汽車焊點外觀精致感的提升研究

摘要：目前一些汽車企業在焊接技術領域的各項技術應用不成熟，導致產品設計、工業設計、生產制造和售后服務上的技術質量問題層出不窮。國家制造業整體在向工業4.0時代的發展過程中，新興汽車企業在生產制造領域開始向機器人方向發展，自動化焊接相對于人工焊接而言，焊接一致性的問題得到了有效的保障，但是焊點的外觀質量因調試人員的技能水平不同可能千差萬別。據此，主要針對焊裝自動化線體機器人焊接焊鉗上下電極臂對中性和焊接垂直度展開研究，并提供一種快速輔助判定的方法。

關鍵詞：新能源汽車；焊點外觀；工藝研究

中圖分類號：U466 收稿日期：2023-03-06

1前言

隨著汽車制造業的快速發展，顧客對汽車產品的質量要求愈發嚴苛，尤其對整車外觀質量方面提出了更高的要求，而焊裝領域白車身開閉件（前后車門、機蓋和行李箱（轎車），后背門（SUV），以下簡稱開閉件）的外觀焊點更是重中之重，這直接影響著顧客對汽車產品的主觀判定。當前，大部分汽車企業的焊裝線體規劃了自動化焊接，但是在自動化焊接外觀焊點調試過程中.均采用目視檢查焊鉗上下電極臂對中性和焊接垂直度的方法，而目視檢查的效果因人而異，導致反復調試，增加項目調試成本和調試周期。目視檢查的方法，無法有效保證焊鉗上下電極臂對中性和焊接垂直度，更無法有效保證外觀焊點的精致感。

2焊點常見外觀缺陷

質量之于企業是生存之本，是企業能否長久發展的根基，企業應舉全體成員之力提升產品質量。焊接質量作為焊裝車間的五大品質特性之一，焊接質量的好壞直接關系到整個白車身骨架的強度，是整車性能實現的關鍵主體，更是影響著客戶的生命安全。精致感作為近期汽車行業的流行詞，白車身焊點外觀精致感被絕大多數汽車企業納入質量提升的重點，這也直接說明不僅焊點強度需要作為汽車企業焊裝質量的重點管控對象，焊點的外觀質量也應該得到有效的管控和提升。白車身焊接常見外觀缺陷主要有焊點扭曲、焊接半點、焊點圓度不佳、焊點穿孔、焊接飛濺、焊點壓痕深等，此類焊接缺陷均可通過目視發現，下面結合圖1-圖6對焊點常見外觀缺陷進行簡要說明：

a.焊點扭曲：焊點表面不平，焊點成形方向與鈑金表面夾角大于15°，如圖1所示。

b.焊接半點：焊點有效連接鈑金面積不足焊點成形總面積的75%，如圖2所示。

c.焊點圓度不佳：焊點有效熔核表面非規則的圓形，一般以長圓形和橢圓形顯現，有效熔核的長邊比短邊大20%，如圖3所示。

d.焊點穿孔：焊點有效熔核表面形成的細小孔洞，如圖4所示。

e.焊接飛濺：焊點邊緣形成的多余焊接氧化物，一般與鈑金件連接在一起，通過人工簡單返工可剔除，如圖5所示。

f.焊點壓痕深：焊點有效熔核表面與鈑金原表面距離超過鈑金厚度的20%，如圖6所示。

汽車企業焊接車間除上述焊點常見外觀缺陷外，還有焊接焊瘤、焊接重點、焊接漏點、焊點位置偏移、焊點弱焊，假焊、焊點分布不均、焊點直線度差等焊點質量缺陷，但這些焊點質量缺陷大多數都與焊接強度直接關聯，直接關系到白車身焊接合格率的高低。而焊點常見外觀缺陷與上述列舉的焊點缺陷不同，它不僅影響焊接合格率，還將直接影響白車身評價指標的達成。

