汽車白車身機(jī)器人電阻點(diǎn)焊質(zhì)量常見(jiàn)缺陷分析與改善方法

摘 要：在汽車車身制造行業(yè)中，電阻點(diǎn)焊是一種高速、經(jīng)濟(jì)的連接方式，也是汽車生產(chǎn)中不可缺少的一部分。為提高生產(chǎn)效率及降低生產(chǎn)成本，越來(lái)越多機(jī)器人出現(xiàn)在各車企的生產(chǎn)線上，其中點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車制造行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接質(zhì)量也隨之而來(lái)，電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量直接會(huì)影響到車身的強(qiáng)度降低及安全性能。因此點(diǎn)焊的質(zhì)量提升需要越來(lái)越受到重視，同時(shí)對(duì)電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量也提出了更高的要求。本文主要探討點(diǎn)焊機(jī)器人焊接產(chǎn)生的常見(jiàn)缺陷焊穿、脫焊、焊點(diǎn)扭曲、裂紋、毛刺、壓痕過(guò)深、邊緣焊點(diǎn)、漏焊、焊點(diǎn)偏差等原因分析及改善方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人點(diǎn)焊 焊接缺陷 分析 改善

隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)器人應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，其中點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車制造行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。汽車生產(chǎn)中，點(diǎn)焊被視為最基本的焊接方式，也是汽車生產(chǎn)中不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的點(diǎn)焊是由人工完成的，但是人工點(diǎn)焊存在很多不足，如操作單調(diào)、效率低、質(zhì)量難以控制等等。因此，自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)器人正逐漸取代手工點(diǎn)焊的地位。

然而，隨著白車身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和點(diǎn)焊質(zhì)量要求的提高，機(jī)器人點(diǎn)焊也出現(xiàn)了一系列問(wèn)題。其中質(zhì)量問(wèn)題是點(diǎn)焊機(jī)器人目前面臨的主要問(wèn)題，點(diǎn)焊質(zhì)量不好會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的強(qiáng)度下降，從而影響整個(gè)汽車的質(zhì)量和使用壽命。

本文基于白車身機(jī)器人點(diǎn)焊質(zhì)量問(wèn)題及改善方法，通過(guò)對(duì)機(jī)器人點(diǎn)焊的原理和特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際案例，探討白車身機(jī)器人點(diǎn)焊質(zhì)量問(wèn)題的原因和改善方法。本研究旨在提高白車身機(jī)器人點(diǎn)焊質(zhì)量，為汽車制造行業(yè)提供技術(shù)支持和指導(dǎo)。

1 電阻點(diǎn)焊的特性

（1）靠尺寸不大的熔核連接；

（2）在大電流、短時(shí)間的條件下焊接；

（3）在熱和機(jī)械力聯(lián)合作用下形成焊點(diǎn)。

點(diǎn)焊是一種高速經(jīng)濟(jì)的重要連接方法，適用于制造可以采用搭接、接頭不要求氣密、厚度小于3mm的沖壓軋制的薄板構(gòu)件。

2 電阻點(diǎn)焊車身車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

對(duì)于白車身焊接來(lái)說(shuō)，電阻點(diǎn)焊主要用于其薄板結(jié)構(gòu)的焊接，有6大特點(diǎn)：

（1）熱量集中、加熱時(shí)間短、焊接變形小；

（2）冶金過(guò)程簡(jiǎn)單；

（3）能適應(yīng)多類同種及異種金屬的焊接；

（4）工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化及自動(dòng)化；

（5）焊接生產(chǎn)率高，成本低；

（6）勞動(dòng)環(huán)境較好，污染小。

故電阻點(diǎn)焊在汽車白車身焊裝中占據(jù)主導(dǎo)地位，整車白車身95%的拼接是靠電阻點(diǎn)焊焊接完成的，以下為白車身框架，如圖1。

3 電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量的影響因素

電阻點(diǎn)焊的缺陷按顯現(xiàn)部位不同，可分為外表缺陷與內(nèi)部缺陷，缺陷的形成原因眾多，分析時(shí)應(yīng)抓住主導(dǎo)原因。

3.1 焊接電流的影響

（1）焊接電流對(duì)產(chǎn)熱的影響比電阻和通電時(shí)間大，它是平方正比關(guān)系，因此是必須嚴(yán)格控制的重要參數(shù)。除電流總量外，電流密度對(duì)加熱也有顯著影響。

