冷凝蒸發器焊接生產線工藝改進研究

于影霞，盛敬峰

（華東交通大學機電與車輛工程學院，江西 南昌330013）

冷凝蒸發器焊接生產線工藝改進研究

于影霞，盛敬峰

（華東交通大學機電與車輛工程學院，江西 南昌330013）

針對Z企業冷凝蒸發器焊接線存在的問題，提出優化改進方案。在原有焊接工藝和流動線的基礎上增加一條靜態焊接線和一條等待線，并且對流動線的輔助設備也實施改進；實踐表明，改進后的靜態流水線不僅解決了焊接泄漏問題，降低了勞動強度。說明工藝優化改進獲得的實踐經驗對其他焊線或行業同類產線具有一定的參考和借鑒價值。

冷凝蒸發器；焊接；工藝改進；焊接生產線

冷凝蒸發器（冷凝器、蒸發器簡稱兩器）是壓縮式空調機組中的重要部件設備，其焊接質量直接影響機組的效率和成本，是評估焊接生產線工藝優劣的重要指標；Z企業是專門從事車載空調系統冷凝蒸發器研發和生產的專業廠家，有12條焊接流動線，在整個生產流程中，焊接流動線產生的焊接泄漏、外觀不良故障、焊縫未溶合一直居高不下，給企業造成很大的收益損失和供貨負面影響，為了解決兩器焊漏率超標問題，降低成本，保證焊接質量，因此對動態線的改造就顯得尤為重要［2］。

目前國內外學者對空調冷凝蒸發器的研究主要集中在工藝設計改進和焊接方面，如學者張松等對盤管式冷凝器的工藝分析改進，解決盤管成形和鋼絲焊接等兩大難點［3］；郭艷等采用ANSYS軟件，提出通過對溫度場的模擬試驗，進行釬焊工藝改進［4］；陶鑫等提出對冷凝器換熱管和管板進行焊接工藝進行優化設計并且取得了較好的成果［5］；吳良輝提出針對對冷凝器工藝設計工藝要點問題進行分析并實施改進［6］；谷莉等針對焊接過程中殼體縱環縫出現裂紋，提出通過插銷試驗法進行分析改進［7］；王勝針對冷凝器的生產工藝存在的問題進行分析和研究，提出工藝改進方案［8］。針對焊接生產線存在的工藝瓶頸和設計弊端，易造成員工焊接操作疲勞、焊接泄露、焊縫、外觀不良等質量特性多方面產生的原因深入分析，提出焊接生產線工藝改進優化方案。

1 冷凝蒸發器焊接線工藝布局現狀

目前Z公司冷凝蒸發器生產車間主要是氮檢式流動焊接線，它由焊接工裝、傳輸裝置、直線焊接設備（如焊槍、排焊機、充氮裝置）及輔助設備（如工裝車）構成，其工藝布局特點如圖1所示。焊工在焊接兩器時是隨著流水線移動；由于裝兩器的工裝車一直隨著流水線流動，焊工就需要跟隨著兩器流動而移動；而兩器焊接尺寸精度和焊點位置精度等重要質量特性直接取決于焊接線工藝布局。綜上，流動焊接線現狀如下。

1）由于焊接線的流動致使焊工工作方式是追著流動的兩器才能焊接，增加了焊工的移動動作且增加了勞動強度，容易出現焊接質量問題。

2）在焊接過程中，由于裝兩器的工裝車一直是跟著流水線而流動，在流動的過程中，存在振動，容易導致出現振動裂紋。

3）當流水線由于其他原因停線后，焊工不能繼續焊接，流水線長時間的停頓會影響生產效率的提高。

4）由于管徑非常小，管徑手工焊接對焊工的技能要求更高，而在焊線流動焊接時，焊工很難管控焊料添加的節奏，容易導致焊堵。

圖1 流動焊接線布局圖Fig.1 Flow welding line layout

2 冷凝蒸發器焊接線改進思路

為了從根本上解決焊接操作疲勞強度以及焊接泄漏、外觀不良、焊縫等質量問題，需要進一步優化焊接工藝，設計一條滿足質量要求的產線，通過分析存在的問題，制定優化方案，從以下幾方面探討改進思路。

