點(diǎn)焊機(jī)器人電極修磨淺析

汪飛，毛建華，葉少劍，林讀超，田永強(qiáng)

1.廣汽乘用車(杭州)有限公司，浙江杭州 310000；2.廣汽乘用車有限公司宜昌分公司，湖北宜昌 443000

0 引言

電阻點(diǎn)焊因其生產(chǎn)效率高、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于車身制造中，焊接過程是由動(dòng)、靜臂兩端電極加壓通電使金屬板材局部熔化，重新凝固結(jié)晶形成焊核[1]。當(dāng)電極焊接一定次數(shù)后會(huì)堆積較厚合金層及氧化物、表面凹凸變形，導(dǎo)電性變差影響焊接品質(zhì)。此時(shí)可以通過增大電流和修磨兩種方法繼續(xù)保證焊接品質(zhì)，前者增大電流不修磨，在焊接一定數(shù)量之前無影響，但是焊接一定數(shù)量后焊點(diǎn)品質(zhì)明顯下降，并且不斷惡化，從而無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

隨著提高車身防腐性能和輕量化的世界發(fā)展潮流，鍍鋅板與熱成型鋼越來越多使用于車身裝焊中，這些材料表面帶有涂層，相比于傳統(tǒng)的冷軋鋼板，可焊性差且對(duì)修磨品質(zhì)更敏感更嚴(yán)格。在電阻點(diǎn)焊高溫高壓環(huán)境下，涂層熔化與電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，繼而滲入電極中，并在電極端面堆積，經(jīng)多次堆積后，電極將被堆積層覆蓋，最終損壞電極，甚至可能引起電極斷裂。有些合金層會(huì)從電極上剝落，粘在金屬板上，因而造成車身表面缺陷。盡管合金層會(huì)掉落一部分，但是大部分仍然粘在電極端面上，導(dǎo)致通過的電流減小，使得焊接條件變差,甚至形成冷焊。升高電流的方法對(duì)電極不利，因?yàn)楦蟮碾娏鲿?huì)使電極端部變軟，促使鍍鋅材料在電極上擴(kuò)散更多，導(dǎo)致電極端面上堆積物更厚。因此必須采取一些措施清潔電極端面,保持良好的焊接條件。

采用周期性修磨方法時(shí)，焊接第一個(gè)點(diǎn)和最后一個(gè)點(diǎn)品質(zhì)差別不大。由于經(jīng)過周期性修磨之后，電極表面恢復(fù)了原來的形狀和平整度，因此焊接品質(zhì)可以一直保持下去，節(jié)約成本延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，現(xiàn)在大部分主機(jī)廠選擇第二種方法保證焊點(diǎn)品質(zhì)[2]。電極修磨的最大作用是通過研磨電極面，清理鍍鋅鋼材焊接過程中堆積在電極面上的合金層，還原電極面形狀，從而延長(zhǎng)電極使用壽命。這是目前最有效最便捷的電極管理方案。電阻焊焊接的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益均取決于電極使用壽命能否延長(zhǎng)。

1 機(jī)器人電極修磨要點(diǎn)

電極修磨主要是對(duì)焊接生產(chǎn)中磨損的電極帽進(jìn)行打磨使其恢復(fù)原來的形狀、尺寸并去除氧化物。目前主機(jī)廠使用比較多的是某品牌生產(chǎn)的CDK-R型和CDKR-PDW-AI-400型修磨機(jī),如圖1所示。CDK-R型修磨機(jī)的工作原理為：上下電極移動(dòng)到刀具兩側(cè)，合槍加壓，同時(shí)刀具高速運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，壓堆變形和氧化物被清理;CDKR-PDW-AI-400型即擺臂型修磨機(jī)，是用于固定焊鉗的在線修磨設(shè)備，當(dāng)焊槍需要修磨時(shí)擺臂擺動(dòng)至與電極同心位置對(duì)電極進(jìn)行修磨，完成修磨后擺臂返回原位。使用配套的KTW系列刀片，當(dāng)修磨壓力為1 078～1 470 N時(shí)可完成修磨;當(dāng)壓力小于1 078 N時(shí)，修磨量少，影響修磨效果;當(dāng)壓力大于1 470時(shí)，鑒于電極帽形狀可能導(dǎo)致修磨機(jī)停機(jī)，或者導(dǎo)致刀片以及夾具損壞，上下電極由于焊接與修磨造成長(zhǎng)度的變化，浮動(dòng)裝置可以調(diào)整修磨本體的位置保持上下電極能同時(shí)進(jìn)行修磨。

