焊接軌跡與修磨刀片調整對提升白車身質量的研究

摘要：隨著工業(yè)的進步及在“中國制造2025”的背景下，我國汽車生產制造業(yè)再次飛速發(fā)展。白車身是汽車組成的核心部分，白車身由沖壓廠的各種沖壓件通過點焊焊接而成，而電阻點焊工藝對白車身質量起著關鍵性作用。以吉利汽車某公司的—3B車型焊裝生產線為例，解決焊點咬邊導致焊點咬邊扭曲、焊點壓痕深導致飛濺冷卻后形成焊瘤等問題，通過對焊接軌跡的調整和修磨刀架的優(yōu)化改善以上問題，實現(xiàn)了質量、生產節(jié)拍以及員工滿意度的提高。

關鍵詞：焊接軌跡;修磨刀架;白車身;提升質量

中圖分類號：U466收稿日期：2022—03—14

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.05.017

汽車白車身的生產成本占據(jù)整車制造成本的一半以上，以吉利某公司—3B車型為例，白車身制造是由自動線完成最后主要的拼接（其中未包含四門兩蓋）。白車身的點焊和整車的質量、生產節(jié)拍以及生產成本直接掛鉤，在白車身的制造過程中，焊接飛濺和焊瘤是白車身制造領域中無法避免的問題缺陷，如果不處理會導致較嚴重的后果，比如：影響后續(xù)涂裝的車漆噴涂、人工工位的劃傷以及留在車身內部后期會造成異響等危害。

本文詳細介紹了現(xiàn)場改善研究的過程，利用焊接軌跡的調整和焊接設備的優(yōu)化調試減少了飛濺和焊瘤，通過修磨刀片單葉更換為三葉后，提升了電極帽利用率并提高了生產效率，通過增加電極帽使用次數(shù)，節(jié)省了生產成本，減少了更換電極帽造成的生產等待時間。

1 焊接焊瘤及飛濺原因分析

焊接產生的飛濺和焊瘤原因，經分析討論總結為以下三點：

a.焊接時過于靠近板件邊緣導致在焊鉗夾緊時形成焊接飛濺，在邊緣處焊接會把飛濺出的焊渣全部遺留在白車身內部，為后續(xù)工作帶來難度。

b.因修磨不均，電極帽端口修磨長度偏差較大，導致焊鉗在夾緊焊接時存在間隙。如果預壓時間充裕則不會發(fā)生問題，但是如果預壓不足將會炸點，從而形成焊瘤甚至焊穿板件。

c.焊接控制器輸出波動也是造成焊接不穩(wěn)定的因素，如果輸出小了會形成虛焊或者粘帽，但輸出范圍超出了設定的范圍值也會擊穿板件。

經過對現(xiàn)場日常生產情況的觀察，圖1為焊接時過于靠近邊緣導致飛濺現(xiàn)象發(fā)生，從圖1可以明顯看到，黑色部分為焊接飛濺的痕跡。圖2為因修磨不均電極帽端口修磨長度偏差大，后期在焊接時形成焊瘤。

2 解決問題的計劃

解決飛濺和焊瘤問題，擬從以下四個方面著手進行：

a.從簡單的機器人焊鉗的焊接軌跡和焊接狀態(tài)入手，看能否通過簡單的調試解決問題。

b.在改進中，觀察電極帽規(guī)格是否與狹小空間處的焊點產生干涉，如果存在干涉可更換電極帽規(guī)格尺寸。

c.試驗測出修磨次數(shù)在多少次時電極帽是最安全、最極限的使用狀態(tài)，確保其不會有修穿或者粘帽現(xiàn)象產生，確保電極帽在最優(yōu)狀態(tài)。

d.減少MB50工位的工作時長，大幅提高生產節(jié)拍的同時也應提高員工的滿意度。

3 項目改造方案

3.1調整焊接設備參數(shù)

焊接控制器原理是把三相電源轉變成穩(wěn)定的單相電，通過把380 V三相電的電壓提高到514 V后，再通過變壓器轉換和整流變成可提供焊接電焊使用的直流電。焊接壓力則是指焊鉗夾緊的力，因為有的焊點需要連接兩層板件，而有的復合型較高的焊點需要更多的板件且厚度也不同，所以焊接的壓力參數(shù)非常重要。因此，車身設計期間工藝部門均會規(guī)定出相應的參數(shù)和標準范圍，一旦超出或者產生波動，這些都將成為影響車身質量的重要因素。

