淺析阿普拉斯焊接工藝條件及參數設置

馬" "慶

畢業于重慶大學，學士學位，現就職于賽力斯汽車有限公司，任焊裝工藝主任工程師，主要研究方向為汽車制造工藝與設備。

摘" 要：阿普拉斯焊（Arplas）在對于車身外觀焊接面感知質量提升，以及部分狹小區域的焊接上，是一種很好的工藝應用，現逐漸被各汽車制造企業引進應用。在阿普拉斯焊應用于車身焊接的過程中，存在一些必需但鮮有介紹的技術要求，這些要求的滿足須在工藝應用前期甚至是車型開發時同步進行。文章主要從零件、材料工藝及工況三個方面來闡述阿普拉斯焊接技術在應用到汽車車身焊接時需要滿足的工藝條件，同時結合實際工藝過程對工藝參數設定的思路和要求進行了介紹，為阿普拉斯焊接工藝在行業的應用提供借鑒。

關鍵詞：阿普拉斯;車身焊接;工藝條件;參數

中圖分類號：U466" " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：1005-2550（2022）04-0038-06

Brief Analysis on The Process Conditions and Parameters of

Arplas Welding

MA Qing， DU Ya-qi， LUO Jie， GU Guo-jing

（ SERES Automobile Co.， Ltd， Chongqing 401133， China ）

Abstract： Arplas welding process is a very good application in improving the appearance quality of body in white and welding some narrow areas.It is gradually adopted by many automobile manufacturers.In the application of Arplas welding process， there are some essential but rarely described technical conditions， which must be met in the early stage and even in the development of vehicle models.The article introduces the process conditions to be met in the application of Arplas welding technology to the automobile body welding from three aspects， including the parts，materials’ process and operating conditions.At the same time， the types and setting requirements of technological parameters are introduced in combination with the actual technological process. All those introductions provide a good reference for the application of Arplas welding process in the automotive industry.

Key Words： Arplas; Body Welding; Process Conditions; Parameters

當前用戶越來越注重汽車的外觀感知質量，不僅表現在對車身外觀飾件、尺寸匹配、漆膜狀態等質量要求上，對一些可視焊接面的表面質量也提出了越來越高的要求[1]。傳統的電阻點焊、弧焊等工藝難以使焊接面達到理想的平整效果，而阿普拉斯焊的應用則能夠很好地解決這些痛點[2]。目前，阿普拉斯焊在白車身制造中的已廣泛應用于奧迪、奔馳、通用、寶馬、特斯拉等車企[3]。在阿普拉斯焊應用于車身焊接時，必須滿足一定的工藝條件以及參數設定條件，才能實現工藝應用的合理有效，從而促進產品質量的提升，滿足生產過程要求。

1" " 阿普拉斯焊接工藝過程簡介

阿普拉斯焊接工藝原理是利用最小的能量輸入，在極短的時間內達到脈沖峰值，使零件與零件完成熔合焊接，并依然能夠完全達到零件焊接結構強度的要求，這種技術是基于電阻點焊原理，但采用完成不同于傳統電阻點焊技術的方式和參數[4]。阿普拉斯焊整體分為兩步（以直接焊為例）：第一步：阿普拉斯Dimple凸起成型工藝;第二步：焊接成型工藝。整體工藝過程如圖1所示：

2" " 阿普拉斯焊接工藝條件

2.1" "焊接部位零件結構及尺寸要求

2.1.1 零件平整度及曲率半徑要求

對于有外觀質量要求的焊接應用，要求零件的平整度≤0.1mm，否則焊接后可能出現焊接壓痕;曲率半徑要求如表1所示：

2.1.2鈑金搭接尺寸要求

a. 窗框窄邊焊接

窗框零件搭接尺寸的名義要求為5.0mm，窗框零件可以焊接的極限最小搭接尺寸為4.0mm。

b. D柱流水槽與側圍外板焊接

在對D柱流水槽與側圍外板搭接部位進行焊接時，對焊接面的尺寸要求包括兩個方面，一是側圍外板焊接面的折邊長度，在使用13.0mm圓柱電極時（下電極與板件的安全距離為2.5mm情況下），對應不同側圍外板折彎角度情況下，對外板折邊長度的要求如表2所示。圖3中X表示側圍外板折彎角度，Y為與之對應的外板折邊長度。

