影响焊接质量的因素及解决方案

影响焊接质量的因素及解决方案图1油箱近年来随着汽车、拖拉机、航空航天、建筑以及运输等工业的飞速发展，相应的工业设备在其产品结构、加工工艺及应用领域不断更新、发展，对产品的加工质量要求不断提高，电阻焊机已成为工业产品覆盖件及零部件加工的主要焊接设备。电阻焊机在生产过程中可以对各种形状的覆盖件产品进行焊接加工，实现工件的缝焊、凸焊、对焊和点焊的加工过程。它的优点是速度快、深度大、变形小而且生产效率高，并可实现柔性化和智能化控制，可对低碳钢板、合金钢板、镀层钢板和不锈钢板等进行有效地焊接，凭借其高效、独特的加工方式在工业生产过程当中得到了广泛的应用。电阻焊接过程较为复杂，包含了多种影响焊接质量的因素，如被焊材料、焊接电流、电极压力、焊接时间、设备冷却、电极材料、形状及尺寸、分流和工件表面状态等。如果操作人员在焊接生产过程中不能够掌握正确的焊接方法、技术参数和加工工艺，将给焊接质量控制带来较大的困难。图2缝焊机影响焊接质量的因素1.被焊材料对焊接质量的影响被焊材料在实施焊接之前必须进行清洁处理，清理方法分机械清理和化学清理两种。常用的机械清理方法有喷砂、喷丸、抛光以及用纱布或钢丝刷等。被焊材料表面的油污和锈斑会使电极与工件之间的电阻增大、焊点不牢固及焊接过程中产生飞溅，使焊接质量下降。例如在缝合油箱（如图1）或暖气片之类要求密闭的工件时，更应将被焊材料的表面处理干净，因工件需要缝合焊接一周，如果有一处没有处理干净，就会在这一处出现缝合不牢，在工件试压过程中发生漏气现象。对于此类焊接要求较高的工件需用化学清理，用清洗设备配合高温清洗液将工件清洗干净才能够进行焊接生产。用于缝合油箱的缝焊机如图2所示。2.焊接电流及时间对焊接质量的影响整个焊接的加工过程由4个基本环节来控制：图3中控制箱面板上的1、2、3和4分别为加压、焊接、维持和休息4个程序，这4个环节循环工作，必要时可增加附加程序。焊接电流的参数调整对焊接质量的控制至关重要，采用递增的调幅电流可以减小挤出金属。被焊金属的性能和厚度是选择焊接电流的主要依据，电流大小和焊接时间、电极压力、维持时间、工件厚度及工件材质等密切相关。焊接时间由焊接电流和凸点刚度决定，焊接时间的调整以周波的整倍计算（一周为0.02s）。通电时间的长短直接影响电流输入热量的大小，由于电极是内水冷却，电极上散失的热量往往是输入总热量的一半，要相互配合调整。在生产过程中，多台焊机的同时工作和电网电压的波动都会对焊接电流产生一定的影响，应考虑电网电压的补偿和采用恒电流方式工作。图3控制箱面板3.电极压力及尺寸对焊接质量的影响电极压力的大小一方面影响电阻的数值，另一方面影响焊件向电极的散热情况。过小的电极压力将导致电阻增大、析热量过多且散热较差，引起前期飞溅，而飞溅带走大量的热量和焊核金属会使形核难度增加，从而降低焊接强度；过大的电极压力将导致电阻减小、析热量减少以及熔核尺寸缩小，尤其是焊透率显著下降。目前，我公司点焊时主要采用锥台形和球面形两种电极，电极尺寸（如图4）对钢焊点破坏后的钮扣直径有很大影响，电极的压力信号传递是飞溅产生的最重要标志，电极压力参数的调整是否合适，对焊接质量的影响巨大。图4电极4.其他方面对焊接质量的影响在实际焊接过程中，诸如工件的材料和厚度、工件的表面状态以及电极的端面形状和尺寸等，都对焊接质量有较大影响。工件的材料不同时，导电、导热性差的材料产热易而散热难；厚度不等时，厚件一边电阻大、交界面离电极远，故产热多而散热少。电气控制环节技术参数的调整和焊接加工方面的工艺要求都需要设备操作人员熟练掌握。影响焊接质量因素的解决方案1.无论是哪种焊接形式，工件在焊接之前必须进行工件表面清理，以保证各接头焊接质量稳定。2.使用电流实时监控功能，随时掌握工作过程中的电流变化情况，并采用恒电流工作方式来保证焊接质量稳定。3.使用电流递增控制功能，在焊机点够一定数量的焊点之后，通水电缆的使用性能会逐渐下降，电流阶梯上升功能可以补偿焊接电流的变化，使通水电缆的性能充分发挥出来。