汽車車身鈑金外露面自動釬焊工藝改進

李新社，秦志文

汽車車身鈑金外露面自動釬焊工藝改進

李新社，秦志文

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

由于汽車車身自動焊接技術具有自動化程度高、焊接外觀好、速度快、減少勞動強度和降低勞動危害等優點，因而在汽車制造過程中得到廣泛應用。充分利用汽車自動化焊接的優點，并將現有的手工釬焊改進機器人自動釬焊，滿足了車身腔體結構的外露焊接面對焊接外觀質量的要求。

汽車焊接；外露面焊接；自動釬焊；工藝改進

隨著汽車制造工藝的日益發展，消費者對汽車外觀品質要求不斷提高，故需要不斷改進車身外露面的焊接工藝。而對于零件搭接結構存在空腔體的焊接區域，尤其是外露面，常規的電阻點焊或者手工C02電弧焊因其焊接效率低下，焊縫品質不穩定，已不能滿足外觀質量要求。因此通過對公司某商用車的側圍結構聯接工藝進行各種工藝方法驗證和對比分析，進行了工藝設備優化改進，采用了CMT（Cold Metal Transfer）冷金屬過渡的釬焊技術與機器人自動化焊接相結合，最終達到提高焊接效率和產品外觀質量。

1 某商用車的側圍結構

圖1為公司某種車型的產品結構，該車型的側圍外板分塊結構，滑移門上導軌外板和前、后側圍搭接的地方為腔體結構，與前后側圍連接部分前后各有兩段焊縫，該處結構特點導致電阻點焊無法焊接。由于該焊接處為外露面，對焊接質量要求很高，因此需要其他的焊接方式實現上導軌和側圍的搭接焊接。

圖1 某產品的側圍結構

2 幾種常用的焊接方法的比較

圖1的零件設計完成后，對其結構特點進行制造性工藝分析，并對車身制造過程中比較常用的焊接方法進行分析后，分別采用普通C02焊接，電阻點焊+結構膠以及手工釬焊等不同焊接方法，對焊縫的焊接強度，性能和外觀表面質量等進行對比試驗驗證。

2.1 CO2氣體保護焊接

傳統的CO2氣體保護焊，在電阻點焊無法實現的情況下，適用于薄鋼板對接或搭接的結構。但由于存在熱輸入量大，焊接溫度高，易發生焊接變形，同時產生大量的飛濺，尤其是對1 mm以下薄板焊接，其焊接質量受焊接工人技術水平的影響很大，需要大量的返修工作。因此多使用汽車內部，不可見部位，對表面焊接質量要求不高的地方[1]。

2.2 普通電阻點焊+結構膠

目前汽車結構膠，粘接強度較高，能承受作為結構件作用力，其粘接強度，對普通鋼板來說，剪切強度可在20MPa，剝離強度在1.0 MPa以上。這類膠通常是改性環氧樹脂膠，以粘代焊，減少焊點，解決表面焊點麻坑問題，改善汽車外觀質量。結構膠作為輔助手段，其附近的點焊焊點間距不能太大，同時對零件的搭接匹配要求比較高。經過對該車10萬公里路試驗證發現該處結構開裂，故采用普通電阻焊和結構膠的方式無法滿足強度和受力要求。

2.3 釬焊

釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔化溫度，利用液態釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。釬焊借助毛細作用被吸入和充滿固態工件間隙之間，液態釬料與工件金屬相互擴散溶解，冷疑后即形成釬焊接頭，具有輸入熱量小、零件變形小的特點。目前汽車的釬焊主要用于車門、箱蓋、側圍、頂蓋等外露處對外觀質量有要求不高的部位。

手工釬焊時釬焊參數由操作人員進行參數設定，工人的操作技術對焊接質量的影響較大。表面焊縫堆積較高，表面不平整，焊接完成后，需要大量的人工打磨，并且弧面焊縫難以打磨。焊接由上至下，采用拉焊的形式進行焊接，焊接過程有一個弧線路徑，工人在焊接過程中，在保持搶嘴對工件的距離不變的同時，還要保證擺正焊鉗的角度，滿足最佳的拉焊角度。這對操作人員要求極高，工人很難按要求做到，焊縫（如圖2所示）高度不均勻，起弧、收弧端容易產生焊瘤，焊接表面質量不穩定。因此常用的焊接方法無法保證該產品批量生產的表面質量。

圖2 手工釬焊焊縫

3 腔體結構鈑金外露面自動釬焊工藝改進

為解決人工操作苦難，手工焊接效率低下，焊縫品質不穩定的問題，開發了CMT冷金屬過度MIG釬焊機器人自動焊接系統，實現釬焊設備與機器人自動焊接的完美結合。

（1）本次采用FANUCM-10iA弧焊機器人+CMT釬焊機TPS4000型焊接系統，如圖3所示。

圖3 機器人CMT焊接系統

（2）該系統完美地解決了人工操作過程中人工焊接精度不足、速度和操作過程不垂直的問題。整個過程通過對機器人的運動軌跡進行仿形設計和不斷地調試，最終實際焊接過程與理論設計更為符合，見圖4.