3焊點常見外觀缺陷的危害

焊點常見外觀缺陷對質量的影響不能一概而論，不單要從焊接專業進行評估，還要考慮涂裝專業、總裝專業進行綜合評審，總體來講，主要有以下幾個方面需要慎重評估：

a.焊接專業：焊點外觀缺陷會影響焊點有效熔核直徑，使有效熔核直徑變小，降低焊點的焊接強度，從而導致白車身骨架強度降低，嚴重時會影響整車駕駛員和乘客安全，例如焊點扭曲、焊接半點、焊點穿孔、焊點壓痕深，都會導致焊點的強度降低。

b.涂裝專業：焊點外觀缺陷如果不加以改進和控制，嚴重時會影響涂裝電泳防腐效果，降低白車身骨架的防腐性能，導致整車生銹的風險，例如焊接飛濺附在白車身鈑金表面，導致鈑金表面電泳不良，整車在潮濕的環境中，空氣中的水汽進入到整車內部，會引起鈑金表面銹蝕，存在整車報廢的風險。

c.總裝專業：焊點外觀缺陷在一定程度上會影響總裝密封效果和舒適性能，嚴重時會出現漏雨、整車異響問題，例如焊點穿孔將直接影響整車密封效果，在整車經過淋雨線或在下雨天，整車極有可能出現漏雨，對客戶的生命安全構成威脅；焊接飛濺、焊點扭曲的問題，嚴重時會導致在整車行車過程中出現異響，雖然發生頻次不高，但徹底消除是非常消耗人力和物力的。

所以，焊點常見外觀缺陷看似很小，但是其影響后果是非常嚴重的，在日常的生產制造過程中，我們必須對影響這些外觀缺陷的因素進行有效的管控，才能有效規避質量缺陷的產生和流出。

4焊點常見外觀缺陷的影響因素

焊點常見外觀缺陷的產生有很多客觀的影響因素，例如鈑金零件匹配間隙大、焊接參數設置不當、鈑金表面清潔度不佳、工裝夾具定位穩定性差、焊鉗上下電極臂對中性錯位，機器人焊接不垂直等，皆可對焊接產生不利的影響，從而導致焊點外觀質量缺陷的產生。上述焊點常見外觀缺陷中，僅焊接半點質量缺陷與焊鉗上下電極臂對中性和焊接垂直度沒有直接關聯關系，焊點扭曲、焊點不圓、焊點穿孔、焊接飛濺、焊點壓痕深均與之相關，所以，焊鉗對中性和焊接垂直度對焊點精致感的提升相當重要。

客觀因素中，鈑金匹配間隙、焊接參數設置、鈑金表面清潔度、工裝夾具定位穩定性均可通過外部檢測手段實現有效控制，而焊鉗上下電極臂對中性和焊接垂直在當前階段并沒有有效檢測和判定的依據，絕大部分企業甚至所有的企業都是依賴于機器人調試人員的技能水平來保證，調試結果也是通過人工目測來判定，而機器人調試人員的技能水平天壤之別，無法從根本上客觀且有效杜絕焊鉗上下電極不對中和焊接不垂直的問題，所以解決此問題便成為燃眉之急。

5焊鉗對中性和焊接垂直度的保證方法

為克服焊鉗上下電極臂對中性和焊接垂直現有檢測和判定方法的不足，經過研究和實踐應用證明，開發了一種快速判定焊鉗上下電極臂對中性和焊接垂直度的便攜式組合塊（以下簡稱組合塊），可大大降低項目調試成本和調試周期，規避因機器人調試人員技能水平參差不齊和人工目測的差異問題，有效保證焊點外觀質量。

該組合塊是基于電極帽規格型號為16 mm的C型焊鉗和X型焊鉗，當然也可以擴展為電極帽規格型號為13 mm、20 mm的焊鉗，用于輔助快速判定焊鉗上下電極臂電極帽對中性和焊接垂直度。通過組合塊上塊插銷在自由狀態下能否進入組合塊下塊插銷孔，即可判定焊鉗上下電極臂是否對中；通過組合塊下塊輪廓邊在焊接工況下與焊接面是否有間隙，即可判定焊鉗焊接垂直度。該組合塊操作簡便，即使是沒有從事過焊接領域工作的人員，通過使用該便攜式組合塊，也可以快速判定焊鉗上下電極臂電極帽對中性和焊接垂直度。下面結合圖7組合塊的主體結構和主要參數，對使用方法進行說明。

