提升白車(chē)身焊接質(zhì)量研究

徐帥帥 彭蕾

【摘 要】點(diǎn)焊是一種把兩個(gè)或多個(gè)焊件以搭接的形式壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，使金屬間實(shí)現(xiàn)原子之間的連接，從而形成焊點(diǎn)的焊接方法。點(diǎn)焊是汽車(chē)生產(chǎn)中最廣泛應(yīng)用的工藝方法，在目前的車(chē)身生產(chǎn)中，焊接生產(chǎn)的80%～90%采用點(diǎn)焊完成。側(cè)框定位焊是在側(cè)圍側(cè)框工裝上為增加點(diǎn)焊焊接機(jī)構(gòu)，裝配和固定側(cè)圍與白車(chē)身的位置而進(jìn)行的焊接。焊接電流、電極壓力、通電時(shí)間及電極工作表面尺寸等點(diǎn)焊工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量有重大影響。

【關(guān)鍵詞】點(diǎn)焊；電極壓力；焊接質(zhì)量；焊接參數(shù)

【中圖分類(lèi)號(hào)】U466 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）12-0061-04

上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司的青島車(chē)身基地中車(chē)身D線(xiàn)為簡(jiǎn)易柔性線(xiàn)，生產(chǎn)N300、N310兩種車(chē)型。為了提高生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率及整車(chē)尺寸精度，在總拼區(qū)域焊接過(guò)程中，白車(chē)身與側(cè)圍的位置關(guān)系由側(cè)框定位焊（如圖1所示）進(jìn)行定位，總拼2#為N310專(zhuān)用工位，每側(cè)由14把定位焊槍定位側(cè)圍，總拼3#為N300專(zhuān)用工位，每側(cè)由13把定位焊槍定位側(cè)圍。

1 定位焊壓力超差問(wèn)題

在測(cè)量車(chē)身D線(xiàn)總拼2#、3#工位焊接參數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)定位焊電極壓力與標(biāo)準(zhǔn)不一致：現(xiàn)場(chǎng)壓力為1.9～3.0 kN，標(biāo)準(zhǔn)壓力為（2.4±0.2）kN。在焊點(diǎn)非破壞性檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，側(cè)框定位焊部分焊點(diǎn)顏色發(fā)白且熔核小，有虛焊風(fēng)險(xiǎn)。車(chē)間執(zhí)行臨時(shí)措施在熔核小的焊點(diǎn)補(bǔ)焊返修，并增加非破壞檢查頻次。

電極壓力是電阻點(diǎn)焊熱量輸入的重要參數(shù)，也是造成焊接熱量不穩(wěn)定的主要原因之一。電極壓力會(huì)直接影響工件與電機(jī)的電阻值，以及工件與電極之間的熱平衡，從而影響焊接質(zhì)量。電極壓力過(guò)大或者過(guò)小都會(huì)使焊點(diǎn)承載能力降低和分散性變大，尤其對(duì)拉伸載荷影響更嚴(yán)重。當(dāng)電極壓力過(guò)小時(shí)，由于焊接區(qū)金屬的塑性變形范圍及變形程度不足，造成因電流密度過(guò)大而引起加熱速度大于塑性環(huán)擴(kuò)展速度，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的飛濺現(xiàn)象。電極壓力過(guò)大將會(huì)使焊接區(qū)的接觸面積增大，總電阻和電流密度都減小，焊接區(qū)的散熱增加，因此熔核尺寸下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)未焊透缺陷。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)問(wèn)題并多次測(cè)量電極壓力，然后取平均值，測(cè)得數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由表1可以看出，總拼2#左側(cè)2把，右側(cè)4把焊鉗超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，極差為1.4 kN，總拼3#左、右各有9把焊鉗的電極壓力不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，極差為1.0 kN，而且波動(dòng)范圍較大。壓力過(guò)小可能引起虛焊，壓力過(guò)大會(huì)造成焊接飛濺毛刺等，對(duì)焊接質(zhì)量有較大的影響。

由此可見(jiàn)，總拼2#、3#兩側(cè)都存在相同的壓力超差的問(wèn)題，因此分析2個(gè)拼臺(tái)的問(wèn)題可能由相同的原因?qū)е?，需要我們列出可能?dǎo)致超差的原因，并逐一分析，找出主要原因。

確定目標(biāo)：將總拼2#、3#電極壓力控制在（2.4±0.2）kN。

2 原因分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用魚(yú)骨圖（如圖2所示）進(jìn)行分析，找出主要原因。

經(jīng)小組討論，由魚(yú)骨圖得出5個(gè)末端因素：氣路密封不嚴(yán)漏氣，氣壓變??；氣路不合理；氣管長(zhǎng)短不同導(dǎo)致壓力差異大；參數(shù)設(shè)置問(wèn)題；測(cè)量工具、方法不對(duì)。

