提高車身點(diǎn)焊質(zhì)量的嘗試

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：1658

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

白車身的焊接強(qiáng)度是車身制造兩大關(guān)鍵控制項(xiàng)之一。車身的焊接強(qiáng)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(zhì)量一直是人們持續(xù)關(guān)注并不懈為之努力的課題。在多種車身焊接方法中，電阻點(diǎn)焊是目前應(yīng)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(diǎn)焊質(zhì)量控制方法正在汽車白車身制造過程中得到推廣和應(yīng)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。總之，都是基于點(diǎn)焊時(shí)的動態(tài)電阻特征去控制焊接過程參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)焊質(zhì)量的控制。目前，上述兩家公司的技術(shù)在國內(nèi)汽車廠都有一定的應(yīng)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(diǎn)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(gè)典型低碳鋼板的點(diǎn)焊動態(tài)電阻特征曲線。
為了說明清晰起見，我們將一個(gè)點(diǎn)焊過程完整的電阻特征變化曲線分為AB和BC兩個(gè)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(diǎn)處體電阻建立和增長的過程，這個(gè)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(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，很難對導(dǎo)致電阻變化的因素進(jìn)行正確的判斷，增加了控制的難度。曲線由B到C是焊點(diǎn)處體電阻的衰減過程，正常來講，它對應(yīng)著熔核長大的過程。影響這個(gè)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(diǎn)焊動態(tài)電阻特征曲線


這里有一點(diǎn)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(qiáng)鋼板在點(diǎn)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(jīng)焊鉗臂的二次電流，這個(gè)電流包含臨近焊點(diǎn)的分流，可能包含或不包含電極臂造成的分流。然后，再應(yīng)用歐姆定律將這個(gè)測得的電壓值和所測得的電流值通過運(yùn)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(bǔ)償分流，為了能夠更加準(zhǔn)確地獲取動態(tài)電阻值，還應(yīng)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(diǎn)質(zhì)量的過程及實(shí)現(xiàn)問題


常規(guī)的恒流控制是將焊機(jī)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�(jù)所得到的反饋量與規(guī)范設(shè)定時(shí)確定的電流值進(jìn)行比較，輸出調(diào)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(jī)這種控制是一種全閉環(huán)控制。但對于焊點(diǎn)質(zhì)量來講，它就是一個(gè)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(zhì)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(shí)現(xiàn)過程是：首先在對應(yīng)的焊機(jī)上，使用該焊機(jī)要進(jìn)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(jù)所焊板材向控制器輸入設(shè)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(jù)這兩個(gè)信號值，計(jì)算出焊點(diǎn)處的等效電阻。用這個(gè)等效電阻值與參考電阻曲線進(jìn)行比較和運(yùn)算，求出控制調(diào)整量。通過控制焊接電流及焊接時(shí)間，從而達(dá)到控制焊點(diǎn)質(zhì)量的目的。由此看來，這種動態(tài)電阻法不是對焊機(jī)的閉環(huán)控制，而是對焊點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)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(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：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(yīng)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(yīng)用于每個(gè)不同的場合。而應(yīng)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(diǎn)質(zhì)量控制的研究已有很長的歷史，這方面的論文也不計(jì)其數(shù)。對動態(tài)電阻法控制點(diǎn)焊質(zhì)量的研究國內(nèi)至少早在20世紀(jì)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(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，規(guī)模應(yīng)用的卻寥寥無幾。究其原因，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：


第一，受逆變阻焊電源發(fā)展的影響。可以說，動態(tài)電阻法控制點(diǎn)焊質(zhì)量的最佳平臺就是三相逆變中頻電阻焊機(jī)，它可以將焊接時(shí)間調(diào)整控制在1～2ms內(nèi)。快速的動態(tài)響應(yīng)使得對加熱功率的精準(zhǔn)控制有了可能。


第二，受產(chǎn)、學(xué)、研脫節(jié)狀態(tài)的影響。即使在今天，這個(gè)問題也依然存在，從事研究的人員花費(fèi)時(shí)間和精力把技術(shù)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(shù)，造成成果擱置。


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


 


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經(jīng)過1年多對動態(tài)電阻法控制點(diǎn)焊質(zhì)量技術(shù)的應(yīng)用，確切地說對Bosch Rexroth公司的UIR產(chǎn)品的應(yīng)用，我們體會到該技術(shù)的一些優(yōu)勢：第一，焊接質(zhì)量明顯提高。過去十幾年當(dāng)中，我們采用過恒流、恒壓、恒功率等控制技術(shù)，白車身整車焊點(diǎn)不合格率一般在2%～3%；而采用UIR控制技術(shù)的白車身初步統(tǒng)計(jì)整車焊點(diǎn)不合格率降到了1‰以下。第二，采用UIR控制技術(shù)后，絕大部分焊鉗都不需要設(shè)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(cuò)規(guī)范所產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷。第三，除了前面兩點(diǎn)外，還能夠降低網(wǎng)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(diǎn)質(zhì)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(jìn)一步研究。比如，如何找到能夠準(zhǔn)確反映焊核尺寸的特征量，因?yàn)橐粋�(gè)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(xiàng)研究大多比較關(guān)注焊核的形成與動態(tài)電阻特征曲線之間的關(guān)系，卻很少關(guān)注形成后的焊核直徑與動態(tài)電阻特征曲線之間的關(guān)系。所以，要想達(dá)到這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性就應(yīng)該找到這個(gè)關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)真正意義上的控制點(diǎn)焊質(zhì)量的目的。


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