白車身點焊焊點設(shè)計臨界位置的確定

呂蘇華，李友力

（1.長春工程學(xué)院，機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長春130012；2.一汽轎車股份有限公司，吉林 長春130012）

轎車白車身是構(gòu)成汽車的重要組成部分，車身焊接是白車身制造工藝中最重要的工藝過程之一，車身的焊接質(zhì)量對整車的質(zhì)量、精度、生產(chǎn)效率有著直接的影響。在白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的基礎(chǔ)上，焊點位置將會是影響焊接質(zhì)量、焊接速度和車身外觀的重要因素。由于車身點焊的過程相當(dāng)復(fù)雜，影響因素多、因素之間相互作用，加之焊接過程中熔核的不可見性及焊接條件不穩(wěn)定性，給點焊質(zhì)量控制帶來了很大困難。工廠為了保證焊點質(zhì)量的合格率，使不合格焊點的比例保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，通常定期進(jìn)行焊后破壞性實驗。然而，破壞性實驗成本極高，同時焊后實驗具有嚴(yán)重的滯后性，即轎車大批量生產(chǎn)后，待有焊接質(zhì)量問題發(fā)現(xiàn)時，大量具有焊接質(zhì)量問題的車身己經(jīng)到了總裝甚至到了客戶手中[1]。由此可見，白車身中焊點位置設(shè)計的重要性。本文主要確定產(chǎn)生焊接缺陷時焊點的臨界位置的極限值，從而使得工藝規(guī)劃人員能夠快速對簡單結(jié)構(gòu)上焊點存在的問題及時反饋給設(shè)計部門，縮短生產(chǎn)周期，降低成本。

1 白車身點焊過程中的缺陷

白車身點焊時通常會導(dǎo)致出現(xiàn)半點和分流的缺陷（如圖1所示），焊接時產(chǎn)生的分流缺陷主要存在于門檻焊接，容易造成車身表面不良或焊點處強(qiáng)度降低；焊接時產(chǎn)生的半點缺陷不僅會影響車身強(qiáng)度，而且在焊點邊緣很可能會伴有毛刺，如不進(jìn)行手工修復(fù)，將對車身內(nèi)飾發(fā)生干涉甚至無法裝配。

圖1 兩種典型的缺陷

因此本文通過虛擬仿真可視化方法對白車身焊點進(jìn)行研究，依據(jù)已有焊鉗的三維定位數(shù)據(jù)庫，對焊點進(jìn)行模擬仿真，從而實現(xiàn)焊點可焊性識別，為點焊的焊點定位設(shè)計和審查提供可靠依據(jù)，從而優(yōu)化焊點布置，提高車身結(jié)構(gòu)的綜合性能和降低焊接裝配成本。

2 焊點位置尺寸計算

在車身結(jié)構(gòu)中，出現(xiàn)半點時，如果僅僅采用擴(kuò)大翻邊尺寸將會影響車門尺寸，所以不能大幅增加，因此翻邊尺寸必須在有限的尺寸上保證焊點質(zhì)量。由于焊點數(shù)量很多，出現(xiàn)分流時如果僅僅采用手工修復(fù)難免會發(fā)生遺漏現(xiàn)象而造成焊接質(zhì)量缺陷和勞動成本增加，所以必須對這種問題進(jìn)行改進(jìn)。首先對翻邊弧度進(jìn)行增大，如仍不滿足焊鉗姿態(tài)的最低要求而產(chǎn)生分流，就要根據(jù)焊點臨界位置值再適當(dāng)增加翻邊的高度。

翻邊長度a是邊緣端到折彎鋼板的距離，它由自由尺寸FM（焊接操作時電極不磕碰零件所需的距離）與邊緣距離V（焊接操作時電極帽能焊出滿點所需的距離）組成。焊點的自由尺寸FM和邊緣尺寸V的關(guān)系如圖 2 所示[2、3]。

