汽車(chē)車(chē)身鈑金外露面自動(dòng)釬焊工藝改進(jìn)

李新社，秦志文

汽車(chē)車(chē)身鈑金外露面自動(dòng)釬焊工藝改進(jìn)

李新社，秦志文

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西柳州545007）

由于汽車(chē)車(chē)身自動(dòng)焊接技術(shù)具有自動(dòng)化程度高、焊接外觀好、速度快、減少勞動(dòng)強(qiáng)度和降低勞動(dòng)危害等優(yōu)點(diǎn)，因而在汽車(chē)制造過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。充分利用汽車(chē)自動(dòng)化焊接的優(yōu)點(diǎn)，并將現(xiàn)有的手工釬焊改進(jìn)機(jī)器人自動(dòng)釬焊，滿足了車(chē)身腔體結(jié)構(gòu)的外露焊接面對(duì)焊接外觀質(zhì)量的要求。

汽車(chē)焊接；外露面焊接；自動(dòng)釬焊；工藝改進(jìn)

隨著汽車(chē)制造工藝的日益發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)外觀品質(zhì)要求不斷提高，故需要不斷改進(jìn)車(chē)身外露面的焊接工藝。而對(duì)于零件搭接結(jié)構(gòu)存在空腔體的焊接區(qū)域，尤其是外露面，常規(guī)的電阻點(diǎn)焊或者手工C02電弧焊因其焊接效率低下，焊縫品質(zhì)不穩(wěn)定，已不能滿足外觀質(zhì)量要求。因此通過(guò)對(duì)公司某商用車(chē)的側(cè)圍結(jié)構(gòu)聯(lián)接工藝進(jìn)行各種工藝方法驗(yàn)證和對(duì)比分析，進(jìn)行了工藝設(shè)備優(yōu)化改進(jìn)，采用了CMT（Cold Metal Transfer）冷金屬過(guò)渡的釬焊技術(shù)與機(jī)器人自動(dòng)化焊接相結(jié)合，最終達(dá)到提高焊接效率和產(chǎn)品外觀質(zhì)量。

1 某商用車(chē)的側(cè)圍結(jié)構(gòu)

圖1為公司某種車(chē)型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，該車(chē)型的側(cè)圍外板分塊結(jié)構(gòu)，滑移門(mén)上導(dǎo)軌外板和前、后側(cè)圍搭接的地方為腔體結(jié)構(gòu)，與前后側(cè)圍連接部分前后各有兩段焊縫，該處結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致電阻點(diǎn)焊無(wú)法焊接。由于該焊接處為外露面，對(duì)焊接質(zhì)量要求很高，因此需要其他的焊接方式實(shí)現(xiàn)上導(dǎo)軌和側(cè)圍的搭接焊接。

圖1 某產(chǎn)品的側(cè)圍結(jié)構(gòu)

2 幾種常用的焊接方法的比較

圖1的零件設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行制造性工藝分析，并對(duì)車(chē)身制造過(guò)程中比較常用的焊接方法進(jìn)行分析后，分別采用普通C02焊接，電阻點(diǎn)焊+結(jié)構(gòu)膠以及手工釬焊等不同焊接方法，對(duì)焊縫的焊接強(qiáng)度，性能和外觀表面質(zhì)量等進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.1 CO2氣體保護(hù)焊接

傳統(tǒng)的CO2氣體保護(hù)焊，在電阻點(diǎn)焊無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況下，適用于薄鋼板對(duì)接或搭接的結(jié)構(gòu)。但由于存在熱輸入量大，焊接溫度高，易發(fā)生焊接變形，同時(shí)產(chǎn)生大量的飛濺，尤其是對(duì)1 mm以下薄板焊接，其焊接質(zhì)量受焊接工人技術(shù)水平的影響很大，需要大量的返修工作。因此多使用汽車(chē)內(nèi)部，不可見(jiàn)部位，對(duì)表面焊接質(zhì)量要求不高的地方[1]。

