白车身点焊焊点设计临界位置的确定

吕苏华，李友力

（1.长春工程学院，机电工程学院，吉林 长春130012；2.一汽轿车股份有限公司，吉林 长春130012）

轿车白车身是构成汽车的重要组成部分，车身焊接是白车身制造工艺中最重要的工艺过程之一，车身的焊接质量对整车的质量、精度、生产效率有着直接的影响。在白车身结构设计合理的基础上，焊点位置将会是影响焊接质量、焊接速度和车身外观的重要因素。由于车身点焊的过程相当复杂，影响因素多、因素之间相互作用，加之焊接过程中熔核的不可见性及焊接条件不稳定性，给点焊质量控制带来了很大困难。工厂为了保证焊点质量的合格率，使不合格焊点的比例保持在规定的范围内，通常定期进行焊后破坏性实验。然而，破坏性实验成本极高，同时焊后实验具有严重的滞后性，即轿车大批量生产后，待有焊接质量问题发现时，大量具有焊接质量问题的车身己经到了总装甚至到了客户手中[1]。由此可见，白车身中焊点位置设计的重要性。本文主要确定产生焊接缺陷时焊点的临界位置的极限值，从而使得工艺规划人员能够快速对简单结构上焊点存在的问题及时反馈给设计部门，缩短生产周期，降低成本。

1 白车身点焊过程中的缺陷

白车身点焊时通常会导致出现半点和分流的缺陷（如图1所示），焊接时产生的分流缺陷主要存在于门槛焊接，容易造成车身表面不良或焊点处强度降低；焊接时产生的半点缺陷不仅会影响车身强度，而且在焊点边缘很可能会伴有毛刺，如不进行手工修复，将对车身内饰发生干涉甚至无法装配。

图1 两种典型的缺陷

因此本文通过虚拟仿真可视化方法对白车身焊点进行研究，依据已有焊钳的三维定位数据库，对焊点进行模拟仿真，从而实现焊点可焊性识别，为点焊的焊点定位设计和审查提供可靠依据，从而优化焊点布置，提高车身结构的综合性能和降低焊接装配成本。

2 焊点位置尺寸计算

在车身结构中，出现半点时，如果仅仅采用扩大翻边尺寸将会影响车门尺寸，所以不能大幅增加，因此翻边尺寸必须在有限的尺寸上保证焊点质量。由于焊点数量很多，出现分流时如果仅仅采用手工修复难免会发生遗漏现象而造成焊接质量缺陷和劳动成本增加，所以必须对这种问题进行改进。首先对翻边弧度进行增大，如仍不满足焊钳姿态的最低要求而产生分流，就要根据焊点临界位置值再适当增加翻边的高度。

翻边长度a是边缘端到折弯钢板的距离，它由自由尺寸FM（焊接操作时电极不磕碰零件所需的距离）与边缘距离V（焊接操作时电极帽能焊出满点所需的距离）组成。焊点的自由尺寸FM和边缘尺寸V的关系如图 2 所示[2、3]。

图2 修边尺寸

其中A是误差。

2.1 焊接产生分流时自由尺寸FM的计算

自由距离FM是焊接操作时电极不磕碰零件所需的距离，为了不与导电体相干涉，需要预留足够的空间，即自由尺寸FM等于电极帽半径ds/2和导电体的最小距离A之和，如公式（2）所示。

而导电体的最小距离A分两种情况：

（1）机器人焊接时，导电体的最小距离A的影响因素有：A1夹具定位精度（约±0.2 mm），A2机器人精度（±0.05 mm），A3零件制造精度 (±2.0 mm)，导电体最小距离A等于夹具定位精度A1、机器人精度A2与零件制造精度A3之和，如公式（3）所示。

计算得到机器人焊接时0.00mm≦A机器≦2.25mm

电极帽直径ds值有16mm和13mm两种，所以记其对应的自由尺寸分别为FM1和FM2；机器人焊接条件下不产生分流时，焊点位置自由尺寸临界值FM=ds/2+A，即

FM1≧10.25 mm

FM2≧8.75mm

（2）人工焊接时，导电体的最小距离A人工的影响因素为：A1夹具定位精度（±0.2 mm），A2人工操作误差（实验测量），A3零件制造精度（±2.0 mm），导电体最小距离A等于夹具定位精度A1、人工操作误差（实验测量）A2与零件制造精度A3之和，如公式（4）所示。

计算人工焊接时，A2≦A人工≦ A2+2.2mm

而人工焊接的操作误差跟焊钳的结构密切相关。不同焊钳的人工误差如表1所示。

表1 焊钳误差平均值（单位：mm）

由此可以得出不同焊钳人工焊接时不产生分流时的FM值，如表2所示。

表2 自由尺寸FM值，单位：mm

2.2 焊接产生半点时边缘距离V值的计算

边缘距离V为焊接操作时电极帽能焊出满点所需的距离，为了不产生半点焊接缺陷，需要预留合适的预留量，边缘距离V等于电极端头直径d（4.5 mm～6mm）、熔池灼烧范围E（0.5 mm～2.5 mm）和导电体的最小距离A之和，如公式（5）所示。

如上所述，导电体的最小距离A值分为机器人焊接时和人工焊接时，即

（1）机器人焊接时:V≧2.25 mm+6/2 mm+2.5 mm=7.75mm

（2）人工焊接时不产生半点焊接缺陷焊点位置边缘距离同样要结合焊钳的人工误差平均值进行设计，部分焊钳边缘距离V最小值，如表3所示。

表3 边缘距离V值（单位：mm）

3 结束语

（1）机器人焊接条件下不产生分流时，焊点位置自由尺寸临界值分别为：

FM1≧10.25mm

FM2≧8.75mm

（2）机器人焊接条件下不产生半点时，焊点位置边缘距离V临界值为：

V≧7.75 mm

（3）人工焊接时不产生焊接缺陷焊点位置尺寸与不同焊钳的人工操作误差有关。

[1]彭振国，刘昌雄.汽车制造中焊接技术现状及发展趋势[J].汽车工艺与材料，2007，（2）:13-17.

[2]李力强，吕苏华，李友力.白车身点焊焊点的三维定位数据库[J].电焊机，2012，（6）:53-57.

[3]李力强，吕苏华，李友力.虚拟仿真技术在轿车焊装领域的应用研究[J].装备制造技术，2013，（7）:131-133.