（2）增大電極接觸面積或凸焊時(shí)凸點(diǎn)尺寸過(guò)大，都會(huì)降低電流密度和焊接熱量，從而接頭強(qiáng)度下降。

（3）電流密度過(guò)大，將導(dǎo)致焊縫金屬飛濺，形成空腔、焊縫開(kāi)裂及力學(xué)性能降低。

3.2 通電時(shí)間的影響

（1）電阻點(diǎn)焊時(shí)，為了保證熔核尺寸和焊點(diǎn)強(qiáng)度，焊接時(shí)間和焊接電流在一定范圍內(nèi)可以互為補(bǔ)充，總熱量既可通過(guò)調(diào)節(jié)電流也可通過(guò)調(diào)節(jié)焊接時(shí)間來(lái)改變。但傳熱情況與時(shí)間有關(guān)。

（2）為了獲得一定強(qiáng)度的焊點(diǎn)，可以采用大電流和短時(shí)間——強(qiáng)條件（硬規(guī)范）焊接，也可以采用小電流和長(zhǎng)時(shí)間——弱條件（軟規(guī)范）焊接。

（3）在生產(chǎn)中選用強(qiáng)條件還是弱條件要取決于金屬的性質(zhì)、厚度和所用焊接電源的功率。

3.3 電極壓力的影響

（1）電極壓力對(duì)兩電極間總電阻R有顯著影響，隨著電極壓力增大，引起界面接觸電阻減少。此時(shí)，焊接電流雖因電阻減少而略有增加，但不足以影響因R減少而引起產(chǎn)熱量的減少。所以焊點(diǎn)強(qiáng)度總是隨電極壓力的增大而降低。

（2）為了使焊接熱量達(dá)到原有水平，保持焊點(diǎn)強(qiáng)度不變，在增大電極壓力的同時(shí)，也適當(dāng)增大焊接電流或延長(zhǎng)焊接時(shí)間以彌補(bǔ)電阻減小的影響。

（3）若電極壓力過(guò)小，將引起金屬飛濺，也會(huì)引起焊點(diǎn)強(qiáng)度下降。在確定電極壓力時(shí)，還必須考慮到備料或裝配質(zhì)量，如果工件已經(jīng)變形，以致焊接區(qū)不能緊密接觸，則需采用較高的電極壓力以克服這種變形。

4 電阻點(diǎn)焊焊接缺陷、分析控制

電阻點(diǎn)焊的缺陷的種類：毛刺、虛焊、焊點(diǎn)扭曲、焊穿、裂紋、壓痕過(guò)深、邊緣焊點(diǎn)、焊點(diǎn)偏差。

4.1 焊點(diǎn)毛刺分析控制

4.1.1 焊接過(guò)程中產(chǎn)生焊點(diǎn)毛刺的主要原因分析

焊接毛刺是焊接點(diǎn)焊生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常容易出現(xiàn)的焊接缺陷，由于焊接毛刺的出現(xiàn)是造成下道工序的投訴。如果在總裝車間，比如焊接毛刺很多，導(dǎo)致裝膠條邊時(shí)，劃傷員工的手指。焊接毛刺的產(chǎn)生增加了顧客對(duì)車子的抱怨。所以說(shuō)一直以來(lái)焊接毛刺是我們需要及時(shí)解決的問(wèn)題。

4.1.2 焊接焊點(diǎn)毛刺的產(chǎn)生有很多的原因

焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、零件表面有油污、零件搭接離空這些原因都會(huì)導(dǎo)致焊接毛刺的產(chǎn)生。如果焊接電流過(guò)大，焊點(diǎn)熔核部位溫度就非常的高，如果電流很大，熔核外部的塑形環(huán)就會(huì)破裂，焊接飛濺很大，導(dǎo)致焊接毛刺的產(chǎn)生。如果電流大而電極壓力小也有可能會(huì)產(chǎn)生毛刺的。如果零部件的表面有油污這樣也會(huì)產(chǎn)生焊接毛刺，零件的離空就更增加了焊點(diǎn)的毛刺產(chǎn)生率。

4.1.3 焊點(diǎn)毛刺的原因分析與控制方法

產(chǎn)生原因：電極端面修磨不平不對(duì)中，而不能形成均勻的電流通道，可能接觸的只是一部分，電流密度大，而產(chǎn)生毛刺。

控制措施：操作工應(yīng)得到充分的培訓(xùn)，熟練掌握操作技能和本工序質(zhì)量控制方法，并且取得上崗資格；明確質(zhì)量特性技術(shù)要求和控制目標(biāo)，做好設(shè)備工裝的維護(hù)保養(yǎng)和點(diǎn)檢；電極要磨得平整不能磨個(gè)橢圓及磨斜之類的。

