汽車白車身機器人電阻點焊質量常見缺陷分析與改善方法

摘 要：在汽車車身制造行業(yè)中，電阻點焊是一種高速、經(jīng)濟的連接方式，也是汽車生產(chǎn)中不可缺少的一部分。為提高生產(chǎn)效率及降低生產(chǎn)成本，越來越多機器人出現(xiàn)在各車企的生產(chǎn)線上，其中點焊機器人在汽車制造行業(yè)中得到廣泛應用，點焊機器人的焊接質量也隨之而來，電阻點焊的質量直接會影響到車身的強度降低及安全性能。因此點焊的質量提升需要越來越受到重視，同時對電阻點焊的質量也提出了更高的要求。本文主要探討點焊機器人焊接產(chǎn)生的常見缺陷焊穿、脫焊、焊點扭曲、裂紋、毛刺、壓痕過深、邊緣焊點、漏焊、焊點偏差等原因分析及改善方法。

關鍵詞：機器人點焊 焊接缺陷 分析 改善

隨著機器人技術的不斷發(fā)展和進步，機器人應用范圍也越來越廣泛，其中點焊機器人在汽車制造行業(yè)中得到廣泛應用。汽車生產(chǎn)中，點焊被視為最基本的焊接方式，也是汽車生產(chǎn)中不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的點焊是由人工完成的，但是人工點焊存在很多不足，如操作單調、效率低、質量難以控制等等。因此，自動點焊機器人正逐漸取代手工點焊的地位。

然而，隨著白車身的結構復雜化和點焊質量要求的提高，機器人點焊也出現(xiàn)了一系列問題。其中質量問題是點焊機器人目前面臨的主要問題，點焊質量不好會導致焊點的強度下降，從而影響整個汽車的質量和使用壽命。

本文基于白車身機器人點焊質量問題及改善方法，通過對機器人點焊的原理和特點進行分析，并結合實際案例，探討白車身機器人點焊質量問題的原因和改善方法。本研究旨在提高白車身機器人點焊質量，為汽車制造行業(yè)提供技術支持和指導。

1 電阻點焊的特性

（1）靠尺寸不大的熔核連接；

（2）在大電流、短時間的條件下焊接；

（3）在熱和機械力聯(lián)合作用下形成焊點。

點焊是一種高速經(jīng)濟的重要連接方法，適用于制造可以采用搭接、接頭不要求氣密、厚度小于3mm的沖壓軋制的薄板構件。

2 電阻點焊車身車間生產(chǎn)現(xiàn)場的應用

對于白車身焊接來說，電阻點焊主要用于其薄板結構的焊接，有6大特點：

（1）熱量集中、加熱時間短、焊接變形小；

（2）冶金過程簡單；

（3）能適應多類同種及異種金屬的焊接；

（4）工藝過程簡單，易于實現(xiàn)機械化及自動化；

（5）焊接生產(chǎn)率高，成本低；

（6）勞動環(huán)境較好，污染小。

故電阻點焊在汽車白車身焊裝中占據(jù)主導地位，整車白車身95%的拼接是靠電阻點焊焊接完成的，以下為白車身框架，如圖1。

3 電阻點焊焊點質量的影響因素

電阻點焊的缺陷按顯現(xiàn)部位不同，可分為外表缺陷與內部缺陷，缺陷的形成原因眾多，分析時應抓住主導原因。

3.1 焊接電流的影響

（1）焊接電流對產(chǎn)熱的影響比電阻和通電時間大，它是平方正比關系，因此是必須嚴格控制的重要參數(shù)。除電流總量外，電流密度對加熱也有顯著影響。

（2）增大電極接觸面積或凸焊時凸點尺寸過大，都會降低電流密度和焊接熱量，從而接頭強度下降。

（3）電流密度過大，將導致焊縫金屬飛濺，形成空腔、焊縫開裂及力學性能降低。

3.2 通電時間的影響

（1）電阻點焊時，為了保證熔核尺寸和焊點強度，焊接時間和焊接電流在一定范圍內可以互為補充，總熱量既可通過調節(jié)電流也可通過調節(jié)焊接時間來改變。但傳熱情況與時間有關。

（2）為了獲得一定強度的焊點，可以采用大電流和短時間——強條件（硬規(guī)范）焊接，也可以采用小電流和長時間——弱條件（軟規(guī)范）焊接。

（3）在生產(chǎn)中選用強條件還是弱條件要取決于金屬的性質、厚度和所用焊接電源的功率。

3.3 電極壓力的影響

（1）電極壓力對兩電極間總電阻R有顯著影響，隨著電極壓力增大，引起界面接觸電阻減少。此時，焊接電流雖因電阻減少而略有增加，但不足以影響因R減少而引起產(chǎn)熱量的減少。所以焊點強度總是隨電極壓力的增大而降低。