1）目前流動線采用的是配管預充氮及焊接預充氮二種充氮方式；當焊接預充氮時，焊工焊接第一件冷凝發器前必須先為第二件冷凝蒸發器預充氮，使焊工有效焊接時間減少，影響焊接效率。

改善方案:對目前預充氮進行充分驗證調整，增加智能預充氮裝置，全部改為配管工預充氮，減少焊工充氮動作。

2）流動焊接線整體被分成若干小段，在每個小段與關鍵崗位處都安裝數量較多的有阻擋塊，每臺小車從上線到下線經過都要被擋下來，由于慣性帶來較大的震動，小車上的工件容易造成倒片，同時也會造成個別管路因此掉落和配管的深度受影響。

改善方案:對小車頂起、進出速度進行調整，解決慣性較大帶來的震動問題。

3）動態線兩頭圓弧設計，給配管崗位擺放彎頭工裝車造成困難，配管員可正常配管區域的減少，增加了勞動強度。

改善方案:制作圓弧形狀配管彎頭擺放工裝，解決員工配管拿取彎頭的困難問題。

4）動態線上的急停開關和阻擋塊很多，某處停線，管理員需要太多時間去排查，影響生產效率。

改善方案:在各急停開關處加裝報警紅燈，目視化管理，以便及時處理。

通過上述分析，制定生產線改進方案，在流動焊接線設計基礎上，增加一條等待線（當流水線因為其他原因停線后，焊工可繼續焊接，流水線短時間的停頓不會影響到焊工的焊接工作）和一條靜態焊接線（焊接方式由流水線焊接變成靜止焊接）如圖2靜態線布局圖。其特點是焊接崗位與流水線分離開來，焊工在焊接時兩器是靜止的，而裝兩器的工裝車是從流水線上被送入到焊接崗位后靜止，焊工焊接完，兩器工裝車被送入流水線上進入下道工序。

圖2 靜態線布局圖Fig.2 Static welding line layout

3 靜態線改進效果分析

為了保證靜態焊接工藝順利推廣應用，對靜態線的焊接質量一致性、生產效率、勞動強度等方面進行以下的總結分析。

3.1 焊接質量一致性分析

焊接質量一致性分析主要針對冷凝器焊接泄露、外觀不良、焊縫等關鍵質量特性圍繞改善前后對比分析。

表1 改善前、后泄漏率統計數據Tab.1 PPM statistical data before and after improvement of leakage rate PPM

3.1.1 焊接泄漏改善分析

根據流水線改造前后的生產情況，對焊接泄漏進行統計，見表1。從表1中得知:改善前焊接泄漏PPM平均值2 078，改善后PPM平均值1 094，泄漏率下降984 PPM（下降了47.35%）。

改善前后對比總結:運用MINITAB，輸入表1數據，進行統計分析，輸出結果見圖3，從圖中得知，改善后焊接泄漏PPM明顯下降，表示焊接缺陷數大幅度減少，焊接質量顯著改善。

根據表1數據，繪制曲線圖4，對改善后泄漏率分析:圖中數據顯示，靜態焊接線投產三個月內，其焊接泄漏情況除了7月8日～7月14日和9月1日～9月7日的泄漏率異常外，其他月份泄漏率穩定維持在1 200 PPM之內，較為穩定，最小達到了763 PPM，靜態線在這三個月的平均泄漏率為1 094 PPM。

圖3 改善前、后泄漏率PPM對比圖Fig.3 PPM comparison rate before and after improvement of leakage rate

圖4 靜態線泄露率趨勢圖Fig.4 Static welding line leakage rate curve

3.1.2 外觀不良改善分析

焊接外觀不良包括:焊瘤、咬邊、過燒等。對流水線改造后的焊接外觀質量的統計數據見表2。從表2中得知:改善前外觀不良故障率平均PPM值1 488，改善后平均PPM值140，外觀故障率下降了1 348 PPM（下降了90.59%）。