組合塊的主體結構和主要參數：

a.組合塊分為組合塊上塊和組合塊下塊，中心孔直徑16.05 mm，與16 mm電極帽直徑公差0-0.05 mm，組合塊壁厚4.225 mm，組合塊長度12 mm。

b.組合塊上塊插銷直徑2.9 mm，長度12 mm，插銷底部與組合塊本體圓角0.05 mm，插銷頂部倒角45°，倒角長度0.25 mm。

c.組合塊下塊插銷孔直徑3 mm，與組合塊上塊插銷2.9 mm公差0-0.1 mm，邋孔。

使用方法：

a.將組合塊下塊安裝在焊鉗靜臂電極帽上，將組合塊上塊安裝在焊鉗動臂電極臂上，手動操作機器人試教器閉合焊鉗上下電極臂，緩慢移動組合塊上塊向靜臂靠攏，在自由狀態下，組合塊上塊插銷順利進入組合塊下塊插銷孔，即可判定焊鉗上下電極臂對中；當組合塊上塊插銷在自由狀態下無法順利進入組合塊下塊插銷孔，需要人工進行干預，對焊鉗上下電極臂進行適當調整實現焊鉗上下電極臂對中。

b.將組合塊下塊安裝在需要檢測的焊鉗（動，靜）電極臂上，手動操作機器人試教器，使焊鉗處于焊接工況閉合狀態，緩慢向鈑金方向移動組合塊下塊，當組合塊下塊輪廓邊與鈑金焊接面無間隙，即可判定機器人焊接是垂直的；當組合塊下塊輪廓邊與鈑金焊接面單側存在間隙時，配合機器人調整焊接角度調整實現機器人垂直焊接。

新車型線體導人階段使用上述方法可完成白車身絕大多數焊點的調試，也有部分焊點的調試，因產品造型設計結構和空間問題，無法使用該組合塊進行協助調試，這就需要借用特殊的輔助工具或者更高調試水平的機器人調試人員來完成調試任務。

量產階段，焊鉗上下電極臂的對中性和焊接垂直度需要綜合考慮人、機、料、法、環等各個因素，如下因素均會影響焊點外觀精致感例如，人員是否按照控制計劃要求掌握焊槍維護保養技能、是否按照設備維護保養計劃實施；焊鉗更換電極帽后是否進行上下電極臂對中性枝準、生產制造過程中焊鉗是否發生過碰撞變形、工裝夾具的定位結構經過調整，焊點的位置是否需要重新調試；待焊接的零件造型是否發生變更、關聯定位孔是否發生位置偏移；焊接輸出電流是否發生衰減、電極壓力是否發生變化；機器人底座地基基礎是否發生沉降等。當任何影響到焊點位置的工況發生時，都要重新對焊鉗上下電極臂的對中性和焊接垂直度進行校準，目的就是保證焊點外觀精致感。

6焊點外觀精致惑提升的意義

汽車焊裝專業是汽車生產制造系統最復雜的專業，也是質量提升難度最大的專業，在這個客戶對汽車產品的追求不再是限定于整車舒適性的時代，越來越多的客戶也開始看重產品造型和外觀質量，沖壓專業側圍外板棱線的硬朗、焊裝專業外觀焊點的精致感（圓度和平整度）、涂裝專業油漆的亮度、總裝專業外飾件的搭配等，都成為客戶購買汽車的出發點。焊裝專業焊點外觀精致感提升，最大程度地接近產品設計狀態，焊點的位置度、焊接強度、圓度、平整度，不僅有利于提升單個焊點的焊接強度，而且有效保證白車身骨架的穩定性和安全性；焊裝專業焊點外觀精致感提升，有利于生產制造過程的質量管控，隨著焊點質量的提升，減少不必要的質量問題追溯和返工返修，降低生產制造成本和返修成本；焊裝專業焊點外觀精致感提升，有利于提升產品在市場上的競爭力，贏得客戶的青睞，獲得更多穩定的客戶資源。在競爭愈發激烈的汽車市場環境下，汽車企業想要占據一席之地，必須將產品設計近乎完美，滿足可制造性要求，工藝路線規劃合理，這就要求企業的長遠發展，將細節做到極致勢在必行。