3 分析并確認(rèn)主要原因

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行逐一確認(rèn)末端因素，找出主要因素。

3.1 氣路密封不嚴(yán)漏氣，氣壓變小

更新漏氣的氣管、三聯(lián)件等，測(cè)得壓力未發(fā)生明顯變化。因此，密封不嚴(yán)漏氣問(wèn)題為非要因。

3.2 氣路不合理問(wèn)題

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，側(cè)框每側(cè)只有2個(gè)減壓閥控制15把焊鉗的壓力，每個(gè)減壓閥控制7～8把焊鉗，焊鉗種類(lèi)多，輸出壓力差異大。設(shè)計(jì)的側(cè)框定位焊氣動(dòng)原理圖與現(xiàn)場(chǎng)差異較大。氣路設(shè)計(jì)時(shí)，每把焊鉗都單獨(dú)設(shè)有減壓閥。通過(guò)調(diào)整減壓閥，輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的電極壓力值。因此，確定氣路不合理問(wèn)題是主要原因，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)工作人員未按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。

通過(guò)調(diào)查焊鉗并查找數(shù)模對(duì)比3種焊鉗（如圖3所示），發(fā)現(xiàn)3種焊鉗的結(jié)構(gòu)不一致，焊鉗的鉗臂距離與氣缸的伸縮距離有差異。通過(guò)計(jì)算，達(dá)到要求的參數(shù)值需要的空氣壓力是不同的。

而檢查現(xiàn)場(chǎng)氣路發(fā)現(xiàn)，3種焊鉗處于同一氣壓下，輸出的電極壓力必然不一致，是導(dǎo)致問(wèn)題的主要原因。分析如下。

分析3種焊鉗輸出滿(mǎn)足壓力的氣壓需求。根據(jù)力矩、杠桿原理得：

∵F·L1=W·L2

F為動(dòng)力，在此為氣缸壓力，F(xiàn)=P·S。

P為氣壓壓強(qiáng)，S為氣缸截面積，S=πr2。

∴P·S·L1=W·L2

∴P=■=■

π=3.14；W為阻力，即參數(shù)中的電極壓力W=（2.4±0.2）kN；L1為動(dòng)力臂，L2為阻力臂。

求3種氣缸所需的氣壓壓強(qiáng)。

（1）PE1-C0125。

其中，W=（2.4±0.2）kN，L1=100 mm，L2=140 mm，r=D/2=100/2=50 mm。

∴P1=■=■=0.39～0.46 MPa

（2）PE1-C0197-BL。

其中，W=（2.4±0.2）kN，L1=100 mm，L2=110 mm，r=D/2=100/2=50 mm。

∴P2=■=■=0.31～0.36 MPa

（3）PE1-C0166。

其中，W=（2.4±0.2）kN，L1=125 mm，L2=140 mm，r=D/2=80/2=40 mm。

∴P 3=■=■=0.49～0.58 MPa

綜上分析，3種氣缸所需的氣壓壓強(qiáng)分別如下：

P1=0.39～0.46 MPa，P2=0.31～0.36 MPa，P3=0.49～0.58 MPa；P 2

∴要得出符合標(biāo)準(zhǔn)的電極壓力值，必須取3種不同的壓力范圍。

3.3 氣管長(zhǎng)短不同導(dǎo)致壓力差異大

將壓力值過(guò)大的焊鉗的氣管由3～5 m更換為20 m，測(cè)得的壓力與之前相比未發(fā)生明顯變化，因此確定氣管長(zhǎng)短不同導(dǎo)致壓力差異大為非要因。

3.4 參數(shù)設(shè)置問(wèn)題

對(duì)照焊接參數(shù)表及經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，確認(rèn)參數(shù)設(shè)置無(wú)問(wèn)題，因此確定參數(shù)設(shè)置問(wèn)題為非要因。

3.5 測(cè)量工具、方法不對(duì)

（1）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，測(cè)量人員的檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)要求一致，測(cè)量方法無(wú)問(wèn)題。

（2）壓力檢測(cè)計(jì)為校準(zhǔn)以后的，在正常使用周期內(nèi)，多次測(cè)量結(jié)果一致，工具無(wú)問(wèn)題。

因此，確定測(cè)量工具、方法不對(duì)為非要因。

通過(guò)對(duì)以上5個(gè)末端因素逐一進(jìn)行確認(rèn)，最終確定影響固定焊壓力的主要因素為氣路問(wèn)題，供應(yīng)商未按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求布置氣路。

4 制訂并實(shí)施方案

改造現(xiàn)場(chǎng)氣路，分別控制3種焊鉗：PE1-C0197-BL、PE1-C0166、PE1-C0125；每把焊鉗進(jìn)氣管各增加一個(gè)減壓閥（型號(hào)：LRMA-QS-6，廠(chǎng)家：FESTO）。

