超聲波檢測在試制白車身焊接中的應(yīng)用

魏健，趙洲洋，任建新，呂鋒，王勇

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超聲波檢測在試制白車身焊接中的應(yīng)用

魏健，趙洲洋，任建新，呂鋒，王勇

（華晨汽車工程研究院車身試制車間，遼寧 沈陽 110141)

白車身試制是汽車研發(fā)的重要階段，文章對試制焊裝車間的IQR系統(tǒng)、中頻焊鉗技術(shù)和超聲波檢測的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。通過驗證試驗證明了超聲波檢測在試制焊接中具有較高的可靠性，并得到測量偏差值。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，總結(jié)了超聲波檢測在試制焊接階段的重要作用。

白車身試制；焊點質(zhì)量；超聲波檢測；應(yīng)用

前言

新車型的開發(fā)離不開樣車試制工作，試制白車身焊接則是樣車試制工作的重要階段。電阻點焊是一種重要的金屬連接方法，廣泛應(yīng)用于汽車焊接領(lǐng)域。多數(shù)白車身都會有4000至6000個焊點，因此汽車的安全性能很大程度上取決于車身焊點質(zhì)量。傳統(tǒng)的焊點檢查方法為撕破試驗，這種方法費時費力，還會造成資源浪費。近些年，超聲波無損檢測技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車電阻點焊的檢測中，它能快速檢測焊核質(zhì)量[1-2]。

本文主要介紹華晨研究院試制焊裝車間一體化焊鉗的相關(guān)技術(shù)和超聲波檢測的應(yīng)用情況，進(jìn)行驗證試驗，總結(jié)超聲波檢測在試制焊接中的作用。

1 設(shè)備介紹

華晨研究院試制焊裝車間的焊接設(shè)備為NIMAK公司的一體化焊鉗，超聲波檢測設(shè)備為Tessonics公司的RSWA-F1點焊分析儀。

1.1 一體化焊鉗

華晨研究院試制焊裝車間需承接華晨集團(tuán)所有新車型的試制焊接工作，由于場地有限，需將生產(chǎn)線上百把焊鉗的工作由幾十把焊鉗來完成，因此對焊接設(shè)備的要求是非常高的。NIMAK公司一體化焊鉗采用的IQR系統(tǒng)和中頻焊鉗技術(shù)完全能夠滿足試制車間對焊接質(zhì)量的需求。

1.1.1 IQR系統(tǒng)

IQR（Intelligent Quality Regulator）是一種控制電阻點焊質(zhì)量的先進(jìn)技術(shù)。IQR的調(diào)節(jié)與多個焊接參數(shù)（焊接電流、焊接電壓、焊接電阻、焊接時間和焊接功率）有關(guān)，能夠在焊接過程中自動檢測焊接回路的電壓與電流，計算出電阻和功率，利用動態(tài)電阻與點焊焊核形成之間的關(guān)系，跟蹤電阻曲線變化，強(qiáng)制該焊點在形成過程中的動態(tài)電阻按照合格焊點的動態(tài)電阻曲線發(fā)展，從而保證每個焊點的質(zhì)量。

IQR系統(tǒng)可以很好地避免一些相關(guān)因素（如鈑金件的型號、零件搭接厚度、板件表面的雜質(zhì)、電極頭等）的變化對焊點質(zhì)量的影響。在焊接操作過程中，無需頻繁的調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，減少設(shè)備調(diào)試時間，提高工作效率。

1.1.2中頻焊鉗技術(shù)

中頻焊鉗技術(shù)在汽車領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，其基本原理是三相交流電經(jīng)整流電路成為脈動直流電，再經(jīng)由功率開關(guān)器件組成的逆變電路變成中頻方波接入變壓器，降壓后整流成脈動較小的直流電供給電極對工件進(jìn)行焊接[3]。

相對于以前的工頻焊鉗，中頻焊鉗有許多優(yōu)勢：1.焊接質(zhì)量顯著提高；2.節(jié)約能源；3.焊接設(shè)備體積小、質(zhì)量輕；4.適合多種金屬的焊接；5.便于參數(shù)操作[4-5]。

