阿普拉斯焊接質(zhì)量檢查及控制方法

摘要：為保證應(yīng)用阿普拉斯焊接工藝的產(chǎn)品滿足用戶要求，需要具備完善有效的工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和一套在工藝上和設(shè)備上合理、有效的控制方法實(shí)現(xiàn)工藝和質(zhì)量目標(biāo)。以某車型D柱位置的阿普拉斯焊接工藝應(yīng)用為例，通過實(shí)際應(yīng)用和過程控制優(yōu)化，確定了阿普拉斯焊接工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢查方法，同時(shí)總結(jié)得出一套工藝和設(shè)備的控制要求，以滿足應(yīng)用阿普拉斯工藝產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：阿普拉斯焊 實(shí)踐應(yīng)用 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 控制方法

中圖分類號：U466 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B " DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20230161

Arplas Welding Quality Inspection and Control Methods

Ma Qing， Ran Xiaosong， Lin Zengbo

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

Abstract： In order to ensure the products applied "Arplas welding process to meet users’ requirements， it is necessary to have a perfect and effective process quality standard， and a set of reasonable and effective control methods on the process and equipment to achieve the relevant process standards and quality standards. In this paper， the application of Arplas welding process at the D-pillar position of a vehicle model is taken as an example. Through the accumulation of practical application experience and process control optimization practice， the quality standard and inspection method of Arplas welding process are determined. At the same time， a set of process and equipment control methods are summarized through experience to meet the product quality standards applied in Arplas process.

Key words： Arplas welding， Practical application， Quality standard， Control methods

1 前言

在汽車車身焊接中，相比電阻點(diǎn)焊、弧焊、激光焊，阿普拉斯焊接工藝焊點(diǎn)外觀質(zhì)量更好[1]，由于其采用完全不同的工藝過程和參數(shù)[2]，因此，焊接質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)和過程控制與其他的焊接方式存在差異。目前，相關(guān)研究對阿普拉斯焊接質(zhì)量的系統(tǒng)控制闡述較少。在該工藝正式投入生產(chǎn)前必須完成質(zhì)量控制和過程控制方法策劃和標(biāo)準(zhǔn)建立[3]，從而確保阿普拉斯焊接工藝的應(yīng)用滿足焊接質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)和過程要求。本文以某車型D柱流水槽的阿普拉斯焊接工藝應(yīng)用為例，對質(zhì)量控制相關(guān)工藝、設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)要求和方法進(jìn)行較為全面的說明。

2 阿普拉斯焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢查方法

2.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

以某車型D柱流水槽的焊接為例，在阿普拉斯焊接工藝前，有凸臺成型的工藝[2]。凸臺需滿足如下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：長度為8～10 mm，高度為0.6～0.8 mm，表面平順，無劃傷和壓傷。

焊接采用直徑為13 mm的圓形電極，阿普拉斯焊點(diǎn)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為：焊點(diǎn)表面平整，無明顯的凹凸痕跡和電極壓痕，無焊點(diǎn)毛刺、焊穿、鋅層堆積等缺陷，焊接強(qiáng)度足夠（焊核長度滿足凸臺原始長度的80%）。

2.2 凸臺質(zhì)量檢查方法

目視檢查凸臺外觀質(zhì)量是否滿足要求，使用直尺或游標(biāo)卡尺測量確認(rèn)凸臺長度，使用游標(biāo)卡尺測量確認(rèn)凸臺高度。

2.3 焊接質(zhì)量檢查方法

2.3.1 目視觸摸檢測

檢查焊點(diǎn)外觀質(zhì)量滿足要求，焊點(diǎn)數(shù)量及位置正確；用塞尺確認(rèn)焊接的鈑金之間是否有熔核。

2.3.2 超聲波檢測

通過超聲波檢測熔核的長度、寬度來判斷焊點(diǎn)質(zhì)量[4]。對于本文中的D柱流水槽焊接，凸臺的長度L為8～10 mm、寬度b為1 mm，當(dāng)超聲波檢測結(jié)果為熔核長度≥0.8 L、寬度≥0.8 mm時(shí)，即判定為焊點(diǎn)強(qiáng)度合格，如圖1所示。

