陸德利，馮林林，何柳

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

預(yù)壓時(shí)間對(duì)伺服焊鉗焊接質(zhì)量的影響

陸德利，馮林林，何柳

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

在使用普通氣動(dòng)焊鉗焊接過程中，預(yù)壓時(shí)間幾乎占據(jù)了焊接時(shí)間的一半，伺服焊鉗焊接動(dòng)作原理與普通氣動(dòng)焊鉗不一樣，針對(duì)采用伺服焊鉗時(shí)設(shè)置不同的預(yù)壓時(shí)間對(duì)焊接質(zhì)量的影響進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)對(duì)比了相同工況、相同焊接參數(shù)、不同預(yù)壓時(shí)間的條件下焊點(diǎn)熔核的大小與焊接飛濺情況。發(fā)現(xiàn)伺服焊鉗采用不同預(yù)壓時(shí)間對(duì)于焊點(diǎn)熔核大小與飛濺情況沒有明顯的影響。

伺服焊鉗；預(yù)壓時(shí)間；焊接質(zhì)量

在中國汽車工業(yè)持續(xù)、快速的發(fā)展勢(shì)頭下，國內(nèi)各大汽車主機(jī)廠為了加快研發(fā)、生產(chǎn)的速度，更快地推出新型汽車，占有細(xì)分市場(chǎng)，紛紛引入了更加先進(jìn)的生產(chǎn)模式與工藝設(shè)備，改進(jìn)生產(chǎn)線的柔性化策略，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，更加快速的將新產(chǎn)品推向市場(chǎng)。為快速推出新產(chǎn)品搶占市場(chǎng)份額，各大汽車生產(chǎn)廠開始大范圍普及機(jī)器人自動(dòng)化柔性生產(chǎn)線。電阻點(diǎn)焊因具有生產(chǎn)效率高、操作簡(jiǎn)便、無需填充材、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代汽車車身焊裝的主要焊接方法[1-2]。電阻點(diǎn)焊作為汽車焊裝工藝中最主要的焊接方法之一，承擔(dān)著白車身約70%的工作量。目前國內(nèi)各大主機(jī)廠焊裝區(qū)域?qū)﹄娮椟c(diǎn)焊焊接質(zhì)量有影響的焊接時(shí)間、電流、壓力都有深入研究，近年來各大主機(jī)廠焊裝自動(dòng)化率越來越高，大量采用機(jī)器人伺服焊鉗。因此，機(jī)器人伺服焊鉗焊接時(shí)焊接參數(shù)是否與普通氣動(dòng)焊鉗一樣，這些參數(shù)是否對(duì)電阻點(diǎn)焊焊接質(zhì)量有影響成為各大主機(jī)廠研究方向之一。在實(shí)際的生產(chǎn)中，通常采用電阻點(diǎn)焊焊鉗（包含氣動(dòng)焊鉗與伺服焊鉗，下文簡(jiǎn)稱焊鉗）來實(shí)現(xiàn)電阻點(diǎn)焊焊接功能，焊接各汽車板件，使汽車板件焊接起來形成一個(gè)整體車身件。傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)線一般采用手工氣動(dòng)焊鉗焊接，柔性機(jī)器人生產(chǎn)線一般采用伺服焊鉗焊接。傳統(tǒng)氣動(dòng)焊鉗焊接參數(shù)中需要設(shè)計(jì)預(yù)壓時(shí)間，焊接參數(shù)中預(yù)壓時(shí)間幾乎占據(jù)一半的焊接時(shí)間，伺服焊鉗焊接動(dòng)作原理與普通氣動(dòng)焊鉗不一樣，采用伺服焊鉗焊接設(shè)置不同的預(yù)壓時(shí)間對(duì)焊接質(zhì)量是否存在影響尚不清楚。文章對(duì)伺服焊鉗是否采用預(yù)壓時(shí)間對(duì)焊接質(zhì)量的影響進(jìn)行了分析。

