1、乘用車(chē)儀表板橫梁總成焊接生產(chǎn)工藝（主審論文）單位：交運(yùn)股份姓名：徐鵬日期：2009-8-1 摘要：儀表板橫梁是乘用車(chē)內(nèi)飾件的重要組成部分。它的零部件質(zhì)量直接決定了車(chē)身內(nèi)飾儀表盤(pán)的裝配穩(wěn)定性。我公司歷年來(lái)承接過(guò)多款車(chē)型的儀表板橫梁的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)任務(wù)。儀表板橫梁的特點(diǎn)是自身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且汽車(chē)許多關(guān)鍵的動(dòng)力部件和內(nèi)飾部件包括方向盤(pán)，CD播放裝置，手套箱，安全氣囊等都要以?xún)x表板橫梁為安裝基準(zhǔn)進(jìn)行裝配。因此對(duì)于儀表板橫梁的尺寸精度普遍要求較高。根據(jù)本廠以往的實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看，該類(lèi)型產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中具有返修率高，尺寸不穩(wěn)定等質(zhì)量缺陷。筆者通過(guò)對(duì)名爵7系中級(jí)轎車(chē)儀表板橫梁的工藝分析，給出了儀表板橫梁焊接工藝

2、制定的原則和控制質(zhì)量穩(wěn)定的方法。并且將其運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)，大大改善了儀表板橫梁的生產(chǎn)效率，降低了不合格率，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：儀表板橫梁支架；電流分段線性控制；CO2保護(hù)焊1 名爵7系儀表板橫梁的結(jié)構(gòu)介紹37910121156142138u 零件清單序號(hào)零件號(hào)零件名稱(chēng)1FGV000060儀表板橫梁左支架2FGV000070儀表板橫梁右支架3400000258網(wǎng)關(guān)支架4AHU500900轉(zhuǎn)向柱支架5AHU500890傳感器支架6FAD000110彎管7AJF500130CD左支架8FGD000130CD中央支架9AJF500150CD右支架10AHU500970螺母支架11AHU5

3、00940氣囊左支架12AHU500950氣囊右支架13AHU500880電控單元支架54名爵7系中級(jí)車(chē)的儀表板橫梁主體件由冷壓彎管構(gòu)成，如圖所示9678231該彎管具有8個(gè)彎角，其中4號(hào)和5號(hào)彎角半徑是R95，其余彎角半徑是R71，另外位置9還有一個(gè)平面。這使得整個(gè)儀表板橫梁的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。該彎管采用CNC65TDRE彎管機(jī)成形，然后由冷沖模具成形平面生產(chǎn)，管件總長(zhǎng)在1400mm左右；儀表板橫梁的車(chē)身裝配基準(zhǔn)設(shè)置再兩側(cè)橫梁支架上，其與彎管的搭接形式采用三個(gè)立面翻邊，如圖221該焊接搭接形式保證了彎管不會(huì)產(chǎn)生軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。直接決定了橫梁總成在車(chē)身上裝配的穩(wěn)定性。名爵7系的焊接工藝難點(diǎn)在于中央CD播

4、放器安裝支架。該支架由兩根長(zhǎng)530mm，寬度僅35mm的桿件組成，中央配以橫桿支架起穩(wěn)定作用。如圖所示：筆者比較了公司歷年生產(chǎn)的同類(lèi)型儀表板橫梁的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)桿件長(zhǎng)寬比在7：1以上時(shí)，必須采用可靠的角焊結(jié)構(gòu)才能保證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而此儀表板的初始設(shè)計(jì)在CD支架處僅給出一個(gè)寬度為35mm的槽形開(kāi)口作為焊接接口，在結(jié)構(gòu)上難以保證桿件由于自身的撓度系數(shù)太大，而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。在OTS工程樣件階段，筆者發(fā)現(xiàn)中央CD安裝支架由于結(jié)構(gòu)撓度系數(shù)太大，難以保證焊接尺寸的穩(wěn)定性。通過(guò)與整車(chē)廠工程師的溝通，最終決定在開(kāi)口處增加翻邊，使得焊接接口形式由開(kāi)口形式變?yōu)榉忾]的“口”字形式。下圖為更改前后的區(qū)別：更改后更改前2焊

