阿普拉斯焊接技术及应用

任 涛，潘 青

（上海通用汽车有限公司整车制造工程部，上海201201）

阿普拉斯焊接技术及应用

任 涛，潘 青

（上海通用汽车有限公司整车制造工程部，上海201201）

阿普拉斯（Arplas）焊接技术是实现汽车钣金件焊接时，减小焊接变形量和焊点压痕的一种新型焊接技术。介绍了阿普拉斯焊接的关键工艺、技术特点及其质量控制系统。讨论了阿普拉斯焊接技术解决传统焊接方式带来的质量问题的系统方案，总结了阿普拉斯焊接技术在汽车工业中的应用，为其在汽车领域焊接技术的深入研究和应用提供参考。

汽车；阿普拉斯焊接；焊接变形；焊点压痕；钣金件

园 前言

随着汽车工业对于汽车外观表面质量的要求越来越高，焊接热变形和焊点压痕[1-2]两大外观质量问题的解决已迫在眉睫。传统的电阻点焊技术和工艺容易产生热变形，且焊点压痕较深，破坏板件表面原有的镀层和装饰层，导致零件外观表面难以达到质量要求。虽然目前已有一些新工艺如激光焊、远程激光焊和摩擦焊[3-5]等可以减小焊接变形和压痕问题，但这些工艺都存在系统复杂、设备投资高、质量控制难、柔性化低等弊端，且能源消耗很高，与绿色环保的制造理念相悖。为了能够很好地弥补传统点焊和其他焊接方式所存在的缺陷，新的焊接技术——阿普拉斯（Arplas）焊接技术应运而生，并逐渐应用于车身生产中。

在此介绍阿普拉斯焊接技术原理和特点，主要探讨阿普拉斯在汽车制造应用中的关键技术、工艺步骤、质量控制和自动化应用系统。为阿普拉斯焊接技术的深入研究和应用提供参考。

1 阿普拉斯（Arplas）焊接技术

阿普拉斯（Arplas，简称AL-S）焊接技术是汽车制造领域白车身钣金件焊接的一种全新技术。它的基本原理是利用最小的能量输入，极短时间内达到脉冲峰值，使零件与零件完成熔合焊接，并依然能够完全达到零件焊接结构强度的要求，这种技术是基于电阻点焊原理，但采用完成不同于传统电阻点焊技术的方式和参数。阿普拉斯焊接成型示意如图1所示。阿普拉斯焊接是采用平头式电极帽，在极短时间内高电流脉冲熔化零件完成焊接，焊接热变形和压痕极小。因此，焊接完成后呈现出良好的表面质量，如图2所示。

2 阿普拉斯（Arplas）焊接技术特点及系统

2.1阿普拉斯焊接（Dimple）工艺

2.1.1 阿普拉斯Dimple凸起成型过程

为了聚焦阿普拉斯焊接时的能量脉冲，在焊接之前必须在一个零件上冲出一个凸起（Dimple），阿普拉斯焊接时，该凸起与另一个零件在高电流脉冲下完全熔合。为了减小焊接后压痕，并且同时保证焊接强度的需求，凸起必须呈现一种特殊的锐利形状，如图3所示。

阿普拉斯（Dimple）的冲压成型质量直接关系到两个零件阿普拉斯焊接工艺的稳定性和质量。因此，需确定制定一套专门的Dimple系统方案。

Dimple成型生产方式有线上同步生产（Online build）和线下批量生产（Offlinebuild）两种选择。由于Dimple的尺寸非常锐利，它的尺寸质量控制是后续阿普拉斯焊接强度和焊接压痕的关键因素。因此，为降低Dimple尺寸在零件运输过程的磨损或碰撞变形风险，最优方式是采用线上同步生产，不推荐线下批量生产和供应商来料生产。

2.1.2 阿普拉斯（Dimple）凸起尺寸要求和零件材料要求

可应用于阿普拉斯焊接的Dimple尺寸和零件要求如下：（1）Dimple最小高度4 mm；（2）Dimple离零件边缘最小距离2.5 mm；（3）Dimple零件最小翻边宽度5 mm；（4）Dimple零件板厚范围为0.45mm＜t＜3.5 mm；（5）Dimple和阿普拉斯焊接零件组合为厚度不限，2层或3层均可；（6）Dimple零件材料为低碳钢、硬化钢、不锈钢、铝材和混合材料；（7）Dimple零件材料镀层：所有传导性镀层。

阿普拉斯Dimple尺寸和位置精度对最终焊接质量尤为重要，不同板材厚度对应不同的Dimple高度尺寸，才能满足阿普拉斯焊接的要求，具体如图4所示。以0.8mm板材厚度为例，对Dimple凸起的尺寸要求如图5所示。

Dimple凸起对中度直接影响到最终阿普拉斯焊接的质量表现。为保证阿普拉斯焊接质量强度，要求焊接后阿普拉斯焊点连接结合长度大于Dimple凸起长度的80%。因此，在冲压Dimple凸起时，上下模的对中度误差一般必须控制在8°之内。