（2）為了使焊接熱量達到原有水平，保持焊點強度不變，在增大電極壓力的同時，也適當增大焊接電流或延長焊接時間以彌補電阻減小的影響。

（3）若電極壓力過小，將引起金屬飛濺，也會引起焊點強度下降。在確定電極壓力時，還必須考慮到備料或裝配質量，如果工件已經(jīng)變形，以致焊接區(qū)不能緊密接觸，則需采用較高的電極壓力以克服這種變形。

4 電阻點焊焊接缺陷、分析控制

電阻點焊的缺陷的種類：毛刺、虛焊、焊點扭曲、焊穿、裂紋、壓痕過深、邊緣焊點、焊點偏差。

4.1 焊點毛刺分析控制

4.1.1 焊接過程中產(chǎn)生焊點毛刺的主要原因分析

焊接毛刺是焊接點焊生產(chǎn)過程中經(jīng)常容易出現(xiàn)的焊接缺陷，由于焊接毛刺的出現(xiàn)是造成下道工序的投訴。如果在總裝車間，比如焊接毛刺很多，導致裝膠條邊時，劃傷員工的手指。焊接毛刺的產(chǎn)生增加了顧客對車子的抱怨。所以說一直以來焊接毛刺是我們需要及時解決的問題。

4.1.2 焊接焊點毛刺的產(chǎn)生有很多的原因

焊接參數(shù)選擇不當、零件表面有油污、零件搭接離空這些原因都會導致焊接毛刺的產(chǎn)生。如果焊接電流過大，焊點熔核部位溫度就非常的高，如果電流很大，熔核外部的塑形環(huán)就會破裂，焊接飛濺很大，導致焊接毛刺的產(chǎn)生。如果電流大而電極壓力小也有可能會產(chǎn)生毛刺的。如果零部件的表面有油污這樣也會產(chǎn)生焊接毛刺，零件的離空就更增加了焊點的毛刺產(chǎn)生率。

4.1.3 焊點毛刺的原因分析與控制方法

產(chǎn)生原因：電極端面修磨不平不對中，而不能形成均勻的電流通道，可能接觸的只是一部分，電流密度大，而產(chǎn)生毛刺。

控制措施：操作工應得到充分的培訓，熟練掌握操作技能和本工序質量控制方法，并且取得上崗資格；明確質量特性技術要求和控制目標，做好設備工裝的維護保養(yǎng)和點檢；電極要磨得平整不能磨個橢圓及磨斜之類的。

產(chǎn)生原因：焊接電流過大，熔核外部的塑形環(huán)就會破裂，焊接飛濺很大導致焊接毛刺的產(chǎn)生。

控制措施：焊接方式，單脈沖改為多脈沖降低預熱及焊點電流。

產(chǎn)生原因：電極與零件表面不垂直，導致焊點扭曲而產(chǎn)生分毛刺。

控制措施：焊鉗控制與零件垂直，且與零件保持距離，在電阻焊點焊中焊接過程要求是焊件與電極成垂直90°。產(chǎn)生原因：焊件配合間隙大：由于焊件離空，在電極加壓過程中電極壓凹零件面和不能使焊件緊密貼合而造成電流分流和電阻熱不能住中，不能達到焊件金屬結合要求強度。

控制措施：零件安裝時確保貼合，無錯位、無離空，使電極與零件貼合與空隙。

4.2 焊點虛焊分析控制

焊點熔核直徑小于要求的最小值、無溶核為虛焊。

4.2.1 產(chǎn)生虛焊的缺陷因素

①焊接電流偏小，或者焊接壓力過大過小，焊接時間短；②電極頭端面直徑大，電極修磨量大容易偏短、表面有雜質，影響焊接質量；③焊點靠得近邊緣，焊接角度不垂直，焊接軌跡拉扯扭曲。

焊時產(chǎn)生的熱量由下式?jīng)Q定：Q=I2Rt（1）

式中：Q——產(chǎn)生的熱量（J）、I——焊接電流（A）、R——電極間電阻（歐姆）、t——焊接時間（s）。

原因分析：焊接電流小，時間短根據(jù)公式Q =I2Rt電流小，產(chǎn)生的熱量不足。

控制措施：選擇正確的參數(shù)，焊接電流由8000A改為8700A。

4.2.2 原因分析

焊接壓力過大或小；根據(jù)公式Q =I2Rt壓力偏大，接觸電阻變小，阻抗變大，影響電流減小，于是產(chǎn)生的熱量不足。

控制措施：選擇正確的參數(shù)，定期測量焊接壓力進行維護。

4.2.3 原因分析

電極頭端面直徑大，電極修磨量大容易偏短、表面有雜質，影響焊接質量。

控制措施：①調整電極修磨量，修磨壓力900N（機器人設置最小壓力），修磨時間1000ms改成600ms，②原標準設置修磨30次后更換新電極帽，調整電極帽更換頻次，修磨次數(shù)達到13次時機器人發(fā)出換帽請求；③調整電極修磨直徑符合5±1.0mm，確保修磨到電極端面。