2.2 普通電阻點(diǎn)焊+結(jié)構(gòu)膠

目前汽車(chē)結(jié)構(gòu)膠，粘接強(qiáng)度較高，能承受作為結(jié)構(gòu)件作用力，其粘接強(qiáng)度，對(duì)普通鋼板來(lái)說(shuō)，剪切強(qiáng)度可在20MPa，剝離強(qiáng)度在1.0 MPa以上。這類(lèi)膠通常是改性環(huán)氧樹(shù)脂膠，以粘代焊，減少焊點(diǎn)，解決表面焊點(diǎn)麻坑問(wèn)題，改善汽車(chē)外觀質(zhì)量。結(jié)構(gòu)膠作為輔助手段，其附近的點(diǎn)焊焊點(diǎn)間距不能太大，同時(shí)對(duì)零件的搭接匹配要求比較高。經(jīng)過(guò)對(duì)該車(chē)10萬(wàn)公里路試驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)該處結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，故采用普通電阻焊和結(jié)構(gòu)膠的方式無(wú)法滿足強(qiáng)度和受力要求。

2.3 釬焊

釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。釬焊借助毛細(xì)作用被吸入和充滿固態(tài)工件間隙之間，液態(tài)釬料與工件金屬相互擴(kuò)散溶解，冷疑后即形成釬焊接頭，具有輸入熱量小、零件變形小的特點(diǎn)。目前汽車(chē)的釬焊主要用于車(chē)門(mén)、箱蓋、側(cè)圍、頂蓋等外露處對(duì)外觀質(zhì)量有要求不高的部位。

手工釬焊時(shí)釬焊參數(shù)由操作人員進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，工人的操作技術(shù)對(duì)焊接質(zhì)量的影響較大。表面焊縫堆積較高，表面不平整，焊接完成后，需要大量的人工打磨，并且弧面焊縫難以打磨。焊接由上至下，采用拉焊的形式進(jìn)行焊接，焊接過(guò)程有一個(gè)弧線路徑，工人在焊接過(guò)程中，在保持搶嘴對(duì)工件的距離不變的同時(shí)，還要保證擺正焊鉗的角度，滿足最佳的拉焊角度。這對(duì)操作人員要求極高，工人很難按要求做到，焊縫（如圖2所示）高度不均勻，起弧、收弧端容易產(chǎn)生焊瘤，焊接表面質(zhì)量不穩(wěn)定。因此常用的焊接方法無(wú)法保證該產(chǎn)品批量生產(chǎn)的表面質(zhì)量。

圖2 手工釬焊焊縫

3 腔體結(jié)構(gòu)鈑金外露面自動(dòng)釬焊工藝改進(jìn)

為解決人工操作苦難，手工焊接效率低下，焊縫品質(zhì)不穩(wěn)定的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了CMT冷金屬過(guò)度MIG釬焊機(jī)器人自動(dòng)焊接系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)釬焊設(shè)備與機(jī)器人自動(dòng)焊接的完美結(jié)合。

（1）本次采用FANUCM-10iA弧焊機(jī)器人+CMT釬焊機(jī)TPS4000型焊接系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 機(jī)器人CMT焊接系統(tǒng)

（2）該系統(tǒng)完美地解決了人工操作過(guò)程中人工焊接精度不足、速度和操作過(guò)程不垂直的問(wèn)題。整個(gè)過(guò)程通過(guò)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行仿形設(shè)計(jì)和不斷地調(diào)試，最終實(shí)際焊接過(guò)程與理論設(shè)計(jì)更為符合，見(jiàn)圖4.

圖4 機(jī)器人焊接姿態(tài)設(shè)計(jì)

（3）改進(jìn)產(chǎn)品搭接坡口，如圖5所示為行坡度設(shè)計(jì)，使釬焊焊接時(shí)，毛細(xì)作用更好，增加接頭承載能力。坡口的設(shè)計(jì)，使零件的匹配精度要求降低，增加釬焊的容量，母材與釬液接觸面增加，互溶度增加。由于是外露面，優(yōu)化后的坡口設(shè)計(jì)也減少了焊接后，焊縫表面的打磨量。

圖5 搭接坡口設(shè)計(jì)

（4）釬焊采用福尼斯CMT冷金屬過(guò)渡技術(shù)，焊接程序是由全數(shù)字化的微處理器控制的逆變器實(shí)現(xiàn)的，CMT技術(shù)的創(chuàng)新在于它把送絲系統(tǒng)也納入整個(gè)程序的控制，這能有效的控制熱輸入量即在工件上沒(méi)有飛濺[2]。送絲監(jiān)控與過(guò)程控制高度統(tǒng)一，焊縫表面平整，每秒高達(dá)70次的焊絲回抽，減少電弧輸入熱量，熔滴過(guò)渡無(wú)飛濺，安全性高，電弧穩(wěn)定，保證了焊接質(zhì)量。

