企业生产中点焊飞溅的影响因素

孙立权

【摘 要】针对企业生产中产生点焊飞溅这一问题，本文从飞溅产生原理与生产现场实际出发，总结了飞溅产生的影响因素，并制定了点焊飞溅的评价规则和控制目标。系统地从飞溅统计、设备稳定性控制、参数制定、焊点调试、质量验证等方面给出了焊装生产中降低飞溅流程和需要重点关注的事项。

【关键词】降低点焊飞溅；白车身；电阻点焊

0 前言

自从1933年第一辆由电阻点焊连接完成的汽车下线以来，电阻点焊已经成为汽车车身制造的主要生产工艺。点焊作为最主要的轿车车身装配工艺形式，完成90%以上的轿车车身装配工作量，平均一辆轿车白车身大约有3000～6000个焊点，因此点焊的焊接质量将直接关联到汽车产品的整体质量水平和产品竞争力，点焊焊接质量控制变得越来越重要。但由于点焊质量影响因素很多，在生产中经常遇到飞溅大、焊接质量不稳定等问题。随着白车身点焊工艺的发展，飞溅问题是影响白车身点焊质量和点焊生产过程的突出问题。由于飞溅较大，不仅恶化了操作人员的劳动环境，增加现场的风险因素，降低了产品的表面质量，增加后续生产成本，而且飞溅金属会严重损坏设备器械（焊钳，夹具，各种电缆等），降低设备的使用寿命及增加维修成本。按国内的正常水平计算，因为焊接飞溅产生的浪费预计是100～500元/车，按此推算，2015年国内汽车销售总量达到2500万量，则飞溅所带来的浪费最少约250亿元，而且随着汽车消费需求的增加，汽车产量每年以10%左右的速度递增，飞溅所带来的损失也日益加剧。

发达国家的汽车制造厂商通过多年不断地研究和积累在点焊飞溅控制方面有比较成熟的经验，已经具备完善的点焊工艺，拥有适用于实际生产的点焊应用软件和模型，并已经取得显著的效果。例如日本马自达公司出现了无飞溅车间；而德国大众等世界知名汽车制造厂商焊装车间内的飞溅非常小，焊点飞溅率在10%以下。

相对于国外先进汽车制造企业，国内车企对飞溅问题不够重视，对飞溅问题的研究不够深入，基本限于理论和实验研究阶段，取得的效果也很微小，对焊接飞溅的控制精度和控制水平还有很大的差距，点焊飞溅仍然极其严重，国内很多企业的焊点飞溅率均在40%以上，大部分飞溅达到1到5米，最严重可达到10米，点焊飞溅仍然是国内点焊生产中的老大难问题。

因此，如何在生产中降低点焊飞溅一直是国内各汽车厂努力的目标。目前，在企业生产中的点焊降飞溅涉及的因素很多，需要协调和处理的技术问题也很多。本文从降低白车身飞溅、稳定焊接质量的角度，系统地探讨点焊飞溅的影响因素和需要重点关注的事项。

1 影响点焊飞溅关键因素

点焊过程由预压，焊接，维持和休止四个阶段组成[1-2]。可能产生飞溅的阶段是通电加热阶段。吉林大学赵熹华对飞溅产生的模式提出并证明了自己的两种看法：一是在焊接通电时间不断增加时，液态熔核区和塑性环都在不停的生长，当塑性环的直径长大到一定程度并超出电极端头时，两电极头就会被液体熔核淹没。此时，一定的电极压力的施加，液体熔核区将冲破约束挤破塑性环发生飞溅。二是当电流过大时会导致液体熔核的快速生长，当其生长速度大于塑性环的扩展速度时，塑性环将被挤破发生飞溅现象。

在生产实际中与上述两种情况有关的因素包括：焊接参数、工件（板材牌号、厚度、涂层种类、涂层厚度波动、工件的表面状态、工件的匹配状态）、电极帽（材质、磨损、对中性）、焊机（电源形式、稳定性）、网压波动、冷却水性能、人工点焊时的操作姿态。只有对以上所有因素进行全面的分析，才能从根本上降低飞溅。

