機(jī)器人電阻焊火花飛濺降低及控制

黃天茂 韋業(yè)忠 陳實(shí) 劉麗芳

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

隨著汽車產(chǎn)量需求的增多，汽車生產(chǎn)車間大部分生產(chǎn)線都已向自動(dòng)化發(fā)展，一條生產(chǎn)線往往由多種機(jī)器人配合生產(chǎn)。在汽車行業(yè)，焊接機(jī)器人更是大規(guī)模的運(yùn)用，焊接時(shí)火花飛濺已是一種常見的現(xiàn)象[1]。但火花飛濺大往往會(huì)給車身環(huán)境和焊接質(zhì)量帶來(lái)很多的負(fù)面影響，如圖1所示：（1）存在飛濺灼傷安全隱患；（2）污染環(huán)境，附近煙塵大；（3）焊接強(qiáng)度降低；（4）飛濺吸附工裝、設(shè)備易導(dǎo)致設(shè)備故障；（5）易出現(xiàn)焊穿、裂紋、毛刺等缺陷。因此對(duì)于汽車企業(yè)來(lái)說(shuō)，降低和控制機(jī)器人焊接火花飛濺已成為了一種必然的趨勢(shì)。

2 機(jī)器人焊接產(chǎn)生飛濺原因分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的機(jī)器人焊接深入的研究和分析，分析出引起火花飛濺的原因主要有以下幾方面的因素：

（1）電極帽端面有雜質(zhì)：電極帽端面存在雜質(zhì)，焊接時(shí)容易出現(xiàn)閃爆。

（2）焊槍電極與零件表面不垂直：焊槍焊接時(shí)電極與零件表面不垂直，焊接過(guò)程中熔液被擠壓傾斜飛出，形成火花飛濺，表象是焊點(diǎn)扭曲，或者單側(cè)出現(xiàn)毛刺[2]。

（3）焊槍焊接時(shí)壓力不足：電極還沒有壓緊零件就開始通電流焊接，接觸電阻大，電極一接觸零件立即閃爆，表象是焊點(diǎn)表面可能形成毛刺，焊點(diǎn)發(fā)黑。

（4）焊接程序中板厚t值設(shè)置不正確：目前焊鉗設(shè)定的板厚為理論板厚，實(shí)際中板件會(huì)因?yàn)闆_壓過(guò)程減薄，實(shí)際板厚比理論板厚小，因此焊鉗開始施壓的設(shè)定距離t值大于實(shí)際板厚，形成閃爆。

（5）電流設(shè)定值偏大，采用硬規(guī)范進(jìn)行焊接：機(jī)器人焊鉗焊接電流設(shè)定較為保守，采用硬規(guī)范（大電流，單脈沖）進(jìn)行焊接，機(jī)器人焊鉗電流密度是手工焊鉗的20倍，電流大，熔池太大，焊鉗不能壓住溶液，導(dǎo)致飛濺，這種飛濺往往伴隨著焊點(diǎn)縮孔、壓痕深等問(wèn)題[3]。

3 機(jī)器人焊接火花飛濺控制措施

焊接火花四濺大存在著飛濺灼傷安全隱患，同時(shí)污染環(huán)境，對(duì)車間環(huán)境和焊點(diǎn)質(zhì)量造成較大影響?；谝陨显颍枰獙?duì)火花飛濺做出相應(yīng)的改善，以下是控制火花飛濺相關(guān)措施的實(shí)施步驟。

圖1 機(jī)器人焊接火花飛濺大圖片

圖2 火花飛濺措施實(shí)施步驟

圖3 垂直度檢測(cè)工具結(jié)構(gòu)圖

圖4 垂直度檢測(cè)工具結(jié)構(gòu)圖

3.1 建立焊點(diǎn)飛濺清單

通過(guò)對(duì)火花飛濺較大的焊點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立相關(guān)的焊點(diǎn)飛濺清單。

3.2 焊槍垂直度調(diào)整

焊槍的垂直度僅靠調(diào)試人員目視觀察，無(wú)法準(zhǔn)確地判斷焊槍與零件表面是否垂直；且目視結(jié)果偏差較大，調(diào)整過(guò)程沒有輔助工具，效率較低，不能保證焊槍與零件表面100%垂直，如圖3所示。為了校驗(yàn)焊槍垂直度，自主設(shè)計(jì)了一套機(jī)器人焊槍垂直度檢測(cè)工具，如圖4所示，可以有效保證電極帽端面與零件表面垂直度。