改善前后對比結論:采用靜態線，焊接外觀質量有較為明顯的改善，見圖5。

根據表2數據，繪制曲線圖6，對改善后外觀不良故障率進行分析:圖6顯示，焊接外觀故障率總體來說都比較低。焊接外觀故障率在靜態焊流水線剛開始投產的第一周（7月1日～7月7日）出現的比較多之外，第三周（7月15日～7月21日）焊接外觀質量率稍微有點波動，后面9周的外觀故障率均低于平均PPM值；靜態焊接流水線投產的3個月的焊接外觀不良率平均為140 PPM。

表2 改善前、后外觀不良統計數據Tab.2 Statistical data of appearance defect Before and after improvement PPM

圖5 改善前、后外觀不良故障率PPM對比圖Fig.5 comparison chart of appearance defect rate before and after improvement

圖6 靜態線泄露率趨勢圖Fig.6 Static welding line leakage rate curve

3.1.3 焊縫改善分析

改善前:流動線從4—6月按照4 500件送一件的比例。手工焊接熔深標準［10］:管熔深要求3～5 mm，實測平均熔深4.92 mm，最小熔深為；經測量48條焊縫，43條焊縫合格，5條焊縫不符合要求，見圖7。

圖7 焊縫缺陷分析圖Fig.7 Analysis chart of weld defect

改善后:對靜態線焊接件產生的焊縫進行持續解剖分析，從7—9月共解剖50次（每次解剖一件兩器上的所有手工焊點）。解剖的所有手工焊點、焊縫均符合工藝對于手工焊接熔深標準［10］，管熔深需達到3～5 mm。

3.1.4 焊點震動裂紋改善分析

改善前:流動線一直是動態作業，焊接完成后，焊點還未冷卻如臺車抖動易造成焊點震動裂紋。

改善后:在靜態線蒸發冷凝器被焊完之后，焊工踩腳踏開關出站，流水線根據程序設定要求工裝板延時6秒后才會自動出站，保證焊點冷卻后才移動，此方法可以有效的杜絕焊點震動裂紋的產生。

綜上分析，改善前后對比總結:采用靜態線，焊接的焊縫質量改善明顯，焊接熔深均能達到要求；在震動裂紋上改善更為明顯，因為焊接時是靜止的，而且在生產線上能保證兩器的手工焊點冷卻后兩器才移動，能夠杜絕震動裂紋的產生，因此焊縫質量有了非常明顯的改善。

3.2 生產效率的分析

采用靜態線，流水線的其他工作崗位與改善前操作方式有所改變，生產效率極大提高，分析如下:

1）焊接崗位由于與流水線相脫離，其生產效率在一定程度上受到焊工的工作積極性影響，這方面在一定程度上稍微會影響生產線的生產效率，但從另一方面分析，由于焊工的操作崗位脫離流水線，每個焊工的崗位上均有等待崗位，當流水線由于其他原因停線后，焊工可繼續焊接，這與動態線完全不同，流水線短時間的停頓卻不會影響焊工的焊接工作，因此這方面在一定程度上又有利于生產效率的提高。

2）由于靜態焊接質量提高，焊漏率降低，氮檢箱檢出漏件減少，降低了報警次數，減少了氮檢箱重復檢漏時間，提高了靜態線的生產效率。

3）對靜態焊接線改造前后對產量進行跟蹤調查，改造前動態線單班產量為2 500～3 000件，改造后靜態線產量以達到3 500～4 000件/單班。

改善前后對比結論:靜態焊流水線單班產能有所提高，對生產效率有顯著影響。

3.3 勞動強度分析

1）生產線改造后，流水線的其他工作崗位與改善前的操作方式有所改變，從工業工程合理化改善角度分析和心理角度分析，優化了操作動作，放緩了流水線快節奏的工作壓力，從而降低了焊工身體和心理上的勞動強度。

