張文朋，程康康，邵金金

奇瑞汽車(chē)股份有限公司 安徽蕪湖 277410

隨著汽車(chē)在普通家庭中的普及，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，不僅僅局限于動(dòng)力和空間，而且對(duì)外觀質(zhì)量要求也越來(lái)越苛刻。由于車(chē)身表面的平整度及光順度直接影響消費(fèi)者的審美選擇，所以控制并減輕車(chē)身表面變形，提升車(chē)身外觀質(zhì)量，對(duì)于當(dāng)前汽車(chē)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

白車(chē)身上的天窗頂蓋由頂蓋本體和天窗加強(qiáng)板連接組成，其連接工藝主要有點(diǎn)焊、滾邊、壓合及CO2焊等。由于頂蓋本體較?。?.7mm），焊接過(guò)程中易變形，進(jìn)而影響外觀質(zhì)量，所以選用CMT焊。CMT焊是一種全新的MIG/MAG焊接工藝，其熱輸入量比普通的MIG/MAG焊要低。

現(xiàn)狀調(diào)查

公司某車(chē)型的天窗頂蓋本體（厚0.7mm、材料DC04）和天窗加強(qiáng)板（厚1.5mm、材料DC06）連接設(shè)計(jì)為CMT焊工藝，通過(guò)收集統(tǒng)計(jì)2021年4月份5個(gè)批次的頂蓋機(jī)器人CMT焊問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)單個(gè)總成零件的焊縫不合格率平均為56.7%，見(jiàn)表1。

表1 2021年4月份頂蓋機(jī)器人CMT焊問(wèn)題統(tǒng)計(jì)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，天窗頂蓋CMT焊焊縫主要缺陷有：咬邊、未熔合、焊瘤、燒穿、氣孔以及CMT焊頂蓋表面變形等。

統(tǒng)計(jì)缺陷占比情況，發(fā)現(xiàn)CMT焊頂蓋表面變形占總問(wèn)題的70.15%（見(jiàn)表2），占比較大。這些數(shù)據(jù)分析表明，即使應(yīng)用了熱輸入量更低的CMT焊設(shè)備，在薄板焊接過(guò)程中仍然出現(xiàn)了很多變形問(wèn)題，所以需要進(jìn)一步排查變形的原因，解決CMT焊工藝外造成變形的其他因素。

表2 2021年4月份頂蓋機(jī)器人CMT焊問(wèn)題各類(lèi)缺陷占比統(tǒng)計(jì)

變形過(guò)程理論分析

分析研究變形位置焊縫的實(shí)物狀態(tài)，由如圖1、圖2所示的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際焊縫正面圖及反面熱影響區(qū)，可以看出焊接后的熱影響區(qū)很大，零件的R角根部位置已經(jīng)發(fā)黑。由此可見(jiàn)，焊縫熱量一部分傳遞到了外板表面，導(dǎo)致表面發(fā)熱發(fā)黑。

圖1 焊縫正面

圖2 焊縫反面熱影響區(qū)

為了更好地了解變形過(guò)程，將該車(chē)型天窗頂蓋總成焊接位置剖切進(jìn)行展示，如圖3所示。藍(lán)色為0.7mm厚的頂蓋外板本體，青色為1.5mm厚的加強(qiáng)板，紅色圓圈為弧焊焊縫，紅色細(xì)虛線為弧焊熱量散熱路線趨勢(shì)，弧焊后一部分熱量空冷散掉，一部分熱量傳遞至頂蓋外板本體表面，導(dǎo)致出現(xiàn)如紅色粗虛線所示的變形。

圖3 天窗頂蓋總成焊接位置剖切示意及焊縫散熱示意

制定對(duì)策及實(shí)施

經(jīng)過(guò)變形過(guò)程理論分析得知，造成弧焊后頂蓋表面變形的主要原因是變形位置熱量大，只要降低變形位置的熱量即可減輕變形。

為了降低變形位置的熱量，主要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、焊接參數(shù)及機(jī)器人軌跡等幾個(gè)方面制定了對(duì)策，來(lái)開(kāi)展驗(yàn)證工作。

1.產(chǎn)品設(shè)計(jì)

移動(dòng)焊縫位置，使焊接熱源遠(yuǎn)離外板表面。設(shè)計(jì)初始階段，考慮可由人工操作進(jìn)行CMT焊接，在天窗加強(qiáng)板焊縫位置開(kāi)了缺口（見(jiàn)圖4），作為焊接標(biāo)識(shí)，指導(dǎo)員工焊接位置。開(kāi)缺口后導(dǎo)致天窗加強(qiáng)板翻邊變短，焊縫距離變形的頂蓋本體更近了，導(dǎo)致焊接后熱量傳遞到頂蓋本體更多，出現(xiàn)變形。經(jīng)與產(chǎn)品部門(mén)對(duì)接，將焊縫從缺口位置重新定義在了旁邊的非缺口位置（見(jiàn)圖5），將焊縫到變形表面的距離從4mm增大到了6.5mm（見(jiàn)圖6）。

圖4 焊縫布置在非缺口位置

圖5 焊縫布置在非缺口旁邊位置

圖6 焊縫布置在缺口位置及非缺口位置到變形表面的距離剖切示意

2.工裝設(shè)計(jì)

焊縫位置增加夾緊散熱機(jī)構(gòu)，加快變形位置焊接后的散熱。工裝改造增加銅塊作為散熱機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖7），焊接后手觸銅塊，明顯感覺(jué)到熱量，說(shuō)明焊縫一部分熱量通過(guò)銅塊散掉（見(jiàn)圖8），這樣既減少了頂蓋本體上的熱量，又減輕弧焊后反面變形。此外，散熱定位機(jī)構(gòu)對(duì)焊縫位置進(jìn)行了夾緊，可有效保證弧焊焊縫位置的尺寸及位置度，有利于機(jī)器人弧焊焊接。