2.3.3 工藝試片破壞性檢測

不同于點(diǎn)焊焊接質(zhì)量的破壞性檢查[5]，阿普拉斯焊點(diǎn)的檢查過程如圖2a所示，撕裂后合格焊點(diǎn)特征為試片一側(cè)為條型孔，另一側(cè)為條型凸臺。對凸臺的長度和寬度進(jìn)行測量，并做好記錄。合格的焊核撕裂尺寸應(yīng)滿足如下要求：熔核長度不小于凸臺長度的80%，熔核寬度不小于凸臺寬度的80%，如圖2b所示。

2.3.4 壓力跳變檢測

博世PRI7000軟件能夠?qū)附舆^程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，從而判定焊接質(zhì)量，在阿普拉斯焊槍的動(dòng)臂上安裝有壓力傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)控焊接過程中的壓力變化。通過監(jiān)控焊接通電前、后的壓力跳變值（壓差）來判斷焊核質(zhì)量。如果凸臺符合要求，焊接參數(shù)正常，則會有明顯的壓力跳變，即凸臺與鈑金正常形成熔核；如果零件上無凸臺、所沖的凸臺不符合要求或焊接能量不足會導(dǎo)致較小的壓力跳變或沒有壓力跳變（圖3a）。根據(jù)具體零件設(shè)置壓力跳變監(jiān)控參數(shù)范圍可實(shí)時(shí)在線監(jiān)控焊核質(zhì)量。如果壓力跳變未達(dá)到設(shè)定的監(jiān)控范圍，則焊接機(jī)器人自動(dòng)報(bào)警并停線。

一般情況下，針對本文中車型車身D柱的2層板焊接，在去除背景壓差后，壓力跳變超過40 N時(shí)，可得到合格焊點(diǎn)。對于不同的鈑金材質(zhì)和板材厚度，在實(shí)現(xiàn)合格焊接質(zhì)量的情況下，壓力跳變也會存在差異。為保證壓力跳變數(shù)值的準(zhǔn)確性，在焊鉗投入使用前需對壓力進(jìn)行標(biāo)定，消除背景壓差的影響。

3 質(zhì)量缺陷及控制要點(diǎn)

3.1 阿普拉斯常見質(zhì)量缺陷

3.1.1 凸臺質(zhì)量缺陷

以本文中的D柱流水槽焊接為例，凸臺不滿足以下任一情況則判定為不合格凸臺：

a.凸臺尺寸應(yīng)滿足長度為8～10 mm、高度為0.6～0.8 mm。

b.凸臺表面應(yīng)平順、光滑、無劃傷。

c.如圖4a所示，凸臺橫截面左右對稱，對稱度偏差低于板厚的10%，對于板厚低于1 mm的薄板，偏差值為0.1 mm，嚴(yán)重不對中的凸臺如圖4b所示。

3.1.2 焊點(diǎn)質(zhì)量缺陷

焊點(diǎn)質(zhì)量缺陷包含以下類型。

a.焊點(diǎn)凸痕：焊點(diǎn)位置的外露鈑金表面存在有明顯觸感的條狀或點(diǎn)狀凸印，如圖5所示。

b.電極壓痕：作業(yè)時(shí)電極加壓，當(dāng)電極與鈑金表面不垂直或者貼合不良時(shí)，會在鈑金表面留下電極壓痕，如圖6所示。

c.焊點(diǎn)凹陷：焊接能量輸入過大，容易導(dǎo)致焊點(diǎn)（條狀焊點(diǎn)）凹陷，如圖7所示。

d.焊點(diǎn)表面鋅層堆積：鍍鋅板在高溫高壓或其他外力作用下，表面鍍鋅層發(fā)生位移或脫落，焊接過程中電極帽粘鋅，導(dǎo)致焊點(diǎn)表面或焊點(diǎn)周圍形成鋅層脫落堆積，焊點(diǎn)表面不平整，如圖8所示。

e. 焊點(diǎn)飛濺、毛刺：焊點(diǎn)周圍及兩層鈑金搭接縫存在焊渣飛濺或尖銳的毛刺。

f. 虛焊、弱焊：通常使用超聲波測量焊點(diǎn)熔核的長度，來判斷阿普拉斯焊點(diǎn)是否存在虛焊或弱焊。合格焊點(diǎn)應(yīng)滿足熔核長度L不低于凸臺長度的80%，熔核寬度D不低于凸臺寬度的80%。