在实际生产点焊飞溅评价方面，由于不是所有的飞溅都是能够得到完全控制，偶发或轻微的飞溅对点焊焊接质量的影响不大。所以重点分析必然发生飞溅的焊点、飞溅巨大的焊点产生原因。因此应首先确定实际生产点焊飞溅评价规则[3]。

点焊飞溅率 =

公式中A为喷溅距离大于5m的焊点数，B为喷溅距离2m～5m的焊点数，C为喷溅距离1～2m的焊点数， Sum为工位总焊点数。

根据以上飞溅率计算公式，掌握生产实际飞溅情况得出任务目标：经过飞溅控制后的车身焊点质量必须高于原有车身，全破坏合格率必须达到98%。全工位点焊飞溅率控制在30%以下。

2 生产中飞溅的控制措施

2.1 设备、工装稳定性确认与工艺确认

降飞溅的首先要保证设备、工装的稳定，工艺文件与现场实际情况一致。这是控制飞溅工作首要的重点注意点。

设备工装的状态在控制点焊飞溅过程中起着决定性作用，必须保证设备工装等外部条件稳定、工作正常，才能保证输出正确的工艺参数，达到控制点焊飞溅的目的。电流、电压的异常输出、零件间隙与夹持状态、电极帽状态变化都会导致焊接过程出现飞溅。为了保证点焊过程的稳定性与可控性，必须定期点检和整改焊接设备工装。如果出现偏差必须调整到控制范围内。只有在该范围内才能够进行稳定控制，否则将会导致以后的所有工作全部返工。

设备、工装精度应达到以下标准：

1）一个合格的焊接设备是不允许有超过电流0.2kA或压力0.2kN的波动，而输出、输入的差异需要在设备调试阶段进行设定，该值应该控制在3%以内。

2）制定电极帽修磨标准及自动修磨器参数，保证电极帽端头直径在3mm～5mm范围之内，电极帽对中性偏差小于0.5mm；

3）保证夹具加持工件后精度攒动量小于0.5mm。

2.2 工艺参数优化

以自动线点焊机器人为例，对工艺参数进行优化：制定统一规范的焊接程序。需要确定的参数：焊点板材材质与板厚、焊接参数电流、电压和时间、焊接顺序、位置、焊枪抓取顺序。

调整工艺参数应首先从飞溅率高的工位入手。其统计应包括飞溅的位置、板材、工艺参数、板材间的间隙等； 根据统计结果，选择飞溅严重的焊点确定控制飞溅的重点工况。分析飞溅原因，优化工艺参数降低飞溅，拓展其工艺参数设定方法，应用于同类工况的飞溅改善中。

焊接参数优化有两个手段：一是根据已有工况飞溅情况选定工艺参数的，二是利用sorpas等模拟软件对重点焊接工况进行计算机模拟的工艺参数优化，得出优化后的参数。

2.3 车身焊接质量确认

制定完焊接参数后，需要在生产线上进行检测焊接参数。检测后对全车进行破坏性检测，分析其检测结果及降飞溅效果，如果飞溅率仍然很高或焊点的质量合格率低于95%，不能满足要求，则需要重新调试焊点直到飞溅率和质量合格率都满足要求。

对全白车身焊点进行全破坏检测，要求在表面质量良好，熔核直径满足工艺要求，而且在焊接电流减小0.5KA条件下，依然能得到合格焊点，工艺规范方才正式采用。

3 结束语

针对生产中的点焊飞溅影响因素多，需要协调和处理的技术问题多，造成的点焊降飞溅项目方案难以制定和无从下手等问题，提出了具有参考价值的点焊降飞溅流程，为轿车制造企业电阻点焊质量控制和提升提供了实例参考。

【参考文献】

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第1卷）：焊接方法及设备[M].2版.北京：机械工业出版社，2005.

[2]赵熹华，冯吉才.压焊方法及设备[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]赵卯，李永强，李赫，邓志华.焊装生产准备中的点焊质量控制：轿车公司内部资料，2012.

[责任编辑：王伟平]