1.2 點焊分析儀

現(xiàn)在常用的點焊分析儀普遍采用超聲波無損檢測技術(shù)，Tessonics公司的RSWA-F1型點焊分析儀在此基礎(chǔ)上應(yīng)用了獨特的多通道超聲波矩陣傳感器技術(shù)。其原理是從焊點表面和焊核內(nèi)部收集數(shù)據(jù)，通過特殊的算法形成焊點內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，并在屏幕上實時顯示出來。通過屏幕上顯示的圖像可以直觀地判斷焊點的缺陷，繼而在設(shè)備上直接標(biāo)出焊點缺陷類型，焊點缺陷類型如表1所示。

表1 焊點缺陷類型

該設(shè)備能夠執(zhí)行焊核直徑、壓痕深度和板料厚度的估算，并結(jié)合圖像直觀的顯示在屏幕上，屏幕顯示如圖1所示。

2 驗證試驗

2.1 試驗準(zhǔn)備

試驗選用型號為DC03，厚度分別為0.7mm和1.5mm，長100mm寬30mm的長方形試板。焊接電流控制在8.5KA- 9.5KA之間。試驗共分為4組，每組進(jìn)行5個樣板的焊接，每組樣板的組合分別為：A組0.7+0.7；B組0.7+1.5；C組0.7+0.7+0.7；D組0.7+1.5+0.7(單位/mm)。

2.2 試驗過程

分別對20個試板進(jìn)行焊接，完成后對試板進(jìn)行編號。焊接后的試板如圖2所示。

圖2 焊后試板

利用RSWA對20個試板的焊點進(jìn)行測試。測量時通過觀察焊核結(jié)構(gòu)圖像，結(jié)合儀器測量的焊核直徑、壓痕深度，判斷20個樣板的焊點全部合格。焊核內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像如圖3所示。

圖3 焊核內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

利用焊點撕裂工具對20個試板進(jìn)行撕裂試驗，焊點撕裂工具如圖4所示。經(jīng)過撕裂試驗發(fā)現(xiàn)20個試板的焊點均為“拔出斷裂”[6]，焊點強(qiáng)度符合要求，與儀器的判斷結(jié)果一致。撕裂后的試板如圖5所示。

圖4 焊點撕裂工具

撕裂后對焊核直徑進(jìn)行測量，如圖6所示。測量方法是采用游標(biāo)卡尺對同一個焊核在三個不同方向進(jìn)行測量，取平均值作為最終測量結(jié)果。

圖5 撕裂后的試板

圖6 焊核測量

記錄手動測量值和儀器測量值并進(jìn)行偏差值計算，焊核直徑值與偏差值如表2所示。

表2 焊核直徑值與偏差值

將各組數(shù)據(jù)的測量結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果如圖7所示。

2.3 試驗結(jié)果分析

20個試板經(jīng)過撕裂后，焊點全部合格，證明了采用IQR系統(tǒng)和中頻焊鉗技的一體化焊鉗完全可以保證焊點質(zhì)量。

從驗證試驗所得數(shù)據(jù)可以看出，各組焊核直徑的手動測量值與儀器測量值變化趨勢基本一致，說明超聲波儀器測量直徑具有較高的可靠性。但數(shù)值上存在一定的偏差，實際測量值比儀器測量值大，偏差值為0.3mm-0.55mm，偏差平均值為0.436mm。造成偏差的因素有很多，包括手動測量誤差、撕裂后焊點毛邊等。此偏差并不影響對焊核質(zhì)量好壞的判斷，可在測量焊核直徑的實際操作中作為理論依據(jù)使用。

