淺析阿普拉斯焊接工藝條件及參數(shù)設(shè)置

馬" "慶

畢業(yè)于重慶大學(xué)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于賽力斯汽車有限公司，任焊裝工藝主任工程師，主要研究方向為汽車制造工藝與設(shè)備。

摘" 要：阿普拉斯焊（Arplas）在對于車身外觀焊接面感知質(zhì)量提升，以及部分狹小區(qū)域的焊接上，是一種很好的工藝應(yīng)用，現(xiàn)逐漸被各汽車制造企業(yè)引進應(yīng)用。在阿普拉斯焊應(yīng)用于車身焊接的過程中，存在一些必需但鮮有介紹的技術(shù)要求，這些要求的滿足須在工藝應(yīng)用前期甚至是車型開發(fā)時同步進行。文章主要從零件、材料工藝及工況三個方面來闡述阿普拉斯焊接技術(shù)在應(yīng)用到汽車車身焊接時需要滿足的工藝條件，同時結(jié)合實際工藝過程對工藝參數(shù)設(shè)定的思路和要求進行了介紹，為阿普拉斯焊接工藝在行業(yè)的應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：阿普拉斯;車身焊接;工藝條件;參數(shù)

中圖分類號：U466" " " 文獻標(biāo)識碼：A" " " 文章編號：1005-2550（2022）04-0038-06

Brief Analysis on The Process Conditions and Parameters of

Arplas Welding

MA Qing， DU Ya-qi， LUO Jie， GU Guo-jing

（ SERES Automobile Co.， Ltd， Chongqing 401133， China ）

Abstract： Arplas welding process is a very good application in improving the appearance quality of body in white and welding some narrow areas.It is gradually adopted by many automobile manufacturers.In the application of Arplas welding process， there are some essential but rarely described technical conditions， which must be met in the early stage and even in the development of vehicle models.The article introduces the process conditions to be met in the application of Arplas welding technology to the automobile body welding from three aspects， including the parts，materials’ process and operating conditions.At the same time， the types and setting requirements of technological parameters are introduced in combination with the actual technological process. All those introductions provide a good reference for the application of Arplas welding process in the automotive industry.

Key Words： Arplas; Body Welding; Process Conditions; Parameters

當(dāng)前用戶越來越注重汽車的外觀感知質(zhì)量，不僅表現(xiàn)在對車身外觀飾件、尺寸匹配、漆膜狀態(tài)等質(zhì)量要求上，對一些可視焊接面的表面質(zhì)量也提出了越來越高的要求[1]。傳統(tǒng)的電阻點焊、弧焊等工藝難以使焊接面達到理想的平整效果，而阿普拉斯焊的應(yīng)用則能夠很好地解決這些痛點[2]。目前，阿普拉斯焊在白車身制造中的已廣泛應(yīng)用于奧迪、奔馳、通用、寶馬、特斯拉等車企[3]。在阿普拉斯焊應(yīng)用于車身焊接時，必須滿足一定的工藝條件以及參數(shù)設(shè)定條件，才能實現(xiàn)工藝應(yīng)用的合理有效，從而促進產(chǎn)品質(zhì)量的提升，滿足生產(chǎn)過程要求。

1" " 阿普拉斯焊接工藝過程簡介

阿普拉斯焊接工藝原理是利用最小的能量輸入，在極短的時間內(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(jié)構(gòu)強度的要求，這種技術(shù)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(shù)的方式和參數(shù)[4]。阿普拉斯焊整體分為兩步（以直接焊為例）：第一步：阿普拉斯Dimple凸起成型工藝;第二步：焊接成型工藝。整體工藝過程如圖1所示：

2" " 阿普拉斯焊接工藝條件

2.1" "焊接部位零件結(jié)構(gòu)及尺寸要求

2.1.1 零件平整度及曲率半徑要求

對于有外觀質(zhì)量要求的焊接應(yīng)用，要求零件的平整度≤0.1mm，否則焊接后可能出現(xiàn)焊接壓痕;曲率半徑要求如表1所示：

2.1.2鈑金搭接尺寸要求

a. 窗框窄邊焊接

窗框零件搭接尺寸的名義要求為5.0mm，窗框零件可以焊接的極限最小搭接尺寸為4.0mm。

b. D柱流水槽與側(cè)圍外板焊接

在對D柱流水槽與側(cè)圍外板搭接部位進行焊接時，對焊接面的尺寸要求包括兩個方面，一是側(cè)圍外板焊接面的折邊長度，在使用13.0mm圓柱電極時（下電極與板件的安全距離為2.5mm情況下），對應(yīng)不同側(cè)圍外板折彎角度情況下，對外板折邊長度的要求如表2所示。圖3中X表示側(cè)圍外板折彎角度，Y為與之對應(yīng)的外板折邊長度。

