汽车白车身机器人电阻点焊质量常见缺陷分析与改善方法
2024-08-15刘立华刘德鹏曾令重莫文将
摘 要:在汽车车身制造行业中,电阻点焊是一种高速、经济的连接方式,也是汽车生产中不可缺少的一部分。为提高生产效率及降低生产成本,越来越多机器人出现在各车企的生产线上,其中点焊机器人在汽车制造行业中得到广泛应用,点焊机器人的焊接质量也随之而来,电阻点焊的质量直接会影响到车身的强度降低及安全性能。因此点焊的质量提升需要越来越受到重视,同时对电阻点焊的质量也提出了更高的要求。本文主要探讨点焊机器人焊接产生的常见缺陷焊穿、脱焊、焊点扭曲、裂纹、毛刺、压痕过深、边缘焊点、漏焊、焊点偏差等原因分析及改善方法。
关键词:机器人点焊 焊接缺陷 分析 改善
随着机器人技术的不断发展和进步,机器人应用范围也越来越广泛,其中点焊机器人在汽车制造行业中得到广泛应用。汽车生产中,点焊被视为最基本的焊接方式,也是汽车生产中不可或缺的一部分。传统的点焊是由人工完成的,但是人工点焊存在很多不足,如操作单调、效率低、质量难以控制等等。因此,自动点焊机器人正逐渐取代手工点焊的地位。
然而,随着白车身的结构复杂化和点焊质量要求的提高,机器人点焊也出现了一系列问题。其中质量问题是点焊机器人目前面临的主要问题,点焊质量不好会导致焊点的强度下降,从而影响整个汽车的质量和使用寿命。
本文基于白车身机器人点焊质量问题及改善方法,通过对机器人点焊的原理和特点进行分析,并结合实际案例,探讨白车身机器人点焊质量问题的原因和改善方法。本研究旨在提高白车身机器人点焊质量,为汽车制造行业提供技术支持和指导。
1 电阻点焊的特性
(1)靠尺寸不大的熔核连接;
(2)在大电流、短时间的条件下焊接;
(3)在热和机械力联合作用下形成焊点。
点焊是一种高速经济的重要连接方法,适用于制造可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于3mm的冲压轧制的薄板构件。
2 电阻点焊车身车间生产现场的应用
对于白车身焊接来说,电阻点焊主要用于其薄板结构的焊接,有6大特点:
(1)热量集中、加热时间短、焊接变形小;
(2)冶金过程简单;
(3)能适应多类同种及异种金属的焊接;
(4)工艺过程简单,易于实现机械化及自动化;
(5)焊接生产率高,成本低;
(6)劳动环境较好,污染小。
故电阻点焊在汽车白车身焊装中占据主导地位,整车白车身95%的拼接是靠电阻点焊焊接完成的,以下为白车身框架,如图1。
3 电阻点焊焊点质量的影响因素
电阻点焊的缺陷按显现部位不同,可分为外表缺陷与内部缺陷,缺陷的形成原因众多,分析时应抓住主导原因。
3.1 焊接电流的影响
(1)焊接电流对产热的影响比电阻和通电时间大,它是平方正比关系,因此是必须严格控制的重要参数。除电流总量外,电流密度对加热也有显著影响。
(2)增大电极接触面积或凸焊时凸点尺寸过大,都会降低电流密度和焊接热量,从而接头强度下降。
(3)电流密度过大,将导致焊缝金属飞溅,形成空腔、焊缝开裂及力学性能降低。
3.2 通电时间的影响
(1)电阻点焊时,为了保证熔核尺寸和焊点强度,焊接时间和焊接电流在一定范围内可以互为补充,总热量既可通过调节电流也可通过调节焊接时间来改变。但传热情况与时间有关。
(2)为了获得一定强度的焊点,可以采用大电流和短时间——强条件(硬规范)焊接,也可以采用小电流和长时间——弱条件(软规范)焊接。
(3)在生产中选用强条件还是弱条件要取决于金属的性质、厚度和所用焊接电源的功率。
3.3 电极压力的影响
(1)电极压力对两电极间总电阻R有显著影响,随着电极压力增大,引起界面接触电阻减少。此时,焊接电流虽因电阻减少而略有增加,但不足以影响因R减少而引起产热量的减少。所以焊点强度总是随电极压力的增大而降低。