3 超聲波檢測的應(yīng)用

超聲波檢測在華晨試制焊接車間的應(yīng)用取得了顯著成效，廣泛應(yīng)用在白車身焊點質(zhì)量檢查中，其優(yōu)點主要如下：

（1）節(jié)約成本，縮短檢查時間。焊點破壞性試驗對于檢查者有一定技術(shù)和力量的要求，操作費時費力并無法在完整的白車身上檢查。使用超聲波設(shè)備檢查焊點質(zhì)量只需經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可，檢查時間短并可以在任何階段進(jìn)行。破壞性試驗一般會造成零件的破壞無法繼續(xù)使用，而使用超聲波檢測不需要破壞零件，節(jié)約了成本。

（2）提供直觀的數(shù)據(jù)和圖像。由于試制白車身單臺成本較高(幾十萬元)且會有相關(guān)試驗要求，因此對車身焊接質(zhì)量的監(jiān)控就具有重要意義。超聲波檢測能夠得到焊核直徑、焊點壓痕、焊核內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖、板料厚度等數(shù)據(jù)，可以為試制焊接質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支持。

（3）提高試制白車身焊接質(zhì)量。將超聲波檢測加入到日常質(zhì)量檢查中，能夠提高質(zhì)量檢查的準(zhǔn)確性，采用定制式的檢測也可以有效地防止漏焊的發(fā)生。由于人工檢查采取抽檢的方式，可能會造成部分質(zhì)量問題無法發(fā)現(xiàn)，采用超聲波檢測后可以采取全部檢查的方式，從而提高了焊接質(zhì)量[7]。

4 結(jié)論

通過對20個試板的焊后撕裂試驗證明了華晨試制焊裝車間的一體化焊鉗是完全可以保證白車身的焊接質(zhì)量。對20個試板的焊核進(jìn)行了手動測量與超聲波檢測，通過分析測量數(shù)據(jù)得出手動測量值與超聲波儀器測量值的變化趨勢的一致性，證明了超聲波檢測在試制焊接中具有較高的可靠性，計算出了手動測量與超聲波儀器測量的偏差值，為以后工作的進(jìn)行提供數(shù)據(jù)上的參考與支持。

[1] 于祥珍.白車身焊點質(zhì)量超聲檢測評價方法研究及應(yīng)用[D].湖南大學(xué),2015.

[2] 張海平.汽車白車身電阻點焊質(zhì)量控制[J].企業(yè)科技與發(fā)展, 2015 (8):42-44.

[3] 許新培,羅海國,唐高中,等.汽車白車身制造先進(jìn)技術(shù)研究—焊接技術(shù)[J].裝備制造技術(shù),2015(2):145-147.

[4] 姜賢茂,張小云.伺服焊槍中頻直流點焊在車身制造中的應(yīng)用[J].焊接,2014(4):36-39.

[5] 王智廣.試制車間中的IQR與中頻焊鉗技術(shù)[J].汽車制造業(yè).2006 (9):39-40.

[6] 劉思源,王朗,孔諒,等.先進(jìn)高強(qiáng)鋼電阻點焊接頭斷裂模式的研究進(jìn)展[J].電焊機(jī),2017,47(4):1-7.

[7] 滕輝,張勇,胡喆.電阻點焊質(zhì)量監(jiān)測[J].電焊機(jī).2014,44(7):75-78.

Application of ultrasonic testing in prototype BIW welding

Wei Jian, Zhao Zhouyang, Ren Jianxin, Lv Feng, Wang Yong

( Brilliance Auto R&D Center (BARC) Body Prototype Shop, Liaoning Shenyang 110141 )

BIW Prototype is an important step in automobile research and development, this paper introduced the IQR system, the intermediate frequency welding clamp technology and the application of ultrasonic testing in the prototype welding workshop. Through the verification test, it was proved that ultrasonic testing has high reliability in prototype welding, and got the measurement deviation value. Combined with the actual situation, the important role of ultrasonic testing in the prototype welding stage was summarized.

BIW Prototype; Quality of welding spot; Ultrasonic testing; Application

B

1671-7988(2018)20-223-03

U462

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1671-7988(2018)20-223-03

U462

魏健，就職于華晨汽車工程研究院 車身試制車間。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.081