側(cè)圍外板與流水槽鈑金的搭接尺寸要求：D柱流水槽的焊接可使用不同規(guī)格的電極帽進行，不同的電極帽規(guī)格對應(yīng)的鈑金搭接的尺寸要求不同（如表3所示）。使用φ13.0mm圓柱電極時（下電極與板件的安全距離滿足2.5mm，電極臂與周邊零件的最小安全距離不小于5.0mm時），對流水槽與側(cè)圍外板搭接尺寸的名義要求為13.0mm，極限最小搭接尺寸為7.0mm（此為電極懸空到最大允許值情況下的極限狀態(tài)）;當(dāng)使用12.0mm×7.0mm長方形電極時（下電極與板件的安全距離為2.5mm情況下），對流水槽與側(cè)圍外板搭接尺寸的名義要求為7.0mm。極限最小搭接尺寸為5.0mm（此為凸臺距離切割邊距離最小、電極懸空到最大允許值情況下的極限狀態(tài)）。流水槽與側(cè)圍外板搭接狀態(tài)如圖4。

c. 包邊焊接

如果零件的下表面（A級外觀面）是平直的，為了便于包邊操作，凸臺需要距離外板折過來的切割邊近一些，凸臺中心距離外板折邊切割邊的距離是1.5mm±0.5mm（如圖5上側(cè)所示）。

如果零件的下表面（A級外觀面）有曲面，為了保證在焊接時凸臺得到支撐，凸臺中心距離外板曲面R角處的距離是1.5mm±0.5mm。如果凸臺向右太多，會導(dǎo)致凸臺懸空，無法施加焊接壓力，因此外板和內(nèi)部搭接部分的寬度需要大于5.0mm（如圖5下側(cè)所示）。

2.2" "凸臺成型工藝及尺寸要求

凸臺成型工序可以在零件沖壓時操作（要求沖壓方向與操作面角度小于15°），或采用單獨設(shè)備制作。因為凸起的尺寸質(zhì)量，尤其是銳度，是保證焊點無瑕疵和焊點強度的重要因素，一般采用生產(chǎn)線加工凸起的方式，采用這種方式，可以避免在運輸過程中凸起撞壞。

2.2.1 凸臺的位置

包邊焊：凸臺距離工件邊緣的距離1.5mm ±0.5mm;

直接焊：針對C型焊鉗，凸臺距離零件切割邊的距離≥2.0mm，任何方向上，凸臺距離電極邊緣的最小距離≥1.0mm。

2.2.2 凸臺對中度

典型的合格凸臺橫截面如圖7（a）所示，是左、右對稱的，對稱度的允許偏差一般是板厚的10%（對于1.0mm以下的薄板，這個偏差值可以是0.1mm）。嚴重不對中的凸臺（如圖7（b）所示），會導(dǎo)致其承受不了設(shè)定的焊接壓力，在通電前被電極壓扁，無法焊接，直接影響焊點質(zhì)量。影響凸臺對中的主要因素是沖頭和凹模不在同一中心線上。為保證對中度滿足要求，通常凸臺加工過程中需保證上下模對中度誤差控制在8°以內(nèi)[4]（如圖7（c）所示）。

2.2.3 凸臺的長度

對于不同的焊接部位，凸臺的長度有所不同。用于窗框、流水槽等位置焊接時，凸臺的長度一般為9.0mm，此時，對于凸臺的長度檢查標(biāo)準一般為9.0mm±1.0mm。當(dāng)用于門蓋等包邊焊接時，凸臺的長度約為6.0mm，此時，對于凸臺的長度檢查標(biāo)準一般為6.0mm±1.0mm。

2.2.4 凸臺的高度

阿普拉斯凸臺通常的目標(biāo)高度值是0.7mm?？紤]到生產(chǎn)中各種影響因素，凸臺高度的允許范圍是0.7mm±0.1mm。凸臺高度對能否形成合格焊核非常重要，當(dāng)凸臺高度嚴重超差時，無法通過其他方式如調(diào)整焊接參數(shù)來確保焊接質(zhì)量。

不同厚度的板材要達到需要的凸臺高度時，需采用不同規(guī)格的沖模[4]，當(dāng)工件板厚或材料發(fā)生變化時，需重新確認適合的沖模，沖模規(guī)格與工件厚度對照表建議如表4。