1 伺服焊鉗工作原理

1.1 伺服焊鉗的構(gòu)成

氣動(dòng)焊鉗由變壓器（分體或者一體）、氣缸（壓縮空氣為能量源，控制焊鉗打開或者閉合）和機(jī)械機(jī)構(gòu)組成，伺服焊鉗則由變壓器、伺服電機(jī)（控制焊鉗打開或者閉合）和機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示，因此其工作原理不同。其中伺服電機(jī)通信電纜連接到機(jī)器人控制柜，變壓器連接到焊接控制器，因此電極壓力由機(jī)器人控制器設(shè)置，焊接參數(shù)（電流和時(shí)間）由焊接控制器設(shè)置[3]。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)焊鉗電極桿運(yùn)動(dòng)，喉寬可實(shí)現(xiàn)無極變化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電極對(duì)工件的柔性接觸，大大減少電極沖擊造成的焊接壓痕和受力不均造成的焊接飛濺，大大提高焊接效率和產(chǎn)品質(zhì)量[4]。

圖1 伺服焊鉗的構(gòu)成

1.2 伺服焊鉗壓力變化

伺服電機(jī)能夠精確控制行程，從而能夠精確控制伺服焊鉗焊接時(shí)閉合的行程。伺服焊鉗的輸出壓力根據(jù)焊鉗閉合狀態(tài)不一樣而改變，而伺服焊鉗閉合狀態(tài)可以通過伺服焊鉗精確控制，焊鉗壓力在接觸到鈑金后開始增加，直到設(shè)定壓力。焊接時(shí)，機(jī)器人調(diào)用焊接程序，伺服電機(jī)根據(jù)壓力的設(shè)置達(dá)到預(yù)定壓力，焊鉗達(dá)到設(shè)定壓力后，機(jī)器人調(diào)用焊接參數(shù)，完成焊接通電工作后，焊鉗打開完成焊接工作；焊接過程中焊接控制器實(shí)際不控制焊接壓力的大小，焊接壓力由程序設(shè)計(jì)伺服電機(jī)控制，焊接控制器控制預(yù)壓、預(yù)熱、焊接、回?zé)?、保持等焊接參?shù)，焊接過程中焊接壓力的變化如圖2所示。

圖2 伺服焊鉗的時(shí)間-壓力曲線

2 電阻點(diǎn)焊原理

2.1 電阻點(diǎn)焊成型原理

電阻點(diǎn)焊是電阻焊的一種，是利用工件本身的電阻，通過電流產(chǎn)生的熱源進(jìn)行焊接，焊接期間產(chǎn)生的熱量可用下面公式表示：Q=I2RT.

其中Q為電阻焊產(chǎn)生的熱量（J）；I為焊接電流（A）；R為兩電極間的電阻（Ω）；T為通過焊接電流的時(shí)間（s）；Q根據(jù)板材的不同需要滿足一定條件，才可融化鈑金形成熔核。

2.2 預(yù)壓時(shí)間在氣動(dòng)焊鉗中的作用

預(yù)壓階段即是從電極開始加壓到焊接電流開始接通之前的階段。電極壓力的作用是使焊件貼合面有良好的接觸，為焊接電流順利通過做好必要的準(zhǔn)備[5]。

氣動(dòng)焊鉗焊接過程中，發(fā)出焊接信號(hào)后，焊機(jī)收到焊接信號(hào)，由電磁閥控制壓縮空氣開關(guān)打開，壓縮空氣進(jìn)入，焊鉗動(dòng)臂在壓縮空氣的作用下開始閉合；從發(fā)出焊接信號(hào)到焊鉗閉合需要一定的時(shí)間；如果沒有這個(gè)時(shí)間或者這個(gè)時(shí)間太小，焊鉗在沒有閉合的時(shí)候就通電，導(dǎo)致焊接故障或者焊穿、焊爆電極頭，氣動(dòng)焊鉗焊接電流與時(shí)間的關(guān)系見圖3.因此氣動(dòng)焊鉗必須設(shè)置預(yù)壓時(shí)間，且這個(gè)預(yù)壓時(shí)間必須大于或者等于焊鉗閉合到位時(shí)間。