產(chǎn)生原因：焊接電流過(guò)大，熔核外部的塑形環(huán)就會(huì)破裂，焊接飛濺很大導(dǎo)致焊接毛刺的產(chǎn)生。

控制措施：焊接方式，單脈沖改為多脈沖降低預(yù)熱及焊點(diǎn)電流。

產(chǎn)生原因：電極與零件表面不垂直，導(dǎo)致焊點(diǎn)扭曲而產(chǎn)生分毛刺。

控制措施：焊鉗控制與零件垂直，且與零件保持距離，在電阻焊點(diǎn)焊中焊接過(guò)程要求是焊件與電極成垂直90°。產(chǎn)生原因：焊件配合間隙大：由于焊件離空，在電極加壓過(guò)程中電極壓凹零件面和不能使焊件緊密貼合而造成電流分流和電阻熱不能住中，不能達(dá)到焊件金屬結(jié)合要求強(qiáng)度。

控制措施：零件安裝時(shí)確保貼合，無(wú)錯(cuò)位、無(wú)離空，使電極與零件貼合與空隙。

4.2 焊點(diǎn)虛焊分析控制

焊點(diǎn)熔核直徑小于要求的最小值、無(wú)溶核為虛焊。

4.2.1 產(chǎn)生虛焊的缺陷因素

①焊接電流偏小，或者焊接壓力過(guò)大過(guò)小，焊接時(shí)間短；②電極頭端面直徑大，電極修磨量大容易偏短、表面有雜質(zhì)，影響焊接質(zhì)量；③焊點(diǎn)靠得近邊緣，焊接角度不垂直，焊接軌跡拉扯扭曲。

焊時(shí)產(chǎn)生的熱量由下式?jīng)Q定：Q=I2Rt（1）

式中：Q——產(chǎn)生的熱量（J）、I——焊接電流（A）、R——電極間電阻（歐姆）、t——焊接時(shí)間（s）。

原因分析：焊接電流小，時(shí)間短根據(jù)公式Q =I2Rt電流小，產(chǎn)生的熱量不足。

控制措施：選擇正確的參數(shù)，焊接電流由8000A改為8700A。

4.2.2 原因分析

焊接壓力過(guò)大或?。桓鶕?jù)公式Q =I2Rt壓力偏大，接觸電阻變小，阻抗變大，影響電流減小，于是產(chǎn)生的熱量不足。

控制措施：選擇正確的參數(shù)，定期測(cè)量焊接壓力進(jìn)行維護(hù)。

4.2.3 原因分析

電極頭端面直徑大，電極修磨量大容易偏短、表面有雜質(zhì)，影響焊接質(zhì)量。

控制措施：①調(diào)整電極修磨量，修磨壓力900N（機(jī)器人設(shè)置最小壓力），修磨時(shí)間1000ms改成600ms，②原標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置修磨30次后更換新電極帽，調(diào)整電極帽更換頻次，修磨次數(shù)達(dá)到13次時(shí)機(jī)器人發(fā)出換帽請(qǐng)求；③調(diào)整電極修磨直徑符合5±1.0mm，確保修磨到電極端面。

4.2.4 原因分析

焊點(diǎn)靠得近邊緣，焊接角度不垂直，焊接軌跡拉扯扭曲。

控制措施：①對(duì)機(jī)器人焊接軌跡進(jìn)行示教軌跡，保證焊接垂直于板件，焊點(diǎn)無(wú)邊緣焊點(diǎn)扭曲。

4.3 焊穿、裂紋、壓痕過(guò)深、邊緣焊點(diǎn)、焊點(diǎn)偏差分析控制

4.3.1 焊穿、壓痕過(guò)深、裂紋問(wèn)題分析控制

原因分析：焊接焊穿、壓痕過(guò)深、裂紋主要原因有：①焊鉗電極壓力不夠，壓不緊工件；②零件表面有雜質(zhì)造成絕緣；③電流過(guò)大；④電極修磨端面過(guò)小、電極不對(duì)中；⑤焊接參數(shù)預(yù)壓時(shí)間設(shè)置不足；⑥零件搭接間隙過(guò)大等。