(2)为了使焊接热量达到原有水平,保持焊点强度不变,在增大电极压力的同时,也适当增大焊接电流或延长焊接时间以弥补电阻减小的影响。
(3)若电极压力过小,将引起金属飞溅,也会引起焊点强度下降。在确定电极压力时,还必须考虑到备料或装配质量,如果工件已经变形,以致焊接区不能紧密接触,则需采用较高的电极压力以克服这种变形。
4 电阻点焊焊接缺陷、分析控制
电阻点焊的缺陷的种类:毛刺、虚焊、焊点扭曲、焊穿、裂纹、压痕过深、边缘焊点、焊点偏差。
4.1 焊点毛刺分析控制
4.1.1 焊接过程中产生焊点毛刺的主要原因分析
焊接毛刺是焊接点焊生产过程中经常容易出现的焊接缺陷,由于焊接毛刺的出现是造成下道工序的投诉。如果在总装车间,比如焊接毛刺很多,导致装胶条边时,划伤员工的手指。焊接毛刺的产生增加了顾客对车子的抱怨。所以说一直以来焊接毛刺是我们需要及时解决的问题。
4.1.2 焊接焊点毛刺的产生有很多的原因
焊接参数选择不当、零件表面有油污、零件搭接离空这些原因都会导致焊接毛刺的产生。如果焊接电流过大,焊点熔核部位温度就非常的高,如果电流很大,熔核外部的塑形环就会破裂,焊接飞溅很大,导致焊接毛刺的产生。如果电流大而电极压力小也有可能会产生毛刺的。如果零部件的表面有油污这样也会产生焊接毛刺,零件的离空就更增加了焊点的毛刺产生率。
4.1.3 焊点毛刺的原因分析与控制方法
产生原因:电极端面修磨不平不对中,而不能形成均匀的电流通道,可能接触的只是一部分,电流密度大,而产生毛刺。
控制措施:操作工应得到充分的培训,熟练掌握操作技能和本工序质量控制方法,并且取得上岗资格;明确质量特性技术要求和控制目标,做好设备工装的维护保养和点检;电极要磨得平整不能磨个椭圆及磨斜之类的。
产生原因:焊接电流过大,熔核外部的塑形环就会破裂,焊接飞溅很大导致焊接毛刺的产生。
控制措施:焊接方式,单脉冲改为多脉冲降低预热及焊点电流。
产生原因:电极与零件表面不垂直,导致焊点扭曲而产生分毛刺。
控制措施:焊钳控制与零件垂直,且与零件保持距离,在电阻焊点焊中焊接过程要求是焊件与电极成垂直90°。产生原因:焊件配合间隙大:由于焊件离空,在电极加压过程中电极压凹零件面和不能使焊件紧密贴合而造成电流分流和电阻热不能住中,不能达到焊件金属结合要求强度。
控制措施:零件安装时确保贴合,无错位、无离空,使电极与零件贴合与空隙。
4.2 焊点虚焊分析控制
焊点熔核直径小于要求的最小值、无溶核为虚焊。
4.2.1 产生虚焊的缺陷因素
①焊接电流偏小,或者焊接压力过大过小,焊接时间短;②电极头端面直径大,电极修磨量大容易偏短、表面有杂质,影响焊接质量;③焊点靠得近边缘,焊接角度不垂直,焊接轨迹拉扯扭曲。
焊时产生的热量由下式决定:Q=I2Rt(1)
式中:Q——产生的热量(J)、I——焊接电流(A)、R——电极间电阻(欧姆)、t——焊接时间(s)。
原因分析:焊接电流小,时间短根据公式Q =I2Rt电流小,产生的热量不足。
控制措施:选择正确的参数,焊接电流由8000A改为8700A。
4.2.2 原因分析
焊接压力过大或小;根据公式Q =I2Rt压力偏大,接触电阻变小,阻抗变大,影响电流减小,于是产生的热量不足。
控制措施:选择正确的参数,定期测量焊接压力进行维护。
4.2.3 原因分析
电极头端面直径大,电极修磨量大容易偏短、表面有杂质,影响焊接质量。
控制措施:①调整电极修磨量,修磨压力900N(机器人设置最小压力),修磨时间1000ms改成600ms,②原标准设置修磨30次后更换新电极帽,调整电极帽更换频次,修磨次数达到13次时机器人发出换帽请求;③调整电极修磨直径符合5±1.0mm,确保修磨到电极端面。
4.2.4 原因分析