圖3 氣動(dòng)焊鉗電流與時(shí)間的關(guān)系

2.3 焊點(diǎn)質(zhì)量

焊接參數(shù)設(shè)計(jì)其目的是得到滿足質(zhì)量要求的焊點(diǎn)，并且焊接過程中減少飛濺缺陷的產(chǎn)生。主導(dǎo)板厚在0.65～1.29 mm范圍內(nèi)，電阻焊點(diǎn)熔核最小尺寸為4.0 mm.影響焊接質(zhì)量的工藝主要是焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力，其中焊接電流是主要因素[6]。焊接中發(fā)生飛濺主要是由于焊接參數(shù)設(shè)定、焊接表面情況、焊接電極的使用及電網(wǎng)波動(dòng)造成的，綜合焊接參數(shù)的關(guān)系、明確臨界壓力、保證焊接參數(shù)穩(wěn)定[7]。根據(jù)公式Q=I2RT的關(guān)系，電流對(duì)于焊接質(zhì)量的影響最大，其次為電阻與焊接時(shí)間。電流對(duì)于焊接質(zhì)量的影響非常明顯，電流大焊接時(shí)容易產(chǎn)生飛濺、焊穿等焊接缺陷，電流小會(huì)出現(xiàn)虛焊、脫焊等焊接缺陷；焊接電阻包含了零件本身電阻與零件間隙之間的電阻，焊接壓力越大零件之間的間隙越小，壓力相對(duì)越小，但是壓力太大會(huì)在板件上產(chǎn)生壓痕且因?yàn)殡娮栊崃坎粔蚨霈F(xiàn)虛焊、脫焊等焊接缺陷，壓力小板件之間的間隙大導(dǎo)致電阻增大，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生飛濺、焊穿等焊接缺陷；焊接時(shí)間不僅跟焊接質(zhì)量有關(guān)系，還對(duì)生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍有影響。焊接時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)增加焊接時(shí)間，同樣的焊點(diǎn)數(shù)量會(huì)用更多的焊接時(shí)間，焊接時(shí)間長(zhǎng)容易產(chǎn)生焊穿等缺陷；焊接時(shí)間短時(shí)，節(jié)拍相對(duì)比較快，但是容易出現(xiàn)虛焊、脫焊等焊接缺陷。

3 預(yù)壓時(shí)間對(duì)于伺服焊鉗焊接質(zhì)量的影響

3.1 實(shí)驗(yàn)條件

選擇側(cè)圍焊裝線同一工位的Global機(jī)器人攜帶小原的伺服焊鉗選擇兩個(gè)不同的焊點(diǎn)做實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)焊點(diǎn)的主板板厚分別為0.65 mm、1.0 mm（三層焊點(diǎn)）；根據(jù)公司的焊接參數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)主導(dǎo)板厚分別選取焊接參數(shù)且均不采用預(yù)壓時(shí)間；主導(dǎo)板厚0.65 mm焊接電流I=8 000 A，焊接時(shí)間（weld）=180 ms，焊接壓力P=2 140 N；主導(dǎo)板厚1.0 mm焊接電流I=8 500 A，焊接時(shí)間（weld）=180 ms，焊接壓力P=2 140 N.實(shí)驗(yàn)中保證焊接除焊接參數(shù)中的預(yù)壓時(shí)間外，工裝等其工藝設(shè)備及參數(shù)均不做任何變動(dòng)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備及環(huán)境見圖4.