4.2.4 原因分析

焊點靠得近邊緣，焊接角度不垂直，焊接軌跡拉扯扭曲。

控制措施：①對機器人焊接軌跡進行示教軌跡，保證焊接垂直于板件，焊點無邊緣焊點扭曲。

4.3 焊穿、裂紋、壓痕過深、邊緣焊點、焊點偏差分析控制

4.3.1 焊穿、壓痕過深、裂紋問題分析控制

原因分析：焊接焊穿、壓痕過深、裂紋主要原因有：①焊鉗電極壓力不夠，壓不緊工件；②零件表面有雜質造成絕緣；③電流過大；④電極修磨端面過小、電極不對中；⑤焊接參數(shù)預壓時間設置不足；⑥零件搭接間隙過大等。

措施控制：①定期測量監(jiān)控機器人焊接電流、焊接壓力，確保焊接電流、焊接壓力在設定范圍值、偏差超過標準，及時校準并跟蹤驗證；②做好物料來料表面質量檢查；③定期檢查電極修磨狀態(tài)，上下電極對中狀態(tài)；④核對焊接預壓參數(shù)；⑤對來料零件進行檢查，發(fā)現(xiàn)變形進行可疑物料隔離，如圖2—4所示。

4.3.2 焊點邊緣焊、焊點偏差問題分析控制

原因分析：焊接邊緣焊、焊點偏差主要原因有：①機器人焊接軌跡定位存在位置偏移，未按工藝要求點在設計位置，焊接偏移焊在鈑金邊緣，造成焊點偏差邊緣焊點；②零件搭接錯位焊接空間小導致邊緣焊。

措施控制：①對每一臺機器人的焊接焊點，進行核對工藝卡設定位置與機器人軌跡點位置，保證與工藝設計一致性和誤差值在范圍內；②定期對焊接位置搭接錯位情況跟蹤，發(fā)現(xiàn)錯位偏差大于2.0mm異常進行整改。

5 案例分析

案列：車門E260S左前門內板焊點扭曲質量問題：河西車身車門工段E260S左前門內板焊接2#拼臺B面，BD-BD22R.1機器人因程序參數(shù)錯誤導致生產(chǎn)每臺車焊點扭曲等質量問題，通過不斷調試程序參數(shù)數(shù)據(jù)使其修正，并增加電極帽修磨次數(shù)，使其居中兩、端電極頭平整。如以圖5—7所示。

6 結果展示

改善前，該企業(yè)白車身機器人點焊存在嚴重的焊接質量問題，導致產(chǎn)品的質量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低。而在我們的改善方案實施后，焊接質量明顯提高，客戶滿意度也有所提高。

改善后，焊點強度得到顯著提高，虛焊和毛刺、焊穿、焊點扭曲等問題大量減少，焊接質量穩(wěn)定性得到保證。同時，我們引入了數(shù)據(jù)記錄和分析機制，為后續(xù)的焊接質量優(yōu)化提供了有力的支持。

總之，針對白車身機器人點焊質量問題的改善實例表明，通過制定合理的改善方案，結合現(xiàn)有技術和有效的實施機制，可以有效地解決生產(chǎn)中的焊接質量問題，提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率，從而為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下堅實基礎。

7 結語

本文通過對白車身機器人點焊質量問題的分析，發(fā)現(xiàn)焊接過程中存在毛刺、虛焊、焊點扭曲、焊穿、裂紋、壓痕過深、邊緣焊點、焊點偏差焊點等質量問題。為解決這些問題，本文針對不同的問題提出了相應的解決方案。具體來說，本文的主要研究成果如下：

首先，本文通過對焊接過程中的焊接工藝參數(shù)進行分析，選擇了合適的工藝參數(shù)，如焊接電流、焊接時間等，從而提高了焊接質量。

其次，本文針對焊點毛刺問題，提出了自適應焊接脈沖方案。通過調整焊接脈沖寬度、電流、時間和電壓等參數(shù)，實現(xiàn)了焊點大小的自適應控制。

再次，本文針對虛焊足問題，提出了增加焊接時間的解決方案。通過增加焊接時間，提高了焊接質量并保證焊點的牢固性。

此外，本文還針對焊穿、壓痕深焊點裂紋等質量問題提出了相應的解決方案。例如，定期測量核對焊接電流、焊接壓力及控制板件搭接離空問題從而提高了焊接質量。

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