機器人電阻焊火花飛濺降低及控制

黃天茂 韋業忠 陳實 劉麗芳

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

隨著汽車產量需求的增多，汽車生產車間大部分生產線都已向自動化發展，一條生產線往往由多種機器人配合生產。在汽車行業，焊接機器人更是大規模的運用，焊接時火花飛濺已是一種常見的現象[1]。但火花飛濺大往往會給車身環境和焊接質量帶來很多的負面影響，如圖1所示：（1）存在飛濺灼傷安全隱患；（2）污染環境，附近煙塵大；（3）焊接強度降低；（4）飛濺吸附工裝、設備易導致設備故障；（5）易出現焊穿、裂紋、毛刺等缺陷。因此對于汽車企業來說，降低和控制機器人焊接火花飛濺已成為了一種必然的趨勢。

2 機器人焊接產生飛濺原因分析

通過對現場生產的機器人焊接深入的研究和分析，分析出引起火花飛濺的原因主要有以下幾方面的因素：

（1）電極帽端面有雜質：電極帽端面存在雜質，焊接時容易出現閃爆。

（2）焊槍電極與零件表面不垂直：焊槍焊接時電極與零件表面不垂直，焊接過程中熔液被擠壓傾斜飛出，形成火花飛濺，表象是焊點扭曲，或者單側出現毛刺[2]。

（3）焊槍焊接時壓力不足：電極還沒有壓緊零件就開始通電流焊接，接觸電阻大，電極一接觸零件立即閃爆，表象是焊點表面可能形成毛刺，焊點發黑。

（4）焊接程序中板厚t值設置不正確：目前焊鉗設定的板厚為理論板厚，實際中板件會因為沖壓過程減薄，實際板厚比理論板厚小，因此焊鉗開始施壓的設定距離t值大于實際板厚，形成閃爆。

（5）電流設定值偏大，采用硬規范進行焊接：機器人焊鉗焊接電流設定較為保守，采用硬規范（大電流，單脈沖）進行焊接，機器人焊鉗電流密度是手工焊鉗的20倍，電流大，熔池太大，焊鉗不能壓住溶液，導致飛濺，這種飛濺往往伴隨著焊點縮孔、壓痕深等問題[3]。

3 機器人焊接火花飛濺控制措施

焊接火花四濺大存在著飛濺灼傷安全隱患，同時污染環境，對車間環境和焊點質量造成較大影響。基于以上原因，需要對火花飛濺做出相應的改善，以下是控制火花飛濺相關措施的實施步驟。

圖1 機器人焊接火花飛濺大圖片

圖2 火花飛濺措施實施步驟

圖3 垂直度檢測工具結構圖

圖4 垂直度檢測工具結構圖

3.1 建立焊點飛濺清單

通過對火花飛濺較大的焊點進行統計，建立相關的焊點飛濺清單。

3.2 焊槍垂直度調整

焊槍的垂直度僅靠調試人員目視觀察，無法準確地判斷焊槍與零件表面是否垂直；且目視結果偏差較大，調整過程沒有輔助工具，效率較低，不能保證焊槍與零件表面100%垂直，如圖3所示。為了校驗焊槍垂直度，自主設計了一套機器人焊槍垂直度檢測工具，如圖4所示，可以有效保證電極帽端面與零件表面垂直度。

3.2.1 垂直度檢測工具工作原理

焊槍垂直度檢測工具由上套、下套和圓柱磁鐵塊組成，結構簡單、操作過程簡便，檢測結果準確度高，且校正垂直時可以任意吸附在零件表面。從圖5中可了解檢測工具的檢測原理：如焊槍與零件表面垂直，則上套剛好能完全滑入下套內，若不垂直則上套不能進入下套或者只能部分進入下套中。

3.3 修改搭接板厚尺寸

目前焊鉗設定的板厚為理論板厚，實際因為沖壓過程導致板厚減薄，實際板厚比理論板厚要小，因此焊鉗開始施壓的設定距離大于實際板厚，容易形成閃爆的現象。通過采集現場物料的實際板厚，并根據實際板厚，重新校正機器人設定的焊鉗板材厚度。

3.4 增大焊鉗壓力

零件接觸電阻大，焊點表面發黑，存在電極一接觸零件立即閃爆的情形，這是焊鉗壓力不足所致，需要根據實際情況重新校正和增加焊鉗的壓力[4]。

3.5 優化機器人焊接參數

優化前使用單脈沖電流，通電時間240ms，采用硬規范進行焊接，優化后電流變為多脈沖焊接，在保持電流不變的同時，變更為20脈沖（一個脈沖20ms，前14ms通電，后6ms斷電），總通電時間280ms，延長通電時間，同時減少了冷卻時間對熔核形成的削弱。將原來的預壓時間500ms，縮短到200ms，增加預熱時間60ms，冷卻時間40ms，如圖6所示。通過調用預熱電流，使搭接的板材更貼合改善搭接間隙，將單脈沖持續通電流改為多個脈沖分段式焊接改善焊點質量。

4 火花飛濺改善效果

調整機器人焊接角度，并優化了相關的機器人焊槍焊接參數，如圖5所示：調整前某車型各區域總計有1211顆焊點出現火花飛濺，調整后1048顆焊點飛濺得以控制；即表明按以上措施整改后，90%左右焊點火花飛濺大的問題得到解決，既有效控制了火花飛濺，又可以保證焊點質量和提高焊接效率。

圖5 焊槍垂直度檢測工具原理演示

圖6 機器人焊接電流的優化過程

圖7 措施實施后改善的效果

5 結語

本文介紹了汽車行業機器人焊接火花飛濺的現狀，從焊接垂直度、焊接壓力、焊接參數等方面淺談了機器人火花飛濺產生的原因。針對此問題，自行研制了一種檢測焊槍與零件表面垂直度的工具，并探索了一套符合自身生產的焊接參數，實現了對火花飛濺的降低與控制，既消除了火花飛濺安全隱患和降低焊塵改善環境質量，又可以保證焊點質量（焊點縮孔、毛刺等問題有所減少）、提高焊接效率，在企業的安全和產品質量提升等方面有著很大的作用和借鑒意義。