3.2.1 垂直度檢測(cè)工具工作原理

焊槍垂直度檢測(cè)工具由上套、下套和圓柱磁鐵塊組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作過(guò)程簡(jiǎn)便，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度高，且校正垂直時(shí)可以任意吸附在零件表面。從圖5中可了解檢測(cè)工具的檢測(cè)原理：如焊槍與零件表面垂直，則上套剛好能完全滑入下套內(nèi)，若不垂直則上套不能進(jìn)入下套或者只能部分進(jìn)入下套中。

3.3 修改搭接板厚尺寸

目前焊鉗設(shè)定的板厚為理論板厚，實(shí)際因?yàn)闆_壓過(guò)程導(dǎo)致板厚減薄，實(shí)際板厚比理論板厚要小，因此焊鉗開始施壓的設(shè)定距離大于實(shí)際板厚，容易形成閃爆的現(xiàn)象。通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)物料的實(shí)際板厚，并根據(jù)實(shí)際板厚，重新校正機(jī)器人設(shè)定的焊鉗板材厚度。

3.4 增大焊鉗壓力

零件接觸電阻大，焊點(diǎn)表面發(fā)黑，存在電極一接觸零件立即閃爆的情形，這是焊鉗壓力不足所致，需要根據(jù)實(shí)際情況重新校正和增加焊鉗的壓力[4]。

3.5 優(yōu)化機(jī)器人焊接參數(shù)

優(yōu)化前使用單脈沖電流，通電時(shí)間240ms，采用硬規(guī)范進(jìn)行焊接，優(yōu)化后電流變?yōu)槎嗝}沖焊接，在保持電流不變的同時(shí)，變更為20脈沖（一個(gè)脈沖20ms，前14ms通電，后6ms斷電），總通電時(shí)間280ms，延長(zhǎng)通電時(shí)間，同時(shí)減少了冷卻時(shí)間對(duì)熔核形成的削弱。將原來(lái)的預(yù)壓時(shí)間500ms，縮短到200ms，增加預(yù)熱時(shí)間60ms，冷卻時(shí)間40ms，如圖6所示。通過(guò)調(diào)用預(yù)熱電流，使搭接的板材更貼合改善搭接間隙，將單脈沖持續(xù)通電流改為多個(gè)脈沖分段式焊接改善焊點(diǎn)質(zhì)量。

4 火花飛濺改善效果

調(diào)整機(jī)器人焊接角度，并優(yōu)化了相關(guān)的機(jī)器人焊槍焊接參數(shù)，如圖5所示：調(diào)整前某車型各區(qū)域總計(jì)有1211顆焊點(diǎn)出現(xiàn)火花飛濺，調(diào)整后1048顆焊點(diǎn)飛濺得以控制；即表明按以上措施整改后，90%左右焊點(diǎn)火花飛濺大的問(wèn)題得到解決，既有效控制了火花飛濺，又可以保證焊點(diǎn)質(zhì)量和提高焊接效率。

圖5 焊槍垂直度檢測(cè)工具原理演示

圖6 機(jī)器人焊接電流的優(yōu)化過(guò)程

圖7 措施實(shí)施后改善的效果

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了汽車行業(yè)機(jī)器人焊接火花飛濺的現(xiàn)狀，從焊接垂直度、焊接壓力、焊接參數(shù)等方面淺談了機(jī)器人火花飛濺產(chǎn)生的原因。針對(duì)此問(wèn)題，自行研制了一種檢測(cè)焊槍與零件表面垂直度的工具，并探索了一套符合自身生產(chǎn)的焊接參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)火花飛濺的降低與控制，既消除了火花飛濺安全隱患和降低焊塵改善環(huán)境質(zhì)量，又可以保證焊點(diǎn)質(zhì)量（焊點(diǎn)縮孔、毛刺等問(wèn)題有所減少）、提高焊接效率，在企業(yè)的安全和產(chǎn)品質(zhì)量提升等方面有著很大的作用和借鑒意義。