對二線自動線上的車身焊接控制器（共計42臺）的電流和壓力輸出值進行測量，檢測結果顯示：12臺機器人電流和壓力輸出值有波動，但均在標準范圍內（電流范圍在—5%～10%，壓力為±500 N）。其后對12臺波動有問題的焊接設備進行壓力/電流標定，使輸出數(shù)值穩(wěn)定（圖3）。

3.2 對焊瘤、炸點的控制

每次的焊接均會發(fā)生合金化反應和形態(tài)變形，同時還附著了很多雜質，當再次焊接時，過高的溫度和壓力將形成炸點。除了這一因素外還有其它因素也會形成炸點現(xiàn)象，如電極帽的質量、修磨刀片的數(shù)量等。通過調整機器人焊鉗夾緊時的壓力以及刀片的轉速快慢，可以解決形態(tài)變形和清除電極帽上的雜質。

3.3 更換修磨刀片

改善前，焊裝廠應用了魯茲單葉修磨刀片進行修磨，修磨現(xiàn)狀如圖4所示，可看出削出的廢屑又多又不平整，且修磨過后電極表面參差不齊，因此易形成炸點和焊瘤，此時電極壽命極限位15次。經改善，使用法信的三葉電極修磨刀片后效果明顯提升（圖5），電極修磨量少且效果光滑，修磨次數(shù)極限達到30次，利用率提升了一倍。

3.4添加修磨狀態(tài)檢測裝置

在對修磨刀片進行更換后，還需添加修磨狀態(tài)檢測裝置以保證修磨質量，消除電極帽端面氧化層以及焊接時產生的高溫附著異物，保證焊接端面沒有凹凸以及無異物。

STC調試技術對現(xiàn)場電阻焊焊接參數(shù)進行了電阻曲線圖分析，從而獲得理想的焊接參數(shù)（圖6），該功能需要同時打開UIR調節(jié)和監(jiān)控功能。UIR功能可以有效監(jiān)控電極帽修磨后的狀態(tài)，有效保證焊接質量，并防止虛焊批量發(fā)生。電極電壓

4 優(yōu)化前后效果對比

因為發(fā)生焊接飛濺的工位是側圍自動線處，側圍總成焊接完畢后由二線主焊線（二線MB自動線）與下部車身進行拼接組裝，在MB50工位設有焊接質量檢查處理崗，側圍自動線前期形成了大量的焊接飛濺與焊瘤導致該工位工作量的增加，經過此次優(yōu)化處理得到了有效的改善。

優(yōu)化前，側圍自動線的車會在MB50工位的質量檢查處理崗進行質量檢查，打磨機可快速去除毛刺和焊瘤。但考慮到現(xiàn)場環(huán)境及白車身潔凈度等因素，MB50工位上的兩名員工使用銼刀去除故障點（圖7）耗時較長，造成勞動強度大，光打磨門框焊點毛刺的單項工作就占用了總工時的2/3時間（圖8），作業(yè)任務無法按時完成，造成了工時超時，并導致后續(xù)工序指認前段工序問題的惡性循環(huán)狀態(tài)。

優(yōu)化后，打磨點數(shù)減少，生產節(jié)拍大幅提升，產品質量也隨之提高，同時員工的滿意度也大大提高。經計算，自動線單個修磨刀片可節(jié)約3 000元，焊裝自動線共計121臺焊接機器人，共計可節(jié)約3000x121=363000元。

5 結語

本文通過點焊機器人的工作狀態(tài)，分析了焊接時形成的焊瘤與飛濺問題。吉利汽車某分公司焊裝廠成立了項目小組，解決了由焊接飛濺和焊瘤導致的直接和潛在問題，達到了預期目標。

例如：對于由于電極帽規(guī)格導致咬邊造成的焊接飛濺，電極帽修磨不均導致形成的焊瘤，以及可能造成的焊穿不可修復的潛在問題，MB自動線員工的工作量等各種問題，根據(jù)現(xiàn)場觀測統(tǒng)計出的有效數(shù)據(jù)，確定出問題的關鍵點并指定了解決方針，在解決問題的過程中通過記錄項目開展的所有歷程，確定了排產方向和范圍，將焊接問題所導致的影響白車身質量的各個因素進行總結，且制作成示范案例。

優(yōu)化處理結果證明，該優(yōu)化方案值得向其他公司推廣，且為后續(xù)中國汽車制造提供了經驗。

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作者簡介：

李建東，男，1998年生，工程師，研究方向為設備管理和維護。