焊接過(guò)程仍然采用拉焊的形式，CMT冷金屬過(guò)渡技術(shù)將送絲與熔滴過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化協(xié)調(diào)。當(dāng)焊機(jī)的DSP處理器監(jiān)測(cè)到一個(gè)短路信號(hào)，就會(huì)反饋給送絲機(jī)，送絲機(jī)作出回應(yīng)回抽焊絲，從而使得焊絲與熔滴分離，使熔滴在無(wú)電流狀態(tài)下過(guò)渡。薄板焊接變得容易，CMT技術(shù)電弧自身輸入熱量的過(guò)程很短，短路發(fā)生時(shí)，電弧即熄滅，熱輸入量迅速地減少。整個(gè)焊接過(guò)程即在冷熱交替中循環(huán)往復(fù)，可以實(shí)現(xiàn)超薄板的焊接。

通過(guò)對(duì)焊接電弧、焊接電流（實(shí)際值/預(yù)設(shè)值）、?焊接電壓（實(shí)際值/預(yù)設(shè)值）、焊接速度、送絲速度、電弧長(zhǎng)度校正、回?zé)龝r(shí)間、電弧推力校正、協(xié)同控制、弧坑電流、氣體預(yù)流時(shí)間、氣體過(guò)流時(shí)間、熱起弧、連續(xù)調(diào)節(jié)焊接電流等技術(shù)參數(shù)（如表1所示）的設(shè)定、監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)薄板的焊接控制[3]。圖6為人工和機(jī)器人焊接后的效果對(duì)比，可見(jiàn)機(jī)器人焊接徹底解決了人工焊接操作的不穩(wěn)定問(wèn)題，零件表面質(zhì)量得到了很好地改善，如表2所示。

表1 技術(shù)參數(shù)

圖6 人工和機(jī)器人釬焊效果對(duì)比

表2 人工和機(jī)器人釬焊質(zhì)量對(duì)比

改進(jìn)后的機(jī)器人自動(dòng)釬焊，焊接效率大幅提高，基本無(wú)焊接飛濺，焊縫光滑飽滿，品質(zhì)大幅提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)焊接的自動(dòng)化焊接受到各汽車(chē)廠的關(guān)注，傳統(tǒng)的釬焊焊接工藝主要依賴(lài)人工焊接，而CMT焊接技術(shù)作為一種新的技術(shù)，采用數(shù)字化控制技術(shù)，以其優(yōu)良的焊接穩(wěn)定系以及無(wú)焊接飛濺，低熱量輸入等優(yōu)點(diǎn)與機(jī)器人相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)焊接，為低成本薄板焊接提供了解決辦法。在實(shí)際汽車(chē)制造應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)工藝的精確調(diào)整、技術(shù)方案的完善，結(jié)合多種控制手段，可以更好地確保焊接質(zhì)量。

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第1卷）[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]張學(xué)軍.航空釬焊技術(shù)[M].北京：北京航空工業(yè)出版社，2010.

[3]張志慶，吳兵碩.釬焊工藝自動(dòng)化淺析[J].華東科技（學(xué)術(shù)版），2016（05）：466.

Improve the Automatic Brazing Process of Automobile Body Sheet Metal Exposed Face

LI Xin-she，QIN Zhi-wen
（SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Because the automobile body of automatic welding technology has high degree of automation，good weld appearance，fast welding speed，decrease labor intensity and reduce the harm of labor，etc，thus widely used in the automobile manufacturing process.Make full use of the advantages of automobile automatic welding，and combined with the existing brazing method to improve the automatic brazing，which can meet the body cavity structure of the leakage welding with welding appearance quality requirements.

auto welding；outer appearance welding；automatic brazing；process improvement

TG454

A

1672-545X（2017）02-0098-03

2016-11-15

李新社（1978-），男，河南開(kāi)封人，本科，工程師，主要研究方向：汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)工藝性分析、工藝規(guī)劃、先進(jìn)車(chē)身焊裝技術(shù)要求及項(xiàng)目管理。