側圍外板與流水槽鈑金的搭接尺寸要求：D柱流水槽的焊接可使用不同規格的電極帽進行，不同的電極帽規格對應的鈑金搭接的尺寸要求不同（如表3所示）。使用φ13.0mm圓柱電極時（下電極與板件的安全距離滿足2.5mm，電極臂與周邊零件的最小安全距離不小于5.0mm時），對流水槽與側圍外板搭接尺寸的名義要求為13.0mm，極限最小搭接尺寸為7.0mm（此為電極懸空到最大允許值情況下的極限狀態）;當使用12.0mm×7.0mm長方形電極時（下電極與板件的安全距離為2.5mm情況下），對流水槽與側圍外板搭接尺寸的名義要求為7.0mm。極限最小搭接尺寸為5.0mm（此為凸臺距離切割邊距離最小、電極懸空到最大允許值情況下的極限狀態）。流水槽與側圍外板搭接狀態如圖4。

c. 包邊焊接

如果零件的下表面（A級外觀面）是平直的，為了便于包邊操作，凸臺需要距離外板折過來的切割邊近一些，凸臺中心距離外板折邊切割邊的距離是1.5mm±0.5mm（如圖5上側所示）。

如果零件的下表面（A級外觀面）有曲面，為了保證在焊接時凸臺得到支撐，凸臺中心距離外板曲面R角處的距離是1.5mm±0.5mm。如果凸臺向右太多，會導致凸臺懸空，無法施加焊接壓力，因此外板和內部搭接部分的寬度需要大于5.0mm（如圖5下側所示）。

2.2" "凸臺成型工藝及尺寸要求

凸臺成型工序可以在零件沖壓時操作（要求沖壓方向與操作面角度小于15°），或采用單獨設備制作。因為凸起的尺寸質量，尤其是銳度，是保證焊點無瑕疵和焊點強度的重要因素，一般采用生產線加工凸起的方式，采用這種方式，可以避免在運輸過程中凸起撞壞。

2.2.1 凸臺的位置

包邊焊：凸臺距離工件邊緣的距離1.5mm ±0.5mm;

直接焊：針對C型焊鉗，凸臺距離零件切割邊的距離≥2.0mm，任何方向上，凸臺距離電極邊緣的最小距離≥1.0mm。

2.2.2 凸臺對中度

典型的合格凸臺橫截面如圖7（a）所示，是左、右對稱的，對稱度的允許偏差一般是板厚的10%（對于1.0mm以下的薄板，這個偏差值可以是0.1mm）。嚴重不對中的凸臺（如圖7（b）所示），會導致其承受不了設定的焊接壓力，在通電前被電極壓扁，無法焊接，直接影響焊點質量。影響凸臺對中的主要因素是沖頭和凹模不在同一中心線上。為保證對中度滿足要求，通常凸臺加工過程中需保證上下模對中度誤差控制在8°以內[4]（如圖7（c）所示）。

2.2.3 凸臺的長度

對于不同的焊接部位，凸臺的長度有所不同。用于窗框、流水槽等位置焊接時，凸臺的長度一般為9.0mm，此時，對于凸臺的長度檢查標準一般為9.0mm±1.0mm。當用于門蓋等包邊焊接時，凸臺的長度約為6.0mm，此時，對于凸臺的長度檢查標準一般為6.0mm±1.0mm。

2.2.4 凸臺的高度

阿普拉斯凸臺通常的目標高度值是0.7mm。考慮到生產中各種影響因素，凸臺高度的允許范圍是0.7mm±0.1mm。凸臺高度對能否形成合格焊核非常重要，當凸臺高度嚴重超差時，無法通過其他方式如調整焊接參數來確保焊接質量。

