淺談微型新能源汽車(chē)副車(chē)架擺臂支架的機(jī)器人焊接質(zhì)量控制

張惠立 李福貴 潘敏 張正舉 黎志梅

摘 要：本文主要是針對(duì)某微型新能源汽車(chē)在樣車(chē)試制階段的副車(chē)架擺臂支架開(kāi)裂問(wèn)題的攻關(guān)，通過(guò)調(diào)查研究分析，找到副車(chē)架擺臂支架開(kāi)裂的主要原因是由于焊接工藝不合理，造成焊縫成形差和焊接熱影響區(qū)過(guò)大問(wèn)題。解決措施是通過(guò)調(diào)整焊機(jī)的焊接電流和電壓參數(shù)值，調(diào)整機(jī)器人行走速度，采用分段不同速度來(lái)控制、調(diào)整機(jī)器人焊槍姿態(tài)和行走軌跡、調(diào)整焊接引弧的起始位置等幾項(xiàng)措施來(lái)控制重點(diǎn)部位的焊縫成形性和焊縫質(zhì)量，從而解決微型新能源汽車(chē)樣車(chē)試制階段的副車(chē)架擺臂支架開(kāi)裂問(wèn)題，保證新產(chǎn)品按計(jì)劃上市。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)擺臂支架、機(jī)器人、焊接工藝、焊接質(zhì)量

背景前言：某微型新能源汽車(chē)在小批量試制試驗(yàn)階段，副車(chē)架擺臂支架在耐久試驗(yàn)中進(jìn)行到10萬(wàn)次出現(xiàn)了開(kāi)裂問(wèn)題，未能達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)20萬(wàn)次的疲勞強(qiáng)度要求。為解決此問(wèn)題，本人對(duì)副車(chē)架擺臂支架試制焊接全過(guò)程進(jìn)行調(diào)查研究。通過(guò)研究分析發(fā)現(xiàn)副車(chē)架擺臂支架開(kāi)裂的部位主要出現(xiàn)在焊縫根部和熱影響區(qū)，主要原因是由于焊接工藝不合理，造成焊縫成形差和焊接熱影響區(qū)過(guò)大問(wèn)題，通過(guò)多次試驗(yàn)測(cè)試和對(duì)檢測(cè)報(bào)告分析，最終鎖定機(jī)器人的焊接工藝參數(shù)和行走軌跡，按新工藝及焊接參數(shù)焊接的新樣件順利通過(guò)20萬(wàn)次的臺(tái)架耐久試驗(yàn)，保證新產(chǎn)品車(chē)按計(jì)劃上市。

下圖為某微型新能源汽車(chē)副車(chē)架總成結(jié)構(gòu)示意圖1及實(shí)物開(kāi)裂部位圖2

如下我是解決本次樣件試制問(wèn)題的心得總結(jié)：

1、調(diào)整焊機(jī)的焊接電流和電壓參數(shù)值，控制焊縫成形質(zhì)量

焊接電流和電壓是焊接工藝的主要參數(shù)，焊接電流直接控制焊縫成形深度，焊接電壓直接控制焊縫成形寬度，他們之間的合理匹配值直接影響著電弧的穩(wěn)定性，從而影響著焊縫質(zhì)量。電弧不僅要熔化焊絲，還要熔化母材，還有熱能損耗。電壓與電弧的長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)，電弧長(zhǎng)度的恒定確保了電弧的穩(wěn)定性。電弧的長(zhǎng)度又決定著電弧的電阻。不難看出，焊接電壓越高，電弧的熱量以及焊接電流就越高，填充的金屬就越多，焊縫就顯得比較飽滿，但焊接熱影響區(qū)也隨著變大，會(huì)存在有燒穿的可能。根據(jù)某微型新能源汽車(chē)副車(chē)架擺臂支架和圓管的材料厚度，結(jié)合通用弧焊技術(shù)要求（表1），通過(guò)多次調(diào)試和數(shù)據(jù)對(duì)比分析，焊接電流電壓由原來(lái)210A，19V調(diào)整為180A，16V， 使焊縫成形最完美，既形成了飽滿的焊縫又控制熱影響區(qū)的范圍，焊接工藝調(diào)整后熱影響區(qū)由原來(lái)11mm減少7mm。