圖7 焊縫位置散熱機(jī)構(gòu)

圖8 焊縫在無(wú)銅塊散熱及有銅塊散熱情況下散熱示意

3.焊接參數(shù)

由于焊接參數(shù)過(guò)大會(huì)導(dǎo)致熱量大、變形大；反之，焊接參數(shù)過(guò)小會(huì)導(dǎo)致熱量小，存在未焊透的問(wèn)題，所以需要選擇合理的焊接參數(shù)。

通過(guò)調(diào)整弧焊電流進(jìn)行了調(diào)試驗(yàn)證，為規(guī)避板件搭接間隙波動(dòng)的影響，驗(yàn)證過(guò)程中板件間隙控制在0～1mm，最終得出適用此板材（0.7+1.5）mm焊接的最佳參數(shù)，具體如下。

電流為83A，焊接后出現(xiàn)反面變形；電流為78A，焊接后反面變形減輕；電流為72A，焊接后反面變形減輕，但熔核直徑低于5mm，不能滿足質(zhì)量要求（產(chǎn)品CAE計(jì)算，要求熔核直徑＞5mm）；電流為65A，焊接出現(xiàn)未熔合。針對(duì)上述驗(yàn)證結(jié)果，建議針對(duì)（0.7+1.5）mm搭接形式板材的CMT焊，焊接電流設(shè)置為78A。

4.板件搭接間隙

弧焊對(duì)板件搭接間隙要求一直較高，尤其是機(jī)器人弧焊，對(duì)板件搭接間隙及位置度有更高的要求。上述工裝設(shè)計(jì)方案增加的銅塊散熱機(jī)構(gòu)有效保證了板件焊縫位置的尺寸及位置度，有利于機(jī)器人焊接。產(chǎn)品設(shè)計(jì)上針對(duì)不同板件厚度和搭接形式對(duì)間隙定義不同，本次定義為0.5mm，實(shí)際調(diào)試過(guò)程中板件搭接間隙對(duì)焊接后變形的影響仍然需要驗(yàn)證評(píng)估。

驗(yàn)證過(guò)程發(fā)現(xiàn)，板件搭接間隙對(duì)弧焊后反面變形存在間接影響。板件搭接間隙在0～1.5mm，可采用弧焊焊點(diǎn)形式，焊接時(shí)間短，熱量低；板件搭接間隙超過(guò)1.5mm后，弧焊焊點(diǎn)形式的熔核不足以填充板件間隙，存在弧焊后咬邊或未熔合缺陷，故需采用弧焊焊縫形式，選擇外板-內(nèi)板編程軌跡，但此方式焊接時(shí)間長(zhǎng)，焊接過(guò)程熱量大，易造成弧焊后零件變形。

綜上，調(diào)試過(guò)程中需要控制單件尺寸及板件搭接間隙在0～1.5mm，可滿足機(jī)器人弧焊要求。

5.機(jī)器人軌跡調(diào)試

除了合理的焊接參數(shù)，機(jī)器人軌跡調(diào)試同樣重要。驗(yàn)證過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，焊絲在搭接板件的位置（見(jiàn)圖9和圖10）與板件配合間隙需要合理配合，才能保證焊縫熔核質(zhì)量。

圖9 焊絲位置

圖10 焊絲在搭接板件的位置剖切示意

驗(yàn)證過(guò)程發(fā)現(xiàn)：板件搭接間隙為0時(shí)，焊接后熔核受重力作用，會(huì)自然下流，調(diào)整機(jī)器人軌跡，使焊絲高出搭接理論位置0.5～1.0mm，焊縫成形更好；板件搭接間隙為1.0mm時(shí)，調(diào)整機(jī)器人軌跡，使焊絲在搭接理論位置，焊縫成形更好；板件搭接間隙為1.5mm時(shí)，調(diào)整機(jī)器人軌跡，使焊絲低于搭接理論位置-0.5～0mm，焊縫成形更好。為了更好地指導(dǎo)后續(xù)車(chē)型現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，整理了焊絲距離板件搭接理論距離與板件搭接間隙建議區(qū)間（見(jiàn)圖11），建議按照?qǐng)D示虛線框區(qū)域開(kāi)展調(diào)試工作。

圖11 焊絲距離板件搭接理論距離與板件搭接間隙建議區(qū)間示意

實(shí)施效果

上述對(duì)策實(shí)施后，焊縫熱影響區(qū)高度由8mm減小至5mm（見(jiàn)圖12），經(jīng)公司質(zhì)量工程師評(píng)價(jià)確認(rèn)，板件反面變形減輕，部分焊縫無(wú)變形，焊縫合格率穩(wěn)定在95%左右（見(jiàn)圖13）。

圖12 焊縫熱影響區(qū)高度改善

圖13 焊縫合格率趨勢(shì)

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)CMT焊工藝在天窗頂蓋薄板上的實(shí)際應(yīng)用與研究，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、板件搭接間隙、焊接參數(shù)及機(jī)器人軌跡調(diào)試等方面開(kāi)展了驗(yàn)證并制定了解決措施，最終解決了變形問(wèn)題；同時(shí)總結(jié)了其相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，梳理成標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)類(lèi)似結(jié)構(gòu)新車(chē)型開(kāi)展設(shè)計(jì)及工藝調(diào)試工作提供了參考。