5、接生產(chǎn)工藝規(guī)范的制定。初始工藝流程名爵7系儀表板橫梁采用安川首鋼MOTOMAN弧焊機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化MIG焊接，弧焊機(jī)器人配合變位系統(tǒng)組成弧焊工作站。工作站示意圖如圖所示：弧焊工序共分兩序：第一序焊接儀表板左安裝支架，儀表板右安裝支架，彎管，左右安全氣囊支架，轉(zhuǎn)向柱支架。待第一序裝夾完畢之后，控制器發(fā)出信號(hào)，變位機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人開(kāi)始對(duì)第一序焊接。此時(shí)工人開(kāi)始第二序焊接裝夾。第二序焊接CD左右支架，中央支撐板，電控單元支架，傳感器支架，網(wǎng)關(guān)下支架。待第二序裝夾完畢后，控制器發(fā)出信號(hào)，當(dāng)機(jī)器人完成第一序焊接后，變位機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人開(kāi)始第二序焊接。3焊接工序的優(yōu)化在樣件試制階段，筆者發(fā)現(xiàn)安全氣囊支架存在一

6、定程度的尺寸不穩(wěn)定現(xiàn)象。由于安全氣囊是汽車(chē)重要的安全件，所以控制其尺寸裝配性能非常重要。為了找出變差存在的機(jī)理，筆者對(duì)儀表板橫梁進(jìn)行了分段工序檢測(cè)，在第一序焊接完成時(shí)對(duì)安全氣囊支架進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)安裝孔位是合格的。然而在第二序完成焊接后，往往安全氣囊存在孔位不穩(wěn)定的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為造成尺寸不穩(wěn)定的原因主要有兩條：1 安全氣囊支架由于承受載荷較高，所以為了保證具有較高的承載強(qiáng)度，支架的兩側(cè)都有角焊縫，而初始焊接工藝為了平衡焊接節(jié)拍，在第一序中只進(jìn)行支架的內(nèi)側(cè)焊縫焊接，而在第二序中進(jìn)行外側(cè)焊縫焊接。第二序焊接時(shí)由于工裝定位已經(jīng)撤離，如此就容易導(dǎo)致熱影響變形。使得孔位尺寸難以保證。初始焊接工序圖：第

7、二序第二序第一序第一序2 電控單元支架在初始工藝流程中是安排在第二序焊接的，由于其與安全氣囊位置非常近，而其本身的有4條40mm焊縫，在焊接過(guò)程中熱輸入較大，對(duì)其周?chē)慵?huì)產(chǎn)生熱影響從而造成膨脹變形。所以，筆者決定更改初始焊接工藝，將安全氣囊支架，電控單元支架在第一序中一次完成焊接。并且采用預(yù)調(diào)整的方法，來(lái)抵消焊接過(guò)程中的熱變形影響。最終實(shí)踐證明該方法取得了良好的效果。優(yōu)化焊接工序，一序完成。優(yōu)化焊縫順序圖215344電流分段線性控制在生產(chǎn)階段，當(dāng)儀表板以設(shè)計(jì)產(chǎn)能進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)，CD支架，安全氣囊支架依然存在一定程度的不穩(wěn)定現(xiàn)象，那是什么原因呢？筆者追本溯源，通過(guò)對(duì)零部件的檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于

8、CD支架與主體管件的搭接部分處于彎管的斜向部分，因此彎管軸向的細(xì)微變動(dòng)會(huì)造成焊接搭接間隙的變化。從而造成焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，或者焊接易錯(cuò)邊。而安全氣囊支架由于彎邊結(jié)構(gòu)造成兩側(cè)焊接間隙不一致。以往針對(duì)這種情況，往往采用手工MIG焊接返修方法，此方法生產(chǎn)效率低，延長(zhǎng)了工序時(shí)間，人為因素大，質(zhì)量不穩(wěn)定。為了解決這一難題， 筆者對(duì)儀表板橫梁的焊接間隙變化進(jìn)行了分析，將其大致歸為兩種情況：1 同一個(gè)焊縫的間隙隨著焊接的進(jìn)行不斷變化。2 不同焊縫間隙不同。以往公司采用的恒值電流焊接法，當(dāng)零件空間焊縫曲率較大，并且間隙有線性變化的地方，當(dāng)間隙變大時(shí)，熔池?zé)o法形成，焊接將被迫中斷。或者是在間隙較小處產(chǎn)生焊接錯(cuò)邊，