3.2 保證質(zhì)量的工藝要求

3.2.1 電極狀態(tài)要求

首先，阿普拉斯焊接對電極帽的尺寸精度一致性要求較高，以確保電極帽更換后不會影響焊接行程，從而保證壓力參數(shù)的一致性，進(jìn)而保證焊接電流輸出在合格范圍內(nèi)，同時(shí)有正常的壓力跳變顯示。

其次，通過設(shè)置焊點(diǎn)計(jì)數(shù)報(bào)警的方式來確保電極帽按固定頻次更換[6]，確保不會因電極帽過度磨損導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量不合格。

3.2.2 工藝參數(shù)維護(hù)

參數(shù)設(shè)定時(shí)首先需滿足焊接質(zhì)量要求，同時(shí)應(yīng)結(jié)合工藝控制計(jì)劃設(shè)置電流、壓力、壓差等參數(shù)的公差，如圖9所示，當(dāng)參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)會自動(dòng)報(bào)警停線，確保缺陷不逃逸；日常巡檢時(shí)需確認(rèn)參數(shù)輸出與設(shè)定值的偏差是否在公差范圍內(nèi)，壓差輸出是否足夠。

3.2.3 工藝控制方法

每一種焊接缺陷產(chǎn)生的原因不同，需要采用針對性的過程控制措施預(yù)防各種缺陷，從工藝控制的角度來看，對應(yīng)的控制方法如表1所示。

3.3 設(shè)備維護(hù)要求

3.3.1 沖凸槍氣壓及沖模狀態(tài)檢查

沖凸槍的沖凸壓力由進(jìn)氣壓力決定。判定沖凸壓力合格的唯一標(biāo)準(zhǔn)是沖出符合要求的凸臺。沖模磨損或使用不當(dāng)會導(dǎo)致沖模損壞，從而無法得到100%合格的凸臺，如凸模部分折斷（原因?yàn)榱慵馁|(zhì)不均、凸凹模嚴(yán)重不對中等，如圖10a所示）、凹模開裂（原因?yàn)闆_壓力過大或在沒有零件的情況下閉合沖凸槍等）、凸模和凹模磨損（原因?yàn)檎Ｄp、沖壓力過大等，如圖10b所示）等。

沖凸槍的維護(hù)主要分為以下方面：

a. 檢查沖凸槍的進(jìn)氣壓力是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

b.檢查、清理沖模，清除附著物（圖11）。

c.檢查沖模對中情況。需要注意的是，凸模和凹模之間沒有工件時(shí)，盡可能避免操作沖凸裝置合槍，凸模的凸出高度比凹模中的凹槽深度大，如果沒有工件且沖壓力很大，可能導(dǎo)致凹模開裂。

d.檢查沖凸工藝后零件上凸臺的高度、長度是否符合要求。

3.3.2 焊槍狀態(tài)檢查維護(hù)

焊槍的檢查維護(hù)內(nèi)容主要包括設(shè)備參數(shù)、設(shè)備本體及各部位連接裝置的穩(wěn)定性和各輔助設(shè)備功能等，具體內(nèi)容如表2所示。

4 質(zhì)量缺陷的返修

當(dāng)阿普拉斯焊焊接件需要進(jìn)行返修時(shí)，返修的結(jié)果需滿足技術(shù)要求。常見的外觀返修方法為打磨，焊點(diǎn)強(qiáng)度返修方法為鉆孔+冷金屬過渡（Cold Metal Transfer，CMT）焊或保護(hù)焊塞焊。凸臺出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)無法返修，只能通過優(yōu)化沖凸槍的參數(shù)防止再次出現(xiàn)質(zhì)量問題，具體的返修方法如表3所示。

5 結(jié)束語

如要通過阿普拉斯焊工藝獲得質(zhì)量合格的焊點(diǎn)，必須做好過程維護(hù)，包括工藝過程的維護(hù)、設(shè)備的日常維護(hù)等，前期需要保證參數(shù)及其公差的合理有效、設(shè)備功能的完好、各類程序的合理有效等。本文針對阿普拉斯焊點(diǎn)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及各類焊點(diǎn)缺陷的控制要求和返修方法進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，后續(xù)將針對阿普拉斯焊接工藝在不同工況條件下的運(yùn)行過程穩(wěn)定性、質(zhì)量穩(wěn)定性以及參數(shù)的優(yōu)化配置等進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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