提高車身點焊質量的嘗試

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：1677

 動態(tài)電阻法，是近年來一種新型的電阻點焊質量控制方法，在汽車白車身制造過程中得到推廣和應用。北京奔馳－戴姆勒 克萊斯勒汽車有限公司通過實際的生產和應用，分析出該焊接方法的優(yōu)勢以及需要關注的重點，從而大幅降低白車身整車焊點不合格率，真正實現(xiàn)控制點焊質量的目的。

白車身的焊接強度是車身制造兩大關鍵控制項之一。車身的焊接強度直接并且主要影響著乘用車使用的安全性和可靠性。因此，多年來，控制和保證車身焊接質量一直是人們持續(xù)關注并不懈為之努力的課題。在多種車身焊接方法中，電阻點焊是目前應用最廣的焊接方法，對它的研究也最多。近年來，一種新型的電阻點焊質量控制方法正在汽車白車身制造過程中得到推廣和應用，人們將其稱之為動態(tài)電阻法。有的公司稱作UIR控制，如Bosch Rexroth公司；也有的公司稱作IQR控制，如哈姆斯-溫德公司�？傊�，都是基于點焊時的動態(tài)電阻特征去控制焊接過程參數(shù)，從而實現(xiàn)對點焊質量的控制。目前，上述兩家公司的技術在國內汽車廠都有一定的應用。


動態(tài)電阻的含義及特征


這里所說的動態(tài)電阻指的是在點焊過程中，在上下兩電極之間的等效電阻及其變化。圖1顯示了一個典型低碳鋼板的點焊動態(tài)電阻特征曲線。
為了說明清晰起見，我們將一個點焊過程完整的電阻特征變化曲線分為AB和BC兩個部分（見圖1）。曲線由A到B是接觸電阻由建立到消失及焊點處體電阻建立和增長的過程，這個過程的電阻變化較大，所受到的影響因素也比較多，如電極壓力、零件表面狀態(tài)、是否涂膠、零件與零件的配合以及表面鍍層等。因此，通常情況下，AB段的電阻值變化較大。沒有足夠的經驗數(shù)據積累，很難對導致電阻變化的因素進行正確的判斷，增加了控制的難度。曲線由B到C是焊點處體電阻的衰減過程，正常來講，它對應著熔核長大的過程。影響這個過程的因素主要是加熱功率密度。因此，相對來說，曲線比較穩(wěn)定，易于控制。


 



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圖1   低碳鋼板的點焊動態(tài)電阻特征曲線


這里有一點需要加以說明，本文所講的動態(tài)電阻全部指的是汽車車身所用的低碳鋼板或低合金高強鋼板在點焊過程中所呈現(xiàn)的變化。它的獲得是通過測量上下電極之間的電壓和測量流經焊鉗臂的二次電流，這個電流包含臨近焊點的分流，可能包含或不包含電極臂造成的分流。然后，再應用歐姆定律將這個測得的電壓值和所測得的電流值通過運算得到焊接過程的動態(tài)電阻。由此也可以看出，盡管動態(tài)電阻法能一定程度地補償分流，為了能夠更加準確地獲取動態(tài)電阻值，還應該盡可能地避免施焊過程中的分流。


動態(tài)電阻法控制焊點質量的過程及實現(xiàn)問題


常規(guī)的恒流控制是將焊機二次回路的電流通過電流傳感器采樣后，作為反饋量送回控制器�？刂破髟俑鶕玫降姆答伭颗c規(guī)范設定時確定的電流值進行比較，輸出調節(jié)量，以保證焊接二次電流恒定。因此可以說，對于電阻焊機這種控制是一種全閉環(huán)控制。但對于焊點質量來講，它就是一個開環(huán)控制了，并且控制期間沒有任何直接來自或間接來自焊接質量的反饋信號。而對于動態(tài)電阻法則完全不一樣。動態(tài)電阻法的實現(xiàn)過程是：首先在對應的焊機上，使用該焊機要進行施焊的金屬板材（試片）和恒流控制模式，建立起參考電阻曲線，再根據所焊板材向控制器輸入設定焊接規(guī)范。在焊接過程中，控制器分別拾取二次電流信號和上下電極間電壓信號。根據這兩個信號值，計算出焊點處的等效電阻。用這個等效電阻值與參考電阻曲線進行比較和運算，求出控制調整量。通過控制焊接電流及焊接時間，從而達到控制焊點質量的目的。由此看來，這種動態(tài)電阻法不是對焊機的閉環(huán)控制，而是對焊點質量進行非直接的（通過動態(tài)電阻特征曲線）閉環(huán)控制。