措施控制：①定期測(cè)量監(jiān)控機(jī)器人焊接電流、焊接壓力，確保焊接電流、焊接壓力在設(shè)定范圍值、偏差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)校準(zhǔn)并跟蹤驗(yàn)證；②做好物料來(lái)料表面質(zhì)量檢查；③定期檢查電極修磨狀態(tài)，上下電極對(duì)中狀態(tài)；④核對(duì)焊接預(yù)壓參數(shù)；⑤對(duì)來(lái)料零件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)變形進(jìn)行可疑物料隔離，如圖2—4所示。

4.3.2 焊點(diǎn)邊緣焊、焊點(diǎn)偏差問(wèn)題分析控制

原因分析：焊接邊緣焊、焊點(diǎn)偏差主要原因有：①機(jī)器人焊接軌跡定位存在位置偏移，未按工藝要求點(diǎn)在設(shè)計(jì)位置，焊接偏移焊在鈑金邊緣，造成焊點(diǎn)偏差邊緣焊點(diǎn)；②零件搭接錯(cuò)位焊接空間小導(dǎo)致邊緣焊。

措施控制：①對(duì)每一臺(tái)機(jī)器人的焊接焊點(diǎn)，進(jìn)行核對(duì)工藝卡設(shè)定位置與機(jī)器人軌跡點(diǎn)位置，保證與工藝設(shè)計(jì)一致性和誤差值在范圍內(nèi)；②定期對(duì)焊接位置搭接錯(cuò)位情況跟蹤，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)位偏差大于2.0mm異常進(jìn)行整改。

5 案例分析

案列：車門(mén)E260S左前門(mén)內(nèi)板焊點(diǎn)扭曲質(zhì)量問(wèn)題：河西車身車門(mén)工段E260S左前門(mén)內(nèi)板焊接2#拼臺(tái)B面，BD-BD22R.1機(jī)器人因程序參數(shù)錯(cuò)誤導(dǎo)致生產(chǎn)每臺(tái)車焊點(diǎn)扭曲等質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)不斷調(diào)試程序參數(shù)數(shù)據(jù)使其修正，并增加電極帽修磨次數(shù)，使其居中兩、端電極頭平整。如以圖5—7所示。

6 結(jié)果展示

改善前，該企業(yè)白車身機(jī)器人點(diǎn)焊存在嚴(yán)重的焊接質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低。而在我們的改善方案實(shí)施后，焊接質(zhì)量明顯提高，客戶滿意度也有所提高。

改善后，焊點(diǎn)強(qiáng)度得到顯著提高，虛焊和毛刺、焊穿、焊點(diǎn)扭曲等問(wèn)題大量減少，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性得到保證。同時(shí)，我們引入了數(shù)據(jù)記錄和分析機(jī)制，為后續(xù)的焊接質(zhì)量?jī)?yōu)化提供了有力的支持。

總之，針對(duì)白車身機(jī)器人點(diǎn)焊質(zhì)量問(wèn)題的改善實(shí)例表明，通過(guò)制定合理的改善方案，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和有效的實(shí)施機(jī)制，可以有效地解決生產(chǎn)中的焊接質(zhì)量問(wèn)題，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，從而為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

7 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)白車身機(jī)器人點(diǎn)焊質(zhì)量問(wèn)題的分析，發(fā)現(xiàn)焊接過(guò)程中存在毛刺、虛焊、焊點(diǎn)扭曲、焊穿、裂紋、壓痕過(guò)深、邊緣焊點(diǎn)、焊點(diǎn)偏差焊點(diǎn)等質(zhì)量問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，本文針對(duì)不同的問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案。具體來(lái)說(shuō)，本文的主要研究成果如下：

首先，本文通過(guò)對(duì)焊接過(guò)程中的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行分析，選擇了合適的工藝參數(shù)，如焊接電流、焊接時(shí)間等，從而提高了焊接質(zhì)量。

其次，本文針對(duì)焊點(diǎn)毛刺問(wèn)題，提出了自適應(yīng)焊接脈沖方案。通過(guò)調(diào)整焊接脈沖寬度、電流、時(shí)間和電壓等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了焊點(diǎn)大小的自適應(yīng)控制。

再次，本文針對(duì)虛焊足問(wèn)題，提出了增加焊接時(shí)間的解決方案。通過(guò)增加焊接時(shí)間，提高了焊接質(zhì)量并保證焊點(diǎn)的牢固性。

此外，本文還針對(duì)焊穿、壓痕深焊點(diǎn)裂紋等質(zhì)量問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案。例如，定期測(cè)量核對(duì)焊接電流、焊接壓力及控制板件搭接離空問(wèn)題從而提高了焊接質(zhì)量。

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