图5电阻焊接示意图4.对于无法进行实时监控的情况，可以使用大电流测试仪定期对焊接电流进行检测和调整，以保证设备的最佳焊接状态。5.要求设备操作人员熟悉电阻焊的工作原理（如图5）和焊接技术参数的调整方法。焊接参数的选定主要由3个变量决定，即焊接电流、焊接时间和电极压力（如表所示）。点焊时各参数相互影响，调整好以上3个变量的技术参数就基本保证了焊接质量的稳定。焊接参数结语目前我公司车身生产中的焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查，或者依靠各种监控技术来保证，做到以上方法虽然不能使焊接质量达到尽善尽美，但完全可以满足多数生产方面的工艺要求。随着我国微电子技术的发展和大功率可控硅、整流器的开发，为电阻焊技术的提高提供了有利条件。由集成电器元件和微型计算机制成的控制箱已用于新型焊机的配套和老焊机的改造。恒流法、动态电阻和热膨胀电极位移等先进的闭环监控技术已开始在生产中推广应用，为电阻焊技术的质量保证提供了有利条件。焊装生产线及夹具的工艺设计图1全顺B线本体夹具（平移式）焊接生产线是汽车制造中的关键，焊接生产线中各种工装夹具又是焊装线的重中之重，而焊接夹具的设计则是前提和基础。全顺焊装生产线及夹具的工艺设计经历了全顺两代车型的开发，本文主要阐述了全顺焊接生产线的结构和特点，以及其本体夹具的设计特点和发展方向。汽车制造四大工艺中，焊装尤其重要。在焊装的前期工艺规划中，车身焊接夹具以及生产线的设计是非常关键的环节。工装夹具设计是一门专业性很强的综合性技术，设计工装夹具时，不仅要考虑生产纲领，还必须熟悉产品结构，了解钣金件变形特点，掌握冲压、涂装以及总装工艺的诸多要求内容，通晓零部件装配精度及公差分配。只有做到这些，才能对焊接夹具进行全方位设计，满足生产制造的要求。本文结合现有江铃汽车股份有限公司全顺汽车厂（以下简称“全顺厂”）车身焊装夹具设计以及未来的规划，就焊装线结构和夹具的选择进行了阐述，以求在未来全顺C线上设计出高生产效率且满足市场需求变化的焊接生产线。焊装生产线及夹具的结构目前国内使用的汽车焊装线主要是由输送部分、工装夹具、焊接设备及其他辅助设备等部分组成，主要结构形式有：步进式焊装输送、夹具移动输送、往复输送（ShuttleBus）、滑橇输送和自行或手动吊具输送等。1.步进式焊装线该焊装线的基本原理：工件的水平输送是通过调频电机驱动齿轮、齿条做往复运行实现的，顶升、落下装置采用电机带动曲柄旋转180°，从而实现输送线本体顶升、落下。这种形式的焊装线结构简单合理、稳定性好、辅助时间较短且重复定位精度较高，基本满足点焊、弧焊机器人的使用条件，适用于生产能力为5～10万辆/年的生产线。目前，国内很多汽车厂采用了该形式的焊装线，如全顺V348的侧围即采用了这种形式。图2全顺A线本体夹具前部定位（铰链式）2.夹具移动输送该生产线在韩系汽车厂被大量采用，基本原理为：定位夹具与输送为一体，定位夹具在生产线上运动，从第一站到最后一站，然后从循环的回路返回到第一站，车型的切换就是在第一站根据生产排成选择所需的定位夹具，输送到第一站等待物料。该线柔性强、传输快且定位精，满足点焊、弧焊机器人的使用条件，但是投资巨大，北京现代轿车二厂采用了这种形式。3.滑橇输送焊装线该焊装线通过采用往复杆或辊床输送滑橇来实现工件水平输送，可分为两种形式：往复杆输送滑橇式和辊床输送滑橇式。工件上、下运动一般由固定工位的气动或液压顶升装置实现。滑橇上装有定位装置，重复定位精度较高，一般为±0.3mm，基本满足点焊、弧焊机器人的使用条件。目前，此类输送线在国内的轿车厂应用较多。4.往复输送机该线水平输送工件是通过电动机驱动往复输送机在钢轨上运行，工件顶升、落下采用气缸顶升装置实现，使用该种输送方式的生产线也不少，如全顺V348焊接主线和南京福特的马自达主线等。5.自行或手动吊具输送该线水平输送工件是通过折叠吊具在两工位间来回吊运工件，要求工位间有吊具的空间，主要优点：结构简单，夹具定位设计不会受传输运动装置影响，投资较少；但是输送线节奏慢，空中运输有安全隐患。