.07

2012-11-13

任 濤（1981—），男，工程師，學士，主要從事汽車焊接工藝研發(fā)和管理工作。