2）改善前，流水線焊接時焊工隨線流動焊接，邊移動邊焊接，焊接一件兩器后，然后再返回原地繼續下一件，此種方式焊工的勞動強度大；流水線改造后，焊工焊接時是靜止的，不需要跟隨著流水線移動，可減少焊工移動的動作，降低了焊工的焊接勞動強度，同時對焊工的操作技能要求也可適當放寬。

改善前后對比結論:靜態流水線降低了焊工的焊接勞動強度［10］。

3.4 成本分析

1）盡管靜態流水線改造需要增加一次性的線體改造費用，但是從生產效率、產品質量保證、勞動強度方面分析，改善后的流水線極大提高了焊工工作舒適度，優化了工序流程，由于焊接線的焊接質量得到了有效改善，焊檢合格率得以提高，因此會降低返修成本、報廢成本以及售后投訴等質量風險，并且在保證產品焊接質量的同時，又提高了生產效率。

2）由于靜態流水線上的電機較多等特點，當流水線出現問題后，維修費用比直形流水線要高些，需要增加少量維修成本。

改善前后對比總結:靜態焊流水線一次性的線體改造費用較大，但對焊接質量有較大的提高，降低了售后維修成本，提高了質量品牌，不僅如此由于改善后降低了勞動強度，改善了員工的工作環境，激發了工作熱情，最終提高了生產效率。

改善前后對比結論，改善之后收益大于改造支出。

4 靜態生產線經驗推廣

1）對產量小的線體改造方案思路。目前靜態焊流水線線體太長，占用的空間大，對于小生產基地一條焊接線對一條總裝線的一體化設計，可以對靜態焊接線方案進行改進，可取消現有線體兩端的弧形線段，在線體兩端增加移載機，來縮短線體，減小靜態焊占地空間。

2）靜態焊接可增加助焊劑方案。由于原流動生產線增加助焊劑時火焰較亮，焊工流動焊接容易看不清焊點，影響焊接質量。現靜態焊接對焊工影響較小，可增加助焊劑對管路件外觀進行有效保護，減少冷凝蒸發器表面氧化，有效提高產品外觀質量［11－12］。

5 結論

通過對冷凝蒸發器焊接動態線工藝優化與改進，不僅從根源上解決了焊漏、外觀不良、焊縫等質量問題，實現了預期目標，而且還改善了工藝流程質量，變革了作業方式，降低了勞動強度，提高了生產效率；為后期蒸發冷凝器組裝提供了可靠的質量保證；同時，解決了生產線平衡和設備布局問題，提高設備利用率、確保生產線系統的長期高效運作；此外，對其工藝技術研究和改進提高了生產能力，積累了技術和實踐經驗，對同類焊接線的經驗推廣奠定了技術基礎。

［1］傅積和，孫玉林.焊接數據資料手冊［M］.北京:機械工業出版社，1997.

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［4］郭艷，凌澤民，李金閣.多元平行流式冷凝器爐中釬焊工藝研究［J］.熱加工工藝，2011（21）:45-48.

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［6］吳良輝，黃煜.管殼式冷凝器工藝設計要點分析［J］.中國高新技術企業，2013（6）:121-125.

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Research on Welding Production Line Improvement of Condenser-Evaporator

Yu Yingxia，Sheng Jingfeng
（School of Mechatronics and Vehicle Engineering，East China Jiaotong University，Nanchang 330013 China）

Aiming at the existing problem of Z Enterprise condenser-evaporator welding line，the improvement scheme was put forward，which，on the basis of the original welding procedure and flow line increased a static welding line and waiting line，and the auxiliary equipment of the production line was also improved.Practice shows that the improved static line not only would solve the problem of welding leakage，and also reduces the labor intensity.It shows that the process optimization obtained from the practical experience for other welding lines has a certain reference value.

condenser-evaporator；welding；technology improvement；welding production line

TN805；TG179

A

1005-0523（2016）05-0087-06

（責任編輯 姜紅貴）

2016－03－07

國家自然科學基金項目（51265013）；江西省自然科學基金項目（20151BAB206007）

于影霞（1964—），女，副教授，主要研究方向為材料焊接質量控制。