圖2 修邊尺寸

其中A是誤差。

2.1 焊接產(chǎn)生分流時自由尺寸FM的計算

自由距離FM是焊接操作時電極不磕碰零件所需的距離，為了不與導(dǎo)電體相干涉，需要預(yù)留足夠的空間，即自由尺寸FM等于電極帽半徑ds/2和導(dǎo)電體的最小距離A之和，如公式（2）所示。

而導(dǎo)電體的最小距離A分兩種情況：

（1）機(jī)器人焊接時，導(dǎo)電體的最小距離A的影響因素有：A1夾具定位精度（約±0.2 mm），A2機(jī)器人精度（±0.05 mm），A3零件制造精度 (±2.0 mm)，導(dǎo)電體最小距離A等于夾具定位精度A1、機(jī)器人精度A2與零件制造精度A3之和，如公式（3）所示。

計算得到機(jī)器人焊接時0.00mm≦A機(jī)器≦2.25mm

電極帽直徑ds值有16mm和13mm兩種，所以記其對應(yīng)的自由尺寸分別為FM1和FM2；機(jī)器人焊接條件下不產(chǎn)生分流時，焊點位置自由尺寸臨界值FM=ds/2+A，即

FM1≧10.25 mm

FM2≧8.75mm

（2）人工焊接時，導(dǎo)電體的最小距離A人工的影響因素為：A1夾具定位精度（±0.2 mm），A2人工操作誤差（實驗測量），A3零件制造精度（±2.0 mm），導(dǎo)電體最小距離A等于夾具定位精度A1、人工操作誤差（實驗測量）A2與零件制造精度A3之和，如公式（4）所示。

計算人工焊接時，A2≦A人工≦ A2+2.2mm

而人工焊接的操作誤差跟焊鉗的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。不同焊鉗的人工誤差如表1所示。

表1 焊鉗誤差平均值（單位：mm）

由此可以得出不同焊鉗人工焊接時不產(chǎn)生分流時的FM值，如表2所示。

表2 自由尺寸FM值，單位：mm

2.2 焊接產(chǎn)生半點時邊緣距離V值的計算

邊緣距離V為焊接操作時電極帽能焊出滿點所需的距離，為了不產(chǎn)生半點焊接缺陷，需要預(yù)留合適的預(yù)留量，邊緣距離V等于電極端頭直徑d（4.5 mm～6mm）、熔池灼燒范圍E（0.5 mm～2.5 mm）和導(dǎo)電體的最小距離A之和，如公式（5）所示。

如上所述，導(dǎo)電體的最小距離A值分為機(jī)器人焊接時和人工焊接時，即

（1）機(jī)器人焊接時:V≧2.25 mm+6/2 mm+2.5 mm=7.75mm

（2）人工焊接時不產(chǎn)生半點焊接缺陷焊點位置邊緣距離同樣要結(jié)合焊鉗的人工誤差平均值進(jìn)行設(shè)計，部分焊鉗邊緣距離V最小值，如表3所示。

表3 邊緣距離V值（單位：mm）

3 結(jié)束語

（1）機(jī)器人焊接條件下不產(chǎn)生分流時，焊點位置自由尺寸臨界值分別為：

FM1≧10.25mm

FM2≧8.75mm

（2）機(jī)器人焊接條件下不產(chǎn)生半點時，焊點位置邊緣距離V臨界值為：

V≧7.75 mm

（3）人工焊接時不產(chǎn)生焊接缺陷焊點位置尺寸與不同焊鉗的人工操作誤差有關(guān)。

[1]彭振國，劉昌雄.汽車制造中焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].汽車工藝與材料，2007，（2）:13-17.

[2]李力強(qiáng)，呂蘇華，李友力.白車身點焊焊點的三維定位數(shù)據(jù)庫[J].電焊機(jī)，2012，（6）:53-57.

[3]李力強(qiáng)，呂蘇華，李友力.虛擬仿真技術(shù)在轎車焊裝領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].裝備制造技術(shù)，2013，（7）:131-133.