不同厚度的板材要達到需要的凸臺高度時，需采用不同規格的沖模[4]，當工件板厚或材料發生變化時，需重新確認適合的沖模，沖模規格與工件厚度對照表建議如表4。

2.3" "焊接材料及工況要求

2.3.1 鈑金表面

除了在設計上的尺寸以及實際的加工尺寸狀態及平整度要求滿足焊接工藝外，鈑金表面質量也是非常重要，主要包括鈑金表面的潔凈度，要求焊接部位工件表面干凈。針對鍍鋅板，要求鋅層附著牢固，在沖壓后無鋅層脫落或發生鋅層位移，避免焊接時鋅層破壞堆積，電極帽表面粘鋅，影響焊接表面質量。

2.3.2 焊接電極

電極頭的材質目前主要為鉻鋯銅材質，行業中也正積極探索其他合金材質的應用。電極帽的尺寸精度非常重要，包括端面尺寸和壓緊方向的尺寸。端面尺寸的差異會影響電流傳輸密度，導致實際輸出的電流可能存在不足。焊接過程中，電極的行程開度直接影響壓力的輸出，從而影響到焊接的質量，而電極帽壓緊方向的尺寸若不穩定，直接導致焊接行程出現差異，從而影響壓力，壓力不足或壓力過大，都會影響到實際焊接效果，導致焊接質量缺陷。電極頭不宜修磨，在實際生產中確定每對電極具體的焊點數量，進而設定報警值和最大值[5]，按時進行更換，避免電極頭磨損嚴重，或發生嚴重燒蝕，從而影響焊接質量狀態。

2.3.3 焊接工況

阿普拉斯焊機的特點是在極短時間內（小于1個周波）達到阿普拉斯焊接必須的電流脈沖峰值，在這個極短的時間里實現合格的焊接質量就必須確保焊接參數在焊接瞬間實現穩定，焊接參數中的焊接壓力對板厚、搭接狀態、板材形態等極其敏感，因此必須保證焊接瞬間零件及其搭接狀態的穩定性和一致性。在條件允許下，盡量避免阿普拉斯的焊接工藝過程與其他工藝方式同時進行，可通過規劃阿普拉斯焊接工藝專用工位或調整與其他工藝的先后時序進行，同時焊接時保證足夠的定位精度和夾緊力，避免零件位置波動[6]。

3" " 工藝參數簡介

3.1" "沖凸參數設置

由于沖模將確定凸臺的外部形狀，顯而易見，若要制作符合規范的凸臺，將需要施加一定的最小沖模壓力。另一方面，當沖模壓力足以使鈑金材料流入并完全填滿沖模時，則不需要在系統上施加更大的力。最小沖模壓力因產生凸臺的材料和厚度而異。針對鋼材質鈑金，根據實際應用情況反饋，每0.1毫米待沖模鈑金的厚度需要1000N的壓力。如果沖模壓力較低，材料則無法填滿沖模，從而阻礙凸臺達到其最終形狀和高度，這樣會使焊接過程不穩定。另一方面，當施加太大的壓力時，可使沖頭和沖模大范圍磨損，這種情形需要防止。

設備正式投用前，需要使用零件試片確定最佳工作氣壓。在氣壓比較低時，凸臺高度隨著氣壓升高而增大;當氣壓達到一定值后，即使氣壓進一步增加，凸臺高度也不會再增加。找到對應的氣壓后，加上15%的安全余量，作為沖凸槍的最佳工作氣壓。如果沒有合適的試片供調試使用，簡單快捷的確定工作氣壓方法是：設定5.0bar的工作氣壓即可（對于1.0mm以下普通冷軋鍍鋅板，4.0bar～5.0bar均可保證有足夠的沖壓力）。對于通用型沖凸槍，工作氣壓高于6.0bar時會因為沖壓力過大而造成沖凸槍靜臂變形或損壞，也會加速沖模的磨損。對于只配備了進氣壓力表的沖凸槍，在機器人發出閉合沖凸槍的命令后，需要至少延遲1.0s時間，才能執行打開沖凸槍的命令，以保證沖凸裝置有足夠的時間達到最大沖壓力，形成合格的凸臺。