圖4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及環(huán)境

3.2 預(yù)壓時(shí)間設(shè)置

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所選擇的焊接參數(shù)及設(shè)備進(jìn)行焊接，并在焊接條件及其他參數(shù)不變的情況下設(shè)置預(yù)壓時(shí)間100 ms、300 ms、500 ms，觀察不同的預(yù)壓時(shí)間下焊點(diǎn)熔核及焊接飛濺的情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。在焊接控制器中，焊接壓力設(shè)置為0，焊接控制器中工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)不會(huì)影焊接壓力的大小，如圖5所示。在預(yù)壓壓力不變的情況下，伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)到設(shè)定壓力將不再運(yùn)動(dòng)，增加預(yù)壓時(shí)間不會(huì)引起焊鉗繼續(xù)閉合增加壓力，只保持伺服焊鉗現(xiàn)有狀態(tài)，不再進(jìn)一步壓合零件，對(duì)于改善零件貼合狀態(tài)沒有明顯作用。增加預(yù)壓后與增加預(yù)壓前工件狀態(tài)與其他工藝設(shè)備狀態(tài)均沒有改變，實(shí)際的焊接條件前后都沒有變化。增加或者減少伺服焊鉗的預(yù)壓時(shí)間對(duì)伺服焊鉗焊接的焊點(diǎn)質(zhì)量沒有明顯的改善作用，伺服焊鉗在預(yù)壓時(shí)，焊鉗伺服電機(jī)沒有動(dòng)作，因此預(yù)壓增加或者取消對(duì)于焊接飛濺的改善沒有明顯作用。

圖5焊接控制器中焊接程序

4 結(jié)論

表1 主導(dǎo)板厚0.65 mm實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 主導(dǎo)板厚1.0 mm實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過實(shí)驗(yàn)表明：在相同的焊接電流、焊接時(shí)間及焊接壓力的條件下，不設(shè)置預(yù)壓時(shí)間對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量沒有明顯影響，沒有出現(xiàn)因不設(shè)置預(yù)壓或者預(yù)壓不夠而導(dǎo)致焊鉗沒閉合就通電而產(chǎn)生的焊穿、焊爆等焊接質(zhì)量問題。隨著預(yù)壓時(shí)間100 ms、200 ms、500 ms增加，沒有對(duì)焊點(diǎn)熔核大小有明顯影響，沒有影響焊接飛濺的大小。

伺服焊鉗焊接時(shí)，焊鉗與工件接觸后，開始加壓，達(dá)到預(yù)定壓力后才開始啟動(dòng)焊接控制器調(diào)用其他焊接參數(shù)，是否設(shè)置預(yù)壓時(shí)間對(duì)于焊鉗閉合沒有影響，預(yù)壓時(shí)間是通過預(yù)壓壓力體現(xiàn)在焊接質(zhì)量上。

伺服焊鉗焊接時(shí)，不設(shè)置預(yù)壓時(shí)間不會(huì)影響對(duì)焊鉗正常開閉，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)椴辉O(shè)置預(yù)壓時(shí)間導(dǎo)致焊鉗未閉合就焊接產(chǎn)生焊穿、焊爆等焊接缺陷；使用機(jī)器人伺服焊鉗焊接，伺服焊鉗焊接參數(shù)中是否設(shè)置預(yù)壓時(shí)間對(duì)于焊點(diǎn)榕核大小無明顯影響，預(yù)壓時(shí)間對(duì)于飛濺控制方面沒有特別明顯的貢獻(xiàn)。

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The Effect on Welding Quality of Servo Gun Preloading Time

LU De-li，F(xiàn)ENG Lin-lin，HE Liu
（SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

During the welding process of pneumatic gun，preloading time almost takes over half of welding time。The action principle of servo gun is really different from general pneumatic gun，this paper is aiming at the quality analysis about setting up different preloading time of servo gun.The text compared the same working condition，welding parameter with different preloading time，it’s influence on the size of welding spot and splashing.The text resulted that diffident preloading time making no influence about welding spot size and splashing.

servo gun；preloading time；welding quality

TG443

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0113-03

2017-02-29

陸德利（1988-），男，廣西灌陽人，本科，助理工程師，研究方向：車身工藝設(shè)計(jì)與焊裝生產(chǎn)線規(guī)劃。