圖4 機器人焊接姿態設計

（3）改進產品搭接坡口，如圖5所示為行坡度設計，使釬焊焊接時，毛細作用更好，增加接頭承載能力。坡口的設計，使零件的匹配精度要求降低，增加釬焊的容量，母材與釬液接觸面增加，互溶度增加。由于是外露面，優化后的坡口設計也減少了焊接后，焊縫表面的打磨量。

圖5 搭接坡口設計

（4）釬焊采用福尼斯CMT冷金屬過渡技術，焊接程序是由全數字化的微處理器控制的逆變器實現的，CMT技術的創新在于它把送絲系統也納入整個程序的控制，這能有效的控制熱輸入量即在工件上沒有飛濺[2]。送絲監控與過程控制高度統一，焊縫表面平整，每秒高達70次的焊絲回抽，減少電弧輸入熱量，熔滴過渡無飛濺，安全性高，電弧穩定，保證了焊接質量。

焊接過程仍然采用拉焊的形式，CMT冷金屬過渡技術將送絲與熔滴過渡過程進行數字化協調。當焊機的DSP處理器監測到一個短路信號，就會反饋給送絲機，送絲機作出回應回抽焊絲，從而使得焊絲與熔滴分離，使熔滴在無電流狀態下過渡。薄板焊接變得容易，CMT技術電弧自身輸入熱量的過程很短，短路發生時，電弧即熄滅，熱輸入量迅速地減少。整個焊接過程即在冷熱交替中循環往復，可以實現超薄板的焊接。

通過對焊接電弧、焊接電流（實際值/預設值）、?焊接電壓（實際值/預設值）、焊接速度、送絲速度、電弧長度校正、回燒時間、電弧推力校正、協同控制、弧坑電流、氣體預流時間、氣體過流時間、熱起弧、連續調節焊接電流等技術參數（如表1所示）的設定、監控，實現對薄板的焊接控制[3]。圖6為人工和機器人焊接后的效果對比，可見機器人焊接徹底解決了人工焊接操作的不穩定問題，零件表面質量得到了很好地改善，如表2所示。

表1 技術參數

圖6 人工和機器人釬焊效果對比

表2 人工和機器人釬焊質量對比

改進后的機器人自動釬焊，焊接效率大幅提高，基本無焊接飛濺，焊縫光滑飽滿，品質大幅提高。

4 結束語

汽車焊接的自動化焊接受到各汽車廠的關注，傳統的釬焊焊接工藝主要依賴人工焊接，而CMT焊接技術作為一種新的技術，采用數字化控制技術，以其優良的焊接穩定系以及無焊接飛濺，低熱量輸入等優點與機器人相結合，實現全自動焊接，為低成本薄板焊接提供了解決辦法。在實際汽車制造應用中，通過對工藝的精確調整、技術方案的完善，結合多種控制手段，可以更好地確保焊接質量。

[1]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第1卷）[M]北京：機械工業出版社，2007.

[2]張學軍.航空釬焊技術[M].北京：北京航空工業出版社，2010.

[3]張志慶，吳兵碩.釬焊工藝自動化淺析[J].華東科技（學術版），2016（05）：466.

Improve the Automatic Brazing Process of Automobile Body Sheet Metal Exposed Face

LI Xin-she，QIN Zhi-wen
（SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Because the automobile body of automatic welding technology has high degree of automation，good weld appearance，fast welding speed，decrease labor intensity and reduce the harm of labor，etc，thus widely used in the automobile manufacturing process.Make full use of the advantages of automobile automatic welding，and combined with the existing brazing method to improve the automatic brazing，which can meet the body cavity structure of the leakage welding with welding appearance quality requirements.

auto welding；outer appearance welding；automatic brazing；process improvement

TG454

A

1672-545X（2017）02-0098-03

2016-11-15

李新社（1978-），男，河南開封人，本科，工程師，主要研究方向：汽車車身結構工藝性分析、工藝規劃、先進車身焊裝技術要求及項目管理。