2.2 阿普拉斯焊接工艺

2.2.1 阿普拉斯工艺特点

阿普拉斯是利用最小的能量输入，极短时间内达到脉冲峰值，使零件与零件完成熔合焊接，并依然能够完全达到零件焊接结构强度的要求，这种技术是基于电阻点焊原理但采用完成不同于传统电阻点焊技术的方式和参数，如表1所示。

2.2.2 阿普拉斯设备特点

由于焊接时间在极短时间内完成，阿普拉斯焊枪和电极设计需满足快速响应并完成熔合焊接，阿普拉斯焊枪机构如图6所示。

阿普拉斯焊机的特点是在极短时间内（4 ms）达到阿普拉斯焊接必须的电流脉冲峰值（20 kA），并且无需冷却系统。阿普拉斯焊接和传统电阻焊接脉冲曲线如图7所示。

2.2.3 阿普拉斯焊点质量评估和判定标准

阿普拉斯系统提供完全符合零件结构强度标准的焊点，如图8所示。

在生产制造系统，阿普拉斯的质量检查标准和传统电阻电焊方式相近，均采用在线目检和破坏性实验来判定焊点质量是否符合强度要求。由于阿普拉斯凸起是矩形的，当破坏性试验焊点撕开的缺口长度达到凸起原始投影长度的80%时，认为焊点达到长度要求。

2.3 阿普拉斯质量控制系统

由于阿普拉斯焊接参数的设定不同于传统的电阻点焊，因此，传统点焊的质量探测系统不能应用在阿普拉斯焊接技术上。基于影响阿普拉斯焊接质量的三个因素——AL-S凸起形状、AL-S焊接压力和AL-S焊接电流，阿普拉斯技术专门开发了质量控制系统QCS（Quality Certification System）用于监控每个焊点在焊接时的可靠反馈信息，包括：（1）Dimple凸起高度和焊接压力验证反馈；（2）实时电流测量；（3）焊接质量验证反馈；（4）记录每个焊点的设定参数和实际参数；（5）阿普拉斯工艺数据统计。

阿普拉斯焊接程序QCS系统反馈过程如图9所示。

在阿普拉斯焊接过程中，QCS系统首先测量Dimple凸起尺寸，如果尺寸不合格或零件上无Dimple凸起特征，QCS系统反馈报警并锁定电流脉冲释放；如果电极头变形或者掉落，QCS系统也会反馈报警并锁定电极压合操作；焊接完成后，QCS系统实时反馈焊接压力和焊接电流的参数数值并与设定初值匹配，如果不匹配，QCS系统会反馈报警并暂停下一步操作，提示生产线员工该焊点焊接质量不符合要求。

2.4 阿普拉斯同步仿真工程和机器人应用系统

阿普拉斯系的成功应用和实施离不开同步仿真工程，虽然阿普拉斯系统是一个高标准的系统，但阿普拉斯系统仍可与软件最终客户端和集成商进行数据交换（Catia and Unigraphics），如图10所示。

阿普拉斯系统既能应用于固定的工装系统，又可以应用于各种不同的机器人系统中。由于阿普拉斯Dimple凸起在零件上的对中度要求，机器人Dimple系统更柔性，Dimple位置更准确，性价比更高。Dimple机器人应用系统如图11所示。

阿普拉斯机器人应用系统使用与AL-S电极快速响应匹配的焊接系统，具有低配重、低自感应系数的特点，AL-S焊机系统可集成于不同种类的机器人型号。阿普拉斯机器人系统与阿普拉斯QCS系统相匹配集成，并可满足焊接质量实时监控和数据统计的要求，如图12所示。

3 结论

阿普拉斯焊接技术是一种全新的焊接工艺，其应用成果对于提高产品质量、提高顾客满意度、节能环保有着重要的意义。一方面，焊接强度提高，增强整车安全性能，焊接变形小，焊接压痕小，提供整车质量表现，从而降低了制造系统控制的人力物力成本；另一方面，节约70%电能，不需水

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Arplas Welding Technology and its application

REN Tao，PAN Qing
（Vehicle Manufacturing Engineering，Shanghai General Motor limited company，Shanghai 201201，China）

Arplas welding technique purposed a new process for reduce welding deformation and welding spot impression during sheet metal welding.In this paper,Key process，technique specialty and quality control system of Arplas welding technology were introduced.Base on the welding deformation and welding spot impression by traditional welding method，the solution of the welding quality issue with Arplas welding technology was discussed.Application of Arplas technique on automobile industry were summarized，which provide the reference for deep investigation of Arplas welding in automobile industry.

automobile；Arplas welding;welding deformation；welding spot impression；sheet metal

TG44

：B

：1001-2303（2014）02-0035-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.07

2012-11-13

任 涛（1981—），男，工程师，学士，主要从事汽车焊接工艺研发和管理工作。