3.2" "焊接參數設置

阿普拉斯焊接的主要焊接參數為焊接壓力、焊接電流、和焊接時間，焊接過程中，參數的變化曲線如圖8所示。

從焊接參數的變化曲線可以看出，在焊接時，當足夠的預壓壓力在壓緊凸臺與外側鈑金的過程中，焊接電流快速達到峰值，形成足夠的熱量促進凸臺以及與凸臺接觸的鈑金瞬間熔為一體。從曲線系統上看，熔核形成的程度主要體現在預壓壓力與焊后壓力之間的壓差，這需要在凸臺及鈑金搭接合格的情況下通過足夠的預壓力和電流來共同完成。通過實際應用的情況來看，針對當前阿普拉斯焊接所應用的D柱流水槽焊接、窗框窄邊焊，焊接位置為鋼材質時，應用的焊接壓力在950N～1600N之間;包邊焊焊接時，焊接壓力應保持在700N～1000N之間。焊接位置為鋁材質時，應用的焊接壓力在2000N～3000N之間。

壓力的大小主要通過壓力調節圓盤完成（如圖9），每旋轉一整圈，高度變化1.5mm，壓力變化300N（包邊焊鉗為130N），逆時針旋轉將增大焊接壓力，順時針旋轉將減小焊接壓力。

焊槍氣源壓力為6.0bar左右，焊槍進氣壓力表一般設置為3.5bar～4.0bar，即可滿足焊接壓力需求。

相比于電阻點焊，阿普拉斯焊接系統使用了完全不同的參數配置。這里針對常規鋼材和鍍鋅材的兩層板直接焊接，焊接時間通常為4ms～8ms，施加到工件上的焊接力在950N～1300N之間，電流峰值在14kA～18kA之間，具體的參數設置也會隨著板材厚度、材料、搭接狀態的不同而存在差異。

4" " 總結

一種技術的有效應用，必須要在滿足一定的工藝技術條件的前提下進行。針對阿普拉斯焊接工藝技術在白車身焊接上的應用，必須要滿足相應的工藝條件，包括合適的零件結構及尺寸設計、有效的過程工藝要素、合格的工況材料以及合理的參數設定等，才能使阿普拉斯焊接工藝實現有效的應用。同時隨著工藝的深入應用及研究，應用條件及規范也會有進一步的完善。在實際的應用過程中，還需要通過一系列質量控制和過程維護措施來保證產品質量和生產效率的穩定性。

參考文獻：

[1]李維康，陳劍.汽車外觀焊點品質要求及控制方法[J].汽車維護與修理，2020（9）：71-72.

[2]彭俊，蘇明，陳紹翰等.白車身側圍后流水槽焊接工藝技術分析[J].汽車工程師，2019（12）：12-13.

[3]王康，潘飛.Arplas焊在白車身制造中的應用研究[J].時代汽車，2020，49（1）：77-78.

[4]任濤，潘青.阿普拉斯焊接技術及應用[J].電焊機，2014，44（2）：35-36.

[5]宋宏偉，王子辰，張秋花.Arplas焊接技術應用及質量控制[J].焊接，2017（9）：37-38.

[6]陳媛媛，徐浩，魏慶豐.白車身焊接誤差原因及控制方法[J].汽車與配件，2014（23）：67-68.

專家推薦語

康" "明

東風商用車技術中心工藝研究所所長

材料科學與工程專業" 研究員級高級工程師

本文主要從零件、材料工藝及設備工況等方面來介紹了在汽車車身焊接時采用阿普拉斯焊接技術需要滿足的工藝條件，同時結合實際應用對工藝參數設定的思路和要求進行了介紹，為阿普拉斯焊接工藝在行業的應用提供借鑒。

本文數據可靠，理論正確， 文字流暢，條理清楚，合乎邏輯，具有一定的實用性。