圖1 修磨機(jī)示意

選擇合適的修磨參數(shù)是保證修磨品質(zhì)和延長(zhǎng)刀片使用壽命的關(guān)鍵因素。圖2顯示的是未使用的電極帽在1 s內(nèi)的修磨量，通過加壓力的調(diào)整，若希望在1 s內(nèi)修磨0.1 mm時(shí)，加壓力設(shè)置為1 078 N；通過修磨時(shí)間調(diào)整，若希望在加壓力1 470 N下修磨0.1 mm時(shí)，修磨時(shí)間設(shè)置為0.7 s左右。上述切削時(shí)間為初期設(shè)定的基準(zhǔn)，在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)修磨不徹底或電極消耗過快等情況下，可以根據(jù)電極的實(shí)際情況選擇合適的修磨條件，通常生產(chǎn)200～300點(diǎn)后對(duì)電極修磨1～2 s。其中電極帽材質(zhì)為CUCR;電極帽形狀為先端形狀φ6～8 mm，外徑φ16 mm;使用刀片為KTW-12T;修磨機(jī)回轉(zhuǎn)速為272 r/min。

圖2 加壓力與修磨量的變化曲線

2 機(jī)器人電極修磨異?，F(xiàn)象

2.1 塞屑

機(jī)器人電極修磨時(shí)，動(dòng)、靜臂電極同時(shí)在兩側(cè)刀刃處進(jìn)行修磨，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的銅屑，而排屑孔又被兩端電極帽擋住，修磨完成后，刀刃處還有殘余的銅屑[1]，如圖3所示。因此，每次修磨后都需要通過吹氣裝置清理刀具，防止堵塞，保證修磨品質(zhì)。當(dāng)吹氣裝置偏離刀具時(shí)，不能有效清理銅屑等雜物，使得下次修磨時(shí)電極表面修不干凈，或者表面殘留銅屑，會(huì)造成焊點(diǎn)表面不平整，嚴(yán)重情況下會(huì)產(chǎn)生虛焊不良。因此，應(yīng)定期檢查吹氣管是否對(duì)準(zhǔn)刀具中心以及吹氣裝置的有效性。

圖3 塞屑示意

2.2 刀片磨損

刀片屬于易損件，具有一定的壽命，隨著修磨次數(shù)的增加，刀刃處會(huì)產(chǎn)生磨損現(xiàn)象(圖4)，使得電極表面氧化物未清理干凈。尤其對(duì)于現(xiàn)在高自動(dòng)化率生產(chǎn)線而言，刀片磨損往往會(huì)造成批量性的虛焊不良。隨著汽車防腐性能和輕量化要求越來越高，鍍鋅鋼板越來越多應(yīng)用于車身制造中，在焊接過程中電極與鋅層反應(yīng)生成銅鋅合金(表1)，大大降低了導(dǎo)電性能，及時(shí)將合金層清除干凈對(duì)保證焊點(diǎn)品質(zhì)至關(guān)重要，應(yīng)定期更換刀片，檢查修磨效果[3]。刀片使用壽命除了和焊接板材及環(huán)境有關(guān)，刀片材料是影響其壽命的最主要因素之一，目前制作材料主要有硬質(zhì)合金鋼、高速鋼+涂層，前者壽命較長(zhǎng)。

圖4 刀片磨損示意

表1 銅鋅合金化學(xué)成分單位:%

2.3 電極修偏

電極修偏常常使電極表面產(chǎn)生凸點(diǎn)或殘留氧化層，此狀態(tài)電極會(huì)造成虛焊、氣孔等不良，電極修偏示意如圖5所示。

圖5 電極修偏示意

電極修偏主要產(chǎn)生原因如下：

(1)焊槍上、下電極不同心；

(2)電極與刀具不同心，即修磨姿態(tài)異常。此時(shí)應(yīng)調(diào)整焊槍的上、下電極使之同心，對(duì)擺臂進(jìn)行調(diào)整，使電極與刀具同心誤差小于0.3 mm。

2.4 電極與刀片不匹配

由于車身焊接環(huán)境不一致，所以需要設(shè)計(jì)不同形狀和大小的電極來滿足裝焊要求，以某車間為例，電極種類多達(dá)十幾種。因此，需要根據(jù)不同的電極設(shè)計(jì)其相匹配的刀片和刀架，否則會(huì)產(chǎn)生修磨掉帽、修磨不良等缺陷。如圖6所示，首次修磨時(shí)電極與刀片不匹配，電極端面和刀片有2 mm間隙，自動(dòng)修磨時(shí)電極端面未修到，如圖7所示。而且刀片和刀架在高速運(yùn)轉(zhuǎn)與電極相互受力，產(chǎn)生修磨掉帽現(xiàn)象，導(dǎo)致停線嚴(yán)重影響生產(chǎn)開動(dòng)率。

圖6 電極與刀片不匹配示意

圖7 電極修磨不良示意

3 結(jié)束語

在高效自動(dòng)生產(chǎn)線中，電極修磨不良是造成虛焊等不良缺陷的主要因素，選取合適的修磨參數(shù),并根據(jù)不同修磨不良現(xiàn)象查找原因，對(duì)保證焊點(diǎn)品質(zhì)、延長(zhǎng)刀片使用壽命、節(jié)約電極成本具有重要意義。