采用这种方式的输送线不多，全顺VE83以及土耳其的全顺工厂骨架线采用的是此种方式。焊装线的对比对于焊装线结构形式的选择，最需要考虑的是生产纲领、产品结构和工艺特点、投资规模和夹具设计制造技术水平以及厂房等情况，在细部结构上要结合产品的寿命周期、市场定位和质量要求，并对相关因素进行综合比较来进行选择。全顺厂焊装车间有全顺A线、全顺B线，未来要规划全顺C线，我们将这三条线做个比较（如表）。全顺厂各焊装生产线对比从全顺A、B和C线对比来看：A线投资少，但是吊具输送速度慢且有安全隐患，适合小批量的生产线；B线适合5～10万台的生产线，但是生产线过长会影响到重复定位，导致定位变形松动，影响整车质量；C线相对更适合柔性布局，质量也最好，但是需要考虑滑撬等设备的回转系统。本体焊接夹具的对比对于白车身而言，本体线的装焊工艺主要由预装配、点固焊和补焊三部分组成，其中点固焊工序最为关键，基本都在本体夹具内完成。焊装生产线中的本体夹具决定了白车身的质量、生产线的柔性度及生产节拍，非常重要。目前，国内所采用的本体夹具主要有三种形式，在全顺工厂都有应用。1.平移式夹具图1为平移式夹具，其动作顺序为：输送线将预装白车身送入总焊工位定位夹紧点定→输送线抬起→将点定成形的车身水平送入后续的工序补焊。此类夹具定位精度和可靠性高，可适用于不同长度、宽度以及高中低顶的白车身大批量混流生产，柔性度高。图3全顺A线本体夹具后部定位（立柱式）2.铰链翻转式夹具图2所示的铰链翻转式夹具和平移式夹具的工作原理类似，区别是左右侧围总成的定位组件的打开方式不同：平移式夹具沿垂直于线体输送方向水平移动，而铰链翻转式夹具则是绕铰链轴旋转打开，这样便于线体输送、装配及定位夹紧。3.立柱式夹具图3所示的立柱式夹具结构简单、成本低、维修方便而且操作时接近性好，但其定位精度较低，不适用于自动化程度较高的大批量生产和采用焊接机器人的生产线。为了适应侧围的机械自动化输送，全顺C线将考虑平移式夹具能在水平状态和垂直状态旋转，在水平状态上承接侧围，然后转90°到垂直状态，再平移到焊接工作位置进行焊接。汽车车身的结构及本体夹具的特点全顺白车身结构类似于轿车，一般由外覆盖件、内覆盖件和承载的骨架组成，像侧围外板、侧围内板、门盖内外板和顶盖这样的内、外覆盖件的钢板厚度一般为0.8～1.2mm，骨架件的钢板厚度多为1.2～2.5mm。在本体夹具前预装时，焊好的侧围总成、骨架总成都具有较大的刚性，而且相对的搭接面很复杂，在本体夹具侧围定位模块定位侧围过程中，常常会因为侧围总成与骨架总成贴合面干涉，侧围定位模块无法运动到位，因而在偏差状态下焊接造成整车尺寸的偏差。图4本体夹具的全顺车身结构本体夹具作为焊装最重要的工位，其最关键的控制点在于门洞尺寸的控制和前风窗洞尺寸以及顶盖安装的控制。在本体夹具工位完成后，全顺车身（如图4）形成了一个刚性很好的车身壳体，由地板、侧围以及横梁三大部分组成，形成了后门洞、前门洞、侧门洞、前风窗洞以及顶盖安装空间。门洞的装配尺寸是整车外观间隙面差的基础，保证这些门洞、窗洞以及顶盖空间的装配尺寸的关键在于：1.定位基准的一致，这种一致甚至要求到冲压件和检具上，一方面基准传递会减少累计的误差，另外也很容易从零件检具上找到零件问题与整车装配问题的一致性，便于分析判断解决问题；2.保证前道工序件在合理的公差范围内；3.正确地预装配，保证在定位过程中，侧围这样大的零件可以在侧围定位模块运动力的作用下，到达正确的位置，而不出现定位接触面或孔变形的情况；4.夹具具有足够的刚性，克服零件局部干涉；5.夹具自身的精度；6.夹具定位装置的维护。合格的车身要求能满足后续的装配精度要求：一方面指的是外观精度，即门盖装配后的间隙面差；另一方面较为隐蔽，指的是骨架精度，其主要是保证发动机的装配以及前后悬架的装配，骨架件相对较厚，存在回弹问题，所以对于纵梁和横梁的定位，需要避免以其翻边定位，而应