焊点靠得近边缘,焊接角度不垂直,焊接轨迹拉扯扭曲。
控制措施:①对机器人焊接轨迹进行示教轨迹,保证焊接垂直于板件,焊点无边缘焊点扭曲。
4.3 焊穿、裂纹、压痕过深、边缘焊点、焊点偏差分析控制
4.3.1 焊穿、压痕过深、裂纹问题分析控制
原因分析:焊接焊穿、压痕过深、裂纹主要原因有:①焊钳电极压力不够,压不紧工件;②零件表面有杂质造成绝缘;③电流过大;④电极修磨端面过小、电极不对中;⑤焊接参数预压时间设置不足;⑥零件搭接间隙过大等。
措施控制:①定期测量监控机器人焊接电流、焊接压力,确保焊接电流、焊接压力在设定范围值、偏差超过标准,及时校准并跟踪验证;②做好物料来料表面质量检查;③定期检查电极修磨状态,上下电极对中状态;④核对焊接预压参数;⑤对来料零件进行检查,发现变形进行可疑物料隔离,如图2—4所示。
4.3.2 焊点边缘焊、焊点偏差问题分析控制
原因分析:焊接边缘焊、焊点偏差主要原因有:①机器人焊接轨迹定位存在位置偏移,未按工艺要求点在设计位置,焊接偏移焊在钣金边缘,造成焊点偏差边缘焊点;②零件搭接错位焊接空间小导致边缘焊。
措施控制:①对每一台机器人的焊接焊点,进行核对工艺卡设定位置与机器人轨迹点位置,保证与工艺设计一致性和误差值在范围内;②定期对焊接位置搭接错位情况跟踪,发现错位偏差大于2.0mm异常进行整改。
5 案例分析
案列:车门E260S左前门内板焊点扭曲质量问题:河西车身车门工段E260S左前门内板焊接2#拼台B面,BD-BD22R.1机器人因程序参数错误导致生产每台车焊点扭曲等质量问题,通过不断调试程序参数数据使其修正,并增加电极帽修磨次数,使其居中两、端电极头平整。如以图5—7所示。
6 结果展示
改善前,该企业白车身机器人点焊存在严重的焊接质量问题,导致产品的质量不稳定,生产效率低。而在我们的改善方案实施后,焊接质量明显提高,客户满意度也有所提高。
改善后,焊点强度得到显著提高,虚焊和毛刺、焊穿、焊点扭曲等问题大量减少,焊接质量稳定性得到保证。同时,我们引入了数据记录和分析机制,为后续的焊接质量优化提供了有力的支持。
总之,针对白车身机器人点焊质量问题的改善实例表明,通过制定合理的改善方案,结合现有技术和有效的实施机制,可以有效地解决生产中的焊接质量问题,提高产品质量和生产效率,从而为企业的可持续发展打下坚实基础。
7 结语
本文通过对白车身机器人点焊质量问题的分析,发现焊接过程中存在毛刺、虚焊、焊点扭曲、焊穿、裂纹、压痕过深、边缘焊点、焊点偏差焊点等质量问题。为解决这些问题,本文针对不同的问题提出了相应的解决方案。具体来说,本文的主要研究成果如下:
首先,本文通过对焊接过程中的焊接工艺参数进行分析,选择了合适的工艺参数,如焊接电流、焊接时间等,从而提高了焊接质量。
其次,本文针对焊点毛刺问题,提出了自适应焊接脉冲方案。通过调整焊接脉冲宽度、电流、时间和电压等参数,实现了焊点大小的自适应控制。
再次,本文针对虚焊足问题,提出了增加焊接时间的解决方案。通过增加焊接时间,提高了焊接质量并保证焊点的牢固性。
此外,本文还针对焊穿、压痕深焊点裂纹等质量问题提出了相应的解决方案。例如,定期测量核对焊接电流、焊接压力及控制板件搭接离空问题从而提高了焊接质量。
参考资料:
[1]王浩名,范林,蒋敏.汽车用三层板热成型电阻点焊工艺试验[J].汽车制造业,2022.
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[3]姬胜利.汽车车身电阻电焊焊接缺陷的控制[J].焊接技术,2011(7).
[4]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(1)[M].北京:机械工业出版社,2003.