減壓閥是通過(guò)調(diào)節(jié)，將進(jìn)口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動(dòng)保持穩(wěn)定的閥門(mén)。它的的作用原理是靠閥內(nèi)流道對(duì)氣流的局部阻力降低氣壓，氣壓降的范圍由連接閥瓣的薄膜或活塞兩側(cè)的進(jìn)出口氣壓差自動(dòng)調(diào)節(jié)。定比減壓原理是利用閥體中浮動(dòng)活塞的氣壓比控制，進(jìn)出口端減壓比與進(jìn)出口側(cè)活塞面積比成反比。這種減壓閥工作平穩(wěn)無(wú)振動(dòng)；閥體內(nèi)無(wú)彈簧，故無(wú)彈簧銹蝕、金屬疲勞失效之慮；密封性能良好不滲漏，因而既減動(dòng)壓（氣流動(dòng)時(shí)）又減靜壓（流量為0時(shí)）；特別是在減壓的同時(shí)不影響氣流量。氣流通過(guò)減壓閥雖有很大的氣頭損失，但由于減少了氣的浪費(fèi)并使系統(tǒng)流量分布合理，同時(shí)改善了系統(tǒng)布局與工況，因此總體上講仍是節(jié)能的。介質(zhì)為蒸汽的場(chǎng)合，宜選用先導(dǎo)活塞式減壓閥或先導(dǎo)波紋管式減壓閥。為了操作和維護(hù)方便，該閥一般直立安裝在水平管道上，安裝時(shí)應(yīng)注意使閥體上所示箭頭的方向與管路中介質(zhì)的流向保持一致，為了防止閥后壓力超壓，應(yīng)在離閥出口不少于4 m處安裝一個(gè)減壓閥。

通過(guò)調(diào)整減壓閥改變氣壓，將電極壓力調(diào)整至中值。測(cè)每組焊鉗的電極壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)主氣路的減壓閥將壓力值最小的一把焊鉗調(diào)至中值2.4 kN，然后在焊鉗與電磁閥之間的關(guān)夾氣路上增加減壓閥，調(diào)節(jié)減壓閥將壓力調(diào)整至目標(biāo)值。

措施實(shí)施后，固定焊壓力超差問(wèn)題得到了很大的改善，經(jīng)過(guò)2個(gè)月的測(cè)量發(fā)現(xiàn)，結(jié)果保持穩(wěn)定在本次整改目標(biāo)值2.2～2.6 kN的范圍內(nèi)，問(wèn)題得到解決。為了提升焊接質(zhì)量，我們繼續(xù)排查其他車(chē)身線(xiàn)側(cè)框定位焊工位有無(wú)此問(wèn)題，通過(guò)增加減壓閥，對(duì)側(cè)框定位焊拼臺(tái)電極壓力定期檢測(cè)，形成規(guī)范。通過(guò)解決本次問(wèn)題積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為以后新項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安裝氣路時(shí)提供參考，避免同樣的錯(cuò)誤出現(xiàn)。

5 產(chǎn)生效益

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

N310有6點(diǎn)需補(bǔ)焊，N300有18點(diǎn)需補(bǔ)樣，平均每臺(tái)車(chē)補(bǔ)焊9點(diǎn)，每個(gè)焊點(diǎn)約0.08元。0.08（元/個(gè)）×9×45JPH×7.5 h×1班次×21 d×12月=61 236元；節(jié)約金額61 236元。

5.2 無(wú)形效益

成員在質(zhì)量意識(shí)、解決問(wèn)題的信心等方面都有了很大的提高。

6 總結(jié)

側(cè)框定位焊對(duì)白車(chē)身的側(cè)圍起到準(zhǔn)確固定的作用，對(duì)側(cè)圍與下車(chē)體的搭接精度有重要意義。保證定位焊的焊接質(zhì)量，既提高了白車(chē)身尺寸精度，又提高了生產(chǎn)效率。電極壓力是電阻點(diǎn)焊的主要參數(shù)之一，在點(diǎn)焊過(guò)程中，電極壓力是否穩(wěn)定，對(duì)于保證點(diǎn)焊質(zhì)量有重要的影響。本文結(jié)合實(shí)際案例，總結(jié)了側(cè)框定位焊壓力超差問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，歸納了問(wèn)題的原因分析查找的基本方法，舉一反三，為其他生產(chǎn)線(xiàn)問(wèn)題解決提供了思路和參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]孫大涌.先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[4]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[5]張無(wú)憂(yōu).焊接夾具影響車(chē)身制造精度[J].現(xiàn)代零部件，2010（5）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]