9、燒穿等缺陷。因此，若想獲得良好的焊接質(zhì)量，必須精確控制熱輸入。并且根據(jù)間隙大小及時(shí)調(diào)整電流大小。焊接熱輸入Q與電流存在如下關(guān)系：式中為電弧熱效率，U為電弧電壓，I為焊接電流，v為焊接速度。在單條焊縫焊接時(shí)，焊件間隙的變化與時(shí)間存在一定的規(guī)律，因此電流可以根據(jù)時(shí)間的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。不同焊縫，焊接間隙不同，當(dāng)間隙變化不大時(shí)，可以不作調(diào)整或少做調(diào)整。但是當(dāng)焊接間隙變化過(guò)大時(shí)，焊接工藝參數(shù)必須重新調(diào)整。筆者根據(jù)名爵7系儀表板橫梁的焊接結(jié)構(gòu)，按照不同的板厚設(shè)置的初始工藝參數(shù)，如下表：序號(hào)板厚mm焊接電流I/A焊接電壓U焊接速度mm/s焊接間隙mm11.02.01101301517200.51.021.52

10、.01301601618150.51.031.52.01301601618151.01.542.02.01601901921101.01.552.02.01601901921101.52.5由圖表可以看出，第2，3組和第4，5組參數(shù)雖然板厚相同，但是焊接間隙不同，如果采用恒值電流焊接，將會(huì)產(chǎn)生咬邊，或者未焊透的焊接缺陷。因此，筆者采用分段線性控制法來(lái)解決這一難題。該方法主要通過(guò)PLC進(jìn)行電流的控制。MOTOMAN首鋼機(jī)器人焊接系統(tǒng)配備PLC中央控制器，調(diào)節(jié)電流時(shí)，電流變化的步長(zhǎng)為某一確定值，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行干預(yù)，PLC可自動(dòng)調(diào)節(jié)電流，但有人工干預(yù)時(shí)，人工干預(yù)優(yōu)先。在焊接參數(shù)優(yōu)化的過(guò)程中，筆

11、者以把間隙變化較大的點(diǎn)作為電流插值點(diǎn)以方便電流的調(diào)整。由于電流是隨時(shí)間變化的，因此插值點(diǎn)與時(shí)間之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系成為電流調(diào)整關(guān)鍵點(diǎn)?；『笝C(jī)器人從初始位置到起弧位置的速度與焊接速度是不同的，因此，筆者采用機(jī)器人虛擬ARC-ON/OFF信號(hào)和PLC電流分段線性控制模塊中的計(jì)時(shí)器配合，（給出變化表格）來(lái)獲得各分段較高精度的焊接時(shí)間。即在實(shí)際焊接前，以實(shí)際速度空運(yùn)行機(jī)器人，在示教點(diǎn)處發(fā)出虛擬ARC-ON/OFF信號(hào)，PLC通過(guò)該信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，獲得示教點(diǎn)間各分段的運(yùn)行時(shí)間，并給出示教點(diǎn)處的電流。示教點(diǎn)間各處的電流采用線性插值的方法獲得，這樣就得到了電流-時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從而繼續(xù)進(jìn)行焊接。經(jīng)過(guò)調(diào)整后焊接參數(shù)如

12、下：序號(hào)板厚mm焊接電流I/A焊接電壓U焊接速度mm/s焊接間隙mm11.02.01101301517200.51.021.52.01301601618150.51.031.52.01501701820201.01.542.02.01601901921101.01.552.02.0180200212381.52.5名爵7系儀表板在2007年10月正式投產(chǎn)以后，該方法被證明非常有效，2007年該產(chǎn)品累計(jì)生產(chǎn)2363件，廢品數(shù)11件，PPM值為4655；2008年該產(chǎn)品累計(jì)生產(chǎn)3930件，廢品數(shù)2件，PPM值為509。大大提高了生產(chǎn)效率，降低了廢品率。為企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。5結(jié)論：1 通過(guò)對(duì)名爵7系儀表板生產(chǎn)失效模式的分析，得出對(duì)于儀表板高精度尺寸位置的焊接，為了抵消焊接熱輸入不均勻帶來(lái)的影響，應(yīng)該盡量采用一次工序焊接完成，并且焊縫順序應(yīng)采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)的形式。2 應(yīng)用電流分段線性控制的策略，精確的控制焊接