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[焊接(连接)] 自适应焊接技术在原型车试制中的应用

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发表于 2020-4-13 09:19:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

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自适应焊接技术在原型车试制中的应用
刘青磊 赵式江 陈世骏 迟玉军
(北京奔驰汽车有限公司,北京 100176)
【中国汽车材料网】摘要:针对原型车试制焊接过程中因零件匹配差、工况复杂等原因导致的点焊质量控制难题,分析了试制过程中常见的几种不良焊接工况和点焊质量问题,对自适应焊接技术的原理、设备组成及实现方法进行详细介绍,并通过将该技术引入原型车试制实际应用中,结合建立焊钳库等措施,解决了实际生产中的技术难题。
关键词:自适应焊接 焊接质量 原型车 试制
1 前言

[size=1em]在新车型量产前,通过新产品的原型车试制开发,对生产可行性及整车性能进行验证,对新车型的开发及量产制造具有重要意义。车身强度很大程度上取决于点焊质量[1],保证车身焊接质量是试制开发验证工作的重要保证。而在原型车的车身试制过程中,由于零件匹配差、工况复杂等原因,焊点易出现飞溅大、毛刺、虚焊等质量问题,给试制过程中点焊质量控制提出挑战。

2 常见不良焊接工况

[size=1em]原型车试制生产过程中常见的不良焊接工况主要有以下几方面:

[size=1em]a.焊接操作不稳定。由于试制焊接多由人工完成,操作稳定性差,易出现不规范操作、电极修磨不及时等情况,焊点极易出现扭曲变形等缺陷。

[size=1em]b.零件匹配状态差。由于原型车试制阶段使用板材零件多为模具调试样件,零件尺寸状态差,导致零件匹配状态较差,焊接板材间隙大等,由此造成焊点极易出现开焊、虚焊等质量缺陷。

[size=1em]c.热成型钢板的大量应用。随着汽车轻量化技术的发展,热成型钢由于具有重量轻、强度高的优点,被大量应用在车身A柱和B柱加强板、地板及前端部件等位置。但由于热成型钢板点焊性能较为特别,加之不同厂家热成型钢板电阻焊接性能差别较大等原因,给热成型钢板的点焊工艺及质量控制提出了挑战。在实际试制过程中,热成型钢板焊接易出现大飞溅、毛刺等缺陷。

[size=1em]d.多工位焊钳共用。试制焊接时,由于生产节拍较低,为降低设备成本投入,同一把焊钳需满足不同工位间不同板厚组合及有无涂胶等不同焊接条件需求。不同条件下切换焊接时,焊接参数的控制调整也是目前面临的一大难题。

[size=1em]基于以上几方面的复杂焊接工况,如图1所示,在实际焊接过程中,板件装配不好、电极磨损、分流和板材厚度差异、人为操作、含胶焊接等工况变化使点焊质量控制成为试制生产过程中的不确定因素,保证点焊质量稳定性,消除质量缺陷成为目前试制焊接的主要课题。

[size=0.8em]图1 常见的几种不良焊接工况

3 技术原理

[size=1em]如图2所示,自适应点焊技术,是指在点焊过程中,通过实时监测过程参数电压和电流,从而计算出动态电阻,通过将该电阻与预设的合格焊点的电阻样本曲线进行对比,根据电阻差异进行实时调节焊接电流和焊接时间,以避免因外部环境变化引起的焊接质量缺陷,保证焊点能量稳定,以保证焊点质量的稳定性。

[size=0.8em]图2 技术原理示意图

[size=1em]此技术实现的方法是:首先在一次或多次无故障焊接情况下,记录电阻曲线见图3;然后通过筛选合格焊点,将有效的动态电阻曲线求其平均值曲线;最后将该平均值曲线存储定义,作为该规范参数的样本曲线。确定电阻样本曲线并开启自适应功能后,在后续焊接时,焊接系统即可根据实际电阻曲线与样本曲线差异对比进行焊接补偿,并获得合格焊点。

4 实际应用4.1 平面布置

[size=1em]此次应用结合试制规划生产纲领及生产节拍,根据产品分块、工艺装配顺序及各区域工作量,最终确定采用28台自适应焊接控制器(其中,主焊线区域6台、下部总成区2台,主地板区2台、前机舱区6台、后地板区8台、侧围区域4台),平面布局图见图4,满足单班2辆白车身总成试制焊接生产需求。

[size=0.8em]图3 动态电阻曲线

[size=0.8em]图4 工艺平面布局图

4.2 设备组成
[size=0.8em]图5 焊接系统主要组成

[size=1em]自适应焊接系统主要包括集成自适应控制功能模块的焊接控制器、传感器线缆、焊钳、水电气公用系统线缆管路、信号线缆及接口等,见图5。

[size=1em]为减少控制器成本,焊钳采用一拖二方式,另外,在焊接系统中设置水电气线管快插盘,实现焊钳的快速拆装。同一把焊钳在某一工位完成焊接任务后,可随时拆下转移至其他工位使用。此种方式大大降低了设备成本投入,提高产线柔性化水平,在满足生产节拍的前提下,极大减少了焊接控制器及焊钳数量,实现同一把焊钳可满足不同工位焊接的需要。

[size=1em]由于不同焊钳对应的焊接参数及程序不同,增加信号接口切换,在切换焊钳时同时切换信号线插头,焊接控制器可通过信号接头自动识别切换对应焊钳程序,在切换焊钳时,实现焊接程序的同步切换,避免了焊钳因切换到不同工位,导致焊接不同板材层数及板厚组合时出现的质量缺陷。

[size=1em]另外,为减少飞溅对焊接质量的影响,该系统除了可识别飞溅外,可在发生飞溅时,通过改变过程参数进行焊接补偿。焊接工程师也可通过软件读取飞溅数据,后期可通过该数据进行防飞溅分析预防。

4.3 焊钳库的建立

[size=1em]基于焊钳焊接程序切换功能的实现,通过焊钳模拟分析,建立项目焊钳库,见图6。在满足焊接节拍的前提下,在不同工位间最大程度的共用焊钳,极大的减少了焊钳使用的数量。另外,在切换新车型项目时,只需对少数焊钳进行优化改造,大部分焊钳可利用原有焊钳。通过多个项目的分析优化,目前仅使用32把焊钳即可满足一个全新车型项目所有分总成的试制焊接任务,极大程度的减少了项目成本投入,并简化车型切换时焊钳选型工作,缩短项目周期。

[size=0.8em]图6 部分焊钳示意

4.4 效果分析

[size=1em]通过引入自适应焊接系统,在相同试制复杂焊接工况条件下,经过两个不同车型项目的应用实践证明,自适应焊接点焊质量改善明显,破坏性检测合格率均达到99%以上,见图7。

[size=0.8em]图7 破坏性检测焊点合格率

5 结论

[size=1em]电阻点焊质量的控制一直是车身质量领域的热点,自适应焊接技术及设备的发展,为点焊质量控制提供了一种较好的技术手段,辅以系统的管理和过程控制,可有效控制焊点质量,保证车身焊接质量持续稳定。



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