降低汽車焊裝自動化生產(chǎn)線焊點飛濺率

郭峰，趙延鵬，胡夢婷

奇瑞汽車股份有限公司 安徽蕪湖 241006

近年來隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展，焊裝生產(chǎn)線逐漸向智能化、無人化發(fā)展，產(chǎn)線容量越來越大，生產(chǎn)效率也逐漸提高?；谑袌?，客戶的需求，汽車制造行業(yè)對安全，防腐要求越來越高，車身鈑金搭接關系越來越復雜，在滿足焊接強度的同時，焊點外觀質(zhì)量需要同步提升。焊接過程產(chǎn)生火花飛濺現(xiàn)象不僅會影響焊點質(zhì)量，還會使工件表面產(chǎn)生毛刺，同時飛濺的火花也影響生產(chǎn)環(huán)境，帶來安全隱患。

焊點飛濺的不良影響

焊點飛濺按產(chǎn)生時期可分為前期和后期兩種；按產(chǎn)生部位可分為內(nèi)飛濺（焊接板件之間）和外飛濺（焊件與電極接觸側）兩種。圖1所示的前期飛濺產(chǎn)生于焊接板件之間，伴隨著的飛濺毛刺以及現(xiàn)場較大的飛濺火花；圖2所示的后期飛濺產(chǎn)生于焊點邊緣，伴隨表面的飛濺、毛刺以及現(xiàn)場較小的飛濺火花。

圖1 前期飛濺示意

圖2 后期飛濺示意

焊點飛濺產(chǎn)生的毛刺在后續(xù)需要人工用打磨機進行打磨，造成人員的浪費。因此，焊點飛濺存在以下方面的不良影響：焊接質(zhì)量、車身外觀、車間衛(wèi)生及人員安全。

飛濺產(chǎn)生原因分析

1.影響因素

（1）焊槍修磨 設備因素主要從焊槍以及焊槍修磨的角度出發(fā)分析。保證焊槍工作狀態(tài)正常的情況下對焊槍修磨狀態(tài)進行確認，內(nèi)容包括電極帽對中性、電極帽修磨狀態(tài)確認以及修磨刀片磨損情況。

（2）示教確認 示教主要確認焊接程序，對焊點位置糾正、焊接姿態(tài)修正、固定側貼板件確認、焊接順序確認以及焊接過程的干涉確認。主要判定機器人在焊接過程中的工作狀態(tài)是否符合要求等。

（3）板件搭接 板件搭接對于焊槍在焊接過程起到一定的影響，其確認內(nèi)容主要包括板件搭接間隙、板件搭接錯邊、板件變形問題以及板件精度偏差確認等。

（4）焊接參數(shù) 焊接參數(shù)的改變對焊接過程狀況具有較大的影響。焊接參數(shù)確認內(nèi)容主要包括加壓速度、焊接電流、緩解壓力以及焊接時間等。

（5）車身精度 車身精度主要影響焊點位置以及板件搭接狀態(tài)，影響車身精度的要素復雜，本文主要通過臺車精度預防、夾具測量預防、焊槍精度保養(yǎng)以及循環(huán)示教維持來穩(wěn)定車身精度狀態(tài)，并從上述方面進行逐一確認與排查。

（6）環(huán)境影響 環(huán)境影響主要由工件焊接面整潔程度進行排查，確認焊接面有無油污、雜質(zhì)等，排查電極帽表面有無雜質(zhì)。

從上述六個方面對影響焊點飛濺的因素進行排查，總結出以下需要確認的因素并進行逐一確認，其內(nèi)容見表1。

表1 影響焊點飛濺率確認因素

2.因素確認

（1）焊接邊有效尺寸 通過抽取側圍門洞、縱梁搭接邊區(qū)域，判定有效焊接邊尺寸是否滿足要求來進行確認。

經(jīng)過確認，前門洞焊接料邊有效尺寸均＞11.8mm，縱梁焊接料彼岸有效尺寸均＞13mm。因此，焊接邊尺寸并非產(chǎn)生焊接飛濺的主要原因。

（2）焊接面變形 通過排查帶有曲率的焊接面，判定焊接面無變形，曲率400以上，測量側圍與頂蓋搭接面結合現(xiàn)場目視進行確認。

經(jīng)過測量，側圍門洞、縱梁搭接邊區(qū)域焊接面曲率均＞400，因此焊接面變形不是焊接飛濺產(chǎn)生的主要原因。

（3）零件匹配間隙 通過設備工裝工藝驗證，采集200組數(shù)據(jù)進行零件匹配驗證，通過判定1mm以上板厚間隙0.5mm以下，1mm以下板厚間隙1mm以下。