在此，還要強調一點：動態(tài)電阻特征曲線是在特定條件下取得的，并非所有的工業(yè)現(xiàn)場應用中都會出現(xiàn)如圖2所示的典型動態(tài)電阻特征曲線。因此，不能簡單地將通用的動態(tài)電阻特征曲線應用于每個不同的場合。而應該針對不同材料、不同板厚及組合、以及不同的規(guī)范建立特定條件下的動態(tài)電阻特征曲線。


 



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圖2  UIR控制原理圖


對電阻焊焊點質量控制的研究已有很長的歷史，這方面的論文也不計其數(shù)。對動態(tài)電阻法控制點焊質量的研究國內至少早在20世紀80年代就有過論文發(fā)表，很多研究成果至今仍在被引用。但真正轉化為生產力，規(guī)模應用的卻寥寥無幾。究其原因，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：


第一，受逆變阻焊電源發(fā)展的影響�？梢哉f，動態(tài)電阻法控制點焊質量的最佳平臺就是三相逆變中頻電阻焊機，它可以將焊接時間調整控制在1～2ms內。快速的動態(tài)響應使得對加熱功率的精準控制有了可能。


第二，受產、學、研脫節(jié)狀態(tài)的影響。即使在今天，這個問題也依然存在，從事研究的人員花費時間和精力把技術研究出來，卻不去或者無法使其商品化。企業(yè)或是不愿意、或是沒有膽略去接納新技術，造成成果擱置。


第三，由于動態(tài)電阻不是一個參數(shù)，而是一個受多方面因素影響的過程，并且這個過程很難用一個函數(shù)來描述，因此，給控制上帶來一定難度。所以，很多項研究盡管在實驗室取得了成功，但就應用于生產現(xiàn)場來說，仍有許多工作要做。


 


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經過1年多對動態(tài)電阻法控制點焊質量技術的應用，確切地說對Bosch Rexroth公司的UIR產品的應用，我們體會到該技術的一些優(yōu)勢：第一，焊接質量明顯提高。過去十幾年當中，我們采用過恒流、恒壓、恒功率等控制技術，白車身整車焊點不合格率一般在2%～3%；而采用UIR控制技術的白車身初步統(tǒng)計整車焊點不合格率降到了1‰以下。第二，采用UIR控制技術后，絕大部分焊鉗都不需要設置兩套或多套規(guī)范。輸入一套規(guī)范，既可以焊厚板，也可以焊薄板；既可以焊雙層板，也可以焊多層板，有效地避免了工人用錯規(guī)范所產生的質量缺陷。第三，除了前面兩點外，還能夠降低網壓波動、短路分流、不同鍍層、工件表面狀態(tài)、涂膠及電極磨損等對焊點質量造成的不良影響。


除了上面提及的優(yōu)勢外，動態(tài)電阻法目前還有一些方面需要做進一步研究。比如，如何找到能夠準確反映焊核尺寸的特征量，因為一個合格焊核最基本的特征就是要有符合要求的焊核直徑。在此之前，各項研究大多比較關注焊核的形成與動態(tài)電阻特征曲線之間的關系，卻很少關注形成后的焊核直徑與動態(tài)電阻特征曲線之間的關系。所以，要想達到這項技術的實用性就應該找到這個關系，以實現(xiàn)真正意義上的控制點焊質量的目的。


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