2、調(diào)整機(jī)器人行走速度，采用分段不同速度來(lái)控制和減少焊縫熱影響區(qū)域

焊縫質(zhì)量及熱影響區(qū)域的大小與焊接速度也有密切的關(guān)系，如果焊接速度過(guò)快，熔池溫度不夠，易造成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷。如果焊接速度過(guò)慢，使高溫停留時(shí)間增長(zhǎng)，熱影響區(qū)寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，機(jī)械性能降低，同時(shí)焊接變形量增大。而焊接速度是由機(jī)器人的行走速度和送絲速度來(lái)決定，因此調(diào)整機(jī)器人的行走速度就是調(diào)整焊接速度。對(duì)于某微型新能源汽車(chē)副車(chē)架上的擺臂支架與圓管的焊接部位的復(fù)雜性，對(duì)于前端起弧位置、支架尖角位置以及支架中部位置都采用分段不同的焊接速度進(jìn)行焊接，在焊接的開(kāi)始階段，機(jī)器人行走速度設(shè)定為70cm/min，當(dāng)焊槍進(jìn)入到支架端頭焊接位及正常焊接階段時(shí)，機(jī)器人行走速度調(diào)整為 60cm/min，這樣不同焊接位置和不同焊接階段采用不同的焊接速度，可以有效地控制和減少焊縫熱影響區(qū)域，同時(shí)提升焊縫成形質(zhì)量。

3、調(diào)整機(jī)器人焊槍姿態(tài)和行走軌跡，來(lái)控制焊縫的成形性

機(jī)器人弧焊的焊縫質(zhì)量除了與上述機(jī)器人的行走速度和焊機(jī)的焊接參數(shù)有關(guān)外，還與焊槍的焊接姿態(tài)有密切的關(guān)系，特別是對(duì)某微型新能源汽車(chē)副車(chē)架上擺臂支架焊接這類(lèi)的管焊縫和角焊縫，要求更為明顯和更為嚴(yán)格，稍有偏差直接會(huì)影響焊接成形性和焊接質(zhì)量。根據(jù)弧焊技術(shù)要求，按照焊槍的姿態(tài)，弧焊的手法一般分為兩類(lèi)：一種是前進(jìn)法和一種為后退法。前進(jìn)法即為焊槍靠后與焊接方向的夾角大于90度，由于前進(jìn)法焊接行進(jìn)角度較大時(shí)，熔融金屬被吹向電弧的前方，熔深較淺，飛濺較大。后退法即為焊槍靠前與焊接方向的夾角小于90度，使用后退焊接時(shí)，熔融金屬被吹向電弧的后方，熔深較深，焊縫余高易形成。在某微型新能源汽車(chē)副車(chē)架上擺臂支架焊接時(shí)通用調(diào)整行走軌跡和焊槍姿態(tài)，盡量用后退法來(lái)焊接，來(lái)控制焊縫的成形性。在焊槍姿態(tài)方面，通調(diào)整焊槍姿態(tài)，讓焊槍的中心位置稍為偏向支架零件側(cè)，使得支架獲得熱量更多，材料熔化更充分，焊縫成形更好。

4、調(diào)整焊接引弧的起始位置，控制重點(diǎn)部位的焊縫成形性

起弧時(shí)由于熱量不足，熔池不深，容易出現(xiàn)焊不透的問(wèn)題，會(huì)直接影響焊接成形性和焊接質(zhì)量，在起弧位置更容成為焊縫開(kāi)裂的源頭，對(duì)引弧的起始位置要求比較講究。對(duì)某微型新能源汽車(chē)副車(chē)架上擺臂支架的焊接時(shí)，由于支架的材料厚度1.5MM，管材的材料厚度只有0.8MM，材料厚度差別較大，起弧位置離支架距離過(guò)近，很容易出現(xiàn)對(duì)支架加熱不足，熔池深度不足，焊縫淺虛焊，因此，可以稍為加長(zhǎng)起弧位置，起弧位置比原來(lái)加長(zhǎng)2-3mm，使支架不受起弧原因影響，使用支架處在焊接穩(wěn)定階段，支架加熱很充分，有利于支架材料的熔化，從而提升支架的焊接質(zhì)量

結(jié)束語(yǔ)：

本文針對(duì)某微型新能源汽車(chē)的副車(chē)架擺臂支架開(kāi)裂問(wèn)題找出主要原因，從調(diào)整焊接工藝參數(shù)值、機(jī)器人行走速度、機(jī)器人焊槍姿態(tài)和軌跡以及焊接引弧的起始位置等多項(xiàng)措施來(lái)控制焊縫質(zhì)量，解決微型新能源汽車(chē)的副車(chē)架擺臂支架開(kāi)裂問(wèn)題。但是在現(xiàn)實(shí)汽車(chē)零部件焊接工作中影響焊縫質(zhì)量是多方面的，應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析，多方面多維度地進(jìn)行原因分析，如制造工藝、焊接工藝、零件結(jié)構(gòu)、材料性能、焊接環(huán)境等等。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接分會(huì)，焊接手冊(cè) 第3版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015

[2]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接分會(huì)，焊接詞典[M]，3版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008

[3]成都電焊機(jī)研究所，焊接設(shè)備選用手冊(cè)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006

作者簡(jiǎn)介：

張惠立，男，1972年1月26日;廣西陽(yáng)朔，漢族，本科，高級(jí)工程師，研究方向：汽車(chē)制造及焊接技術(shù)。