2.3" "焊接材料及工況要求

2.3.1 鈑金表面

除了在設(shè)計上的尺寸以及實際的加工尺寸狀態(tài)及平整度要求滿足焊接工藝外，鈑金表面質(zhì)量也是非常重要，主要包括鈑金表面的潔凈度，要求焊接部位工件表面干凈。針對鍍鋅板，要求鋅層附著牢固，在沖壓后無鋅層脫落或發(fā)生鋅層位移，避免焊接時鋅層破壞堆積，電極帽表面粘鋅，影響焊接表面質(zhì)量。

2.3.2 焊接電極

電極頭的材質(zhì)目前主要為鉻鋯銅材質(zhì)，行業(yè)中也正積極探索其他合金材質(zhì)的應(yīng)用。電極帽的尺寸精度非常重要，包括端面尺寸和壓緊方向的尺寸。端面尺寸的差異會影響電流傳輸密度，導(dǎo)致實際輸出的電流可能存在不足。焊接過程中，電極的行程開度直接影響壓力的輸出，從而影響到焊接的質(zhì)量，而電極帽壓緊方向的尺寸若不穩(wěn)定，直接導(dǎo)致焊接行程出現(xiàn)差異，從而影響壓力，壓力不足或壓力過大，都會影響到實際焊接效果，導(dǎo)致焊接質(zhì)量缺陷。電極頭不宜修磨，在實際生產(chǎn)中確定每對電極具體的焊點數(shù)量，進而設(shè)定報警值和最大值[5]，按時進行更換，避免電極頭磨損嚴重，或發(fā)生嚴重?zé)g，從而影響焊接質(zhì)量狀態(tài)。

2.3.3 焊接工況

阿普拉斯焊機的特點是在極短時間內(nèi)（小于1個周波）達到阿普拉斯焊接必須的電流脈沖峰值，在這個極短的時間里實現(xiàn)合格的焊接質(zhì)量就必須確保焊接參數(shù)在焊接瞬間實現(xiàn)穩(wěn)定，焊接參數(shù)中的焊接壓力對板厚、搭接狀態(tài)、板材形態(tài)等極其敏感，因此必須保證焊接瞬間零件及其搭接狀態(tài)的穩(wěn)定性和一致性。在條件允許下，盡量避免阿普拉斯的焊接工藝過程與其他工藝方式同時進行，可通過規(guī)劃阿普拉斯焊接工藝專用工位或調(diào)整與其他工藝的先后時序進行，同時焊接時保證足夠的定位精度和夾緊力，避免零件位置波動[6]。

3" " 工藝參數(shù)簡介

3.1" "沖凸參數(shù)設(shè)置

由于沖模將確定凸臺的外部形狀，顯而易見，若要制作符合規(guī)范的凸臺，將需要施加一定的最小沖模壓力。另一方面，當(dāng)沖模壓力足以使鈑金材料流入并完全填滿沖模時，則不需要在系統(tǒng)上施加更大的力。最小沖模壓力因產(chǎn)生凸臺的材料和厚度而異。針對鋼材質(zhì)鈑金，根據(jù)實際應(yīng)用情況反饋，每0.1毫米待沖模鈑金的厚度需要1000N的壓力。如果沖模壓力較低，材料則無法填滿沖模，從而阻礙凸臺達到其最終形狀和高度，這樣會使焊接過程不穩(wěn)定。另一方面，當(dāng)施加太大的壓力時，可使沖頭和沖模大范圍磨損，這種情形需要防止。

設(shè)備正式投用前，需要使用零件試片確定最佳工作氣壓。在氣壓比較低時，凸臺高度隨著氣壓升高而增大;當(dāng)氣壓達到一定值后，即使氣壓進一步增加，凸臺高度也不會再增加。找到對應(yīng)的氣壓后，加上15%的安全余量，作為沖凸槍的最佳工作氣壓。如果沒有合適的試片供調(diào)試使用，簡單快捷的確定工作氣壓方法是：設(shè)定5.0bar的工作氣壓即可（對于1.0mm以下普通冷軋鍍鋅板，4.0bar～5.0bar均可保證有足夠的沖壓力）。對于通用型沖凸槍，工作氣壓高于6.0bar時會因為沖壓力過大而造成沖凸槍靜臂變形或損壞，也會加速沖模的磨損。對于只配備了進氣壓力表的沖凸槍，在機器人發(fā)出閉合沖凸槍的命令后，需要至少延遲1.0s時間，才能執(zhí)行打開沖凸槍的命令，以保證沖凸裝置有足夠的時間達到最大沖壓力，形成合格的凸臺。