測量零件間匹配間，1mm以上板厚間隙測量均值在0.2～0.3之間，1mm板厚間隙測量均值0.5mm，符合要求。因此得出零件匹配間隙不是產(chǎn)生焊接飛濺的主要原因。

（4）焊接電極錯位與電極端面直徑 通過隨機抽取前后縱梁相關工位，進行測量驗證。通過判定焊槍上下電極閉合狀態(tài)下，中心線是否在0.5mm范圍內(nèi)，電極修磨是否在6～8mm之間。經(jīng)過改善，將焊槍上下電極居中垂直，并將電極帽表面修磨平整且機器人電極臂無晃動，仍會產(chǎn)生焊接飛濺。因此，焊接電極錯位與電極端面直徑并非產(chǎn)生焊接飛濺的主要原因。

（5）電極修磨 通過隨機抽取前后縱梁相關工位進行測量驗證，電極修磨頻次控制在300，調(diào)整到修磨頻次100。通過調(diào)整電極修磨頻次，各進行25班次2500次飛濺統(tǒng)計。修磨頻次300下的焊接飛濺率為31.5%，修磨頻次100下的焊接飛濺率為30.4%。因此修磨頻次不是產(chǎn)生焊接飛濺的主要原因。

（6）焊接電流 通過隨機抽取側圍加強板相關工位，進行測量驗證，判定焊接電流超差在1%范圍內(nèi)。如圖3所示，對焊接電流進行檢測后分析得出，焊接過程中，涂膠、臟污，裝配間隙變化等情況會導致電阻產(chǎn)生變化，從而導致焊接電流發(fā)生變化。因此，焊接電流過大是產(chǎn)生焊接飛濺的主要原因之一。

圖3 焊接電流監(jiān)測情況

（7）焊接時間 通過隨機抽取前后縱梁相關工位，進行測量驗證，以焊接時間按照不同板厚要求執(zhí)行。焊接參數(shù)見表2。

表2 焊接工藝參數(shù)

經(jīng)過驗證得出，由于不同焊接狀況的影響，焊接參數(shù)（焊接時長）同樣也會造成焊接飛濺。因此，焊接時間過長同樣是產(chǎn)生焊接飛濺的主要原因。

對策實施

經(jīng)過上述分析得出，焊接電流、焊接時間設置不當是產(chǎn)生焊點飛濺的主要原因。因此制定對策，將焊接參數(shù)進行優(yōu)化并固化，輸入“自適應參數(shù)”。采用SAIRS 自適應方式采集次級電壓及次級電流，根據(jù)動態(tài)電阻變化及時調(diào)整焊接電流、焊接時間，消除參數(shù)影響，確保焊接能量、焊核直徑與焊接質(zhì)量。

（1）板件間有膠 設備通過焊接時間延長，將焊接電流輕微增長，以補償擊穿膠所損耗的能量。調(diào)整過程如圖4所示。

圖4 板件間有膠情況下的參數(shù)調(diào)整

（2）鍍鋅板焊接 由于鍍鋅板較小的接觸電阻，設備自動通過增加電流得到補償。調(diào)整過程如圖5所示。

圖5 鍍鋅板焊接情況下的參數(shù)調(diào)整

（3）板件存在間隙 當板件間存在間隙，焊接飛濺出現(xiàn)時，設備通過焊接電流的變化進行控制，減少飛濺火花。調(diào)整過程如圖6所示。

圖6 板件存在間隙情況下的參數(shù)調(diào)整

通過選取驗證參數(shù)，經(jīng)過試板驗證、焊點強度確認最終確定驗證參數(shù)。將參數(shù)輸入，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，在現(xiàn)場確認該參數(shù)下無焊接飛濺現(xiàn)象產(chǎn)生。將焊點進行鑿檢確認后得出，該狀況下的焊接過程無焊點飛濺現(xiàn)象，并且焊點強度滿足要求。圖7為飛濺確認現(xiàn)場，圖8為鑿檢確認現(xiàn)場。

圖7 飛濺確認現(xiàn)場

圖8 焊點鑿檢確認

經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化后，參數(shù)對比情況如圖9所示。通過該方法進行運用，將焊點改善情況與焊接飛濺率進行統(tǒng)計，如圖10所示。

圖9 參數(shù)使用前后焊接電流對比

圖10 焊點飛濺改善情況

結語

本文通過對影響焊點飛濺的因素進行分析，最終通過各項驗證措施逐步排查確認產(chǎn)生焊點飛濺的主要原因，并通過采用SAIRS 自適應方式來減少焊接飛濺現(xiàn)象的產(chǎn)生。采用SAIRS 自適應方式后，將焊點飛濺率降低至10%左右。不僅有效減少焊裝車間火花四濺的現(xiàn)象，同時進一步節(jié)約能耗，為實現(xiàn)智能化、自動化的焊裝生產(chǎn)線奠定了基礎。