3.2" "焊接參數(shù)設(shè)置

阿普拉斯焊接的主要焊接參數(shù)為焊接壓力、焊接電流、和焊接時間，焊接過程中，參數(shù)的變化曲線如圖8所示。

從焊接參數(shù)的變化曲線可以看出，在焊接時，當(dāng)足夠的預(yù)壓壓力在壓緊凸臺與外側(cè)鈑金的過程中，焊接電流快速達到峰值，形成足夠的熱量促進凸臺以及與凸臺接觸的鈑金瞬間熔為一體。從曲線系統(tǒng)上看，熔核形成的程度主要體現(xiàn)在預(yù)壓壓力與焊后壓力之間的壓差，這需要在凸臺及鈑金搭接合格的情況下通過足夠的預(yù)壓力和電流來共同完成。通過實際應(yīng)用的情況來看，針對當(dāng)前阿普拉斯焊接所應(yīng)用的D柱流水槽焊接、窗框窄邊焊，焊接位置為鋼材質(zhì)時，應(yīng)用的焊接壓力在950N～1600N之間;包邊焊焊接時，焊接壓力應(yīng)保持在700N～1000N之間。焊接位置為鋁材質(zhì)時，應(yīng)用的焊接壓力在2000N～3000N之間。

壓力的大小主要通過壓力調(diào)節(jié)圓盤完成（如圖9），每旋轉(zhuǎn)一整圈，高度變化1.5mm，壓力變化300N（包邊焊鉗為130N），逆時針旋轉(zhuǎn)將增大焊接壓力，順時針旋轉(zhuǎn)將減小焊接壓力。

焊槍氣源壓力為6.0bar左右，焊槍進氣壓力表一般設(shè)置為3.5bar～4.0bar，即可滿足焊接壓力需求。

相比于電阻點焊，阿普拉斯焊接系統(tǒng)使用了完全不同的參數(shù)配置。這里針對常規(guī)鋼材和鍍鋅材的兩層板直接焊接，焊接時間通常為4ms～8ms，施加到工件上的焊接力在950N～1300N之間，電流峰值在14kA～18kA之間，具體的參數(shù)設(shè)置也會隨著板材厚度、材料、搭接狀態(tài)的不同而存在差異。

4" " 總結(jié)

一種技術(shù)的有效應(yīng)用，必須要在滿足一定的工藝技術(shù)條件的前提下進行。針對阿普拉斯焊接工藝技術(shù)在白車身焊接上的應(yīng)用，必須要滿足相應(yīng)的工藝條件，包括合適的零件結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計、有效的過程工藝要素、合格的工況材料以及合理的參數(shù)設(shè)定等，才能使阿普拉斯焊接工藝實現(xiàn)有效的應(yīng)用。同時隨著工藝的深入應(yīng)用及研究，應(yīng)用條件及規(guī)范也會有進一步的完善。在實際的應(yīng)用過程中，還需要通過一系列質(zhì)量控制和過程維護措施來保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]李維康，陳劍.汽車外觀焊點品質(zhì)要求及控制方法[J].汽車維護與修理，2020（9）：71-72.

[2]彭俊，蘇明，陳紹翰等.白車身側(cè)圍后流水槽焊接工藝技術(shù)分析[J].汽車工程師，2019（12）：12-13.

[3]王康，潘飛.Arplas焊在白車身制造中的應(yīng)用研究[J].時代汽車，2020，49（1）：77-78.

[4]任濤，潘青.阿普拉斯焊接技術(shù)及應(yīng)用[J].電焊機，2014，44（2）：35-36.

[5]宋宏偉，王子辰，張秋花.Arplas焊接技術(shù)應(yīng)用及質(zhì)量控制[J].焊接，2017（9）：37-38.

[6]陳媛媛，徐浩，魏慶豐.白車身焊接誤差原因及控制方法[J].汽車與配件，2014（23）：67-68.

專家推薦語

康" "明

東風(fēng)商用車技術(shù)中心工藝研究所所長

材料科學(xué)與工程專業(yè)" 研究員級高級工程師

本文主要從零件、材料工藝及設(shè)備工況等方面來介紹了在汽車車身焊接時采用阿普拉斯焊接技術(shù)需要滿足的工藝條件，同時結(jié)合實際應(yīng)用對工藝參數(shù)設(shè)定的思路和要求進行了介紹，為阿普拉斯焊接工藝在行業(yè)的應(yīng)用提供借鑒。

本文數(shù)據(jù)可靠，理論正確， 文字流暢，條理清楚，合乎邏輯，具有一定的實用性。