Automobile Technology & Material
北京奔驰焊装主线焊接飞溅控制的研究
摘要：以北京奔驰汽车有限公司某车型焊装主线焊接飞溅控制应用为例，介绍研究过程及质量控制方法。此区域在主线侧围外板合拼后进行点焊，主要问题为侧围门洞焊点飞溅、熔渣粘附在外板表面，不易清理；因涂胶位置、胶量、焊接过程等因素导致溢出、燃烧碳化。经过综合分析各种过程因素，找到问题的直接原因，利用统计方法分析造成主线区域瓶颈工位的原因，通过对点焊飞溅控制优化方法，可以有效降低飞溅率，减少加工打磨时间。利用焊接工艺评定方法，确定飞溅产生的原因和参数、零件尺寸控制范围，进而减少飞溅的产生。通过综合改善的方法带来节拍提升、质量提升及劳动量降低，实现更好的综合效益。
关键词：主线 焊接 飞溅 控制
中图分类号：U466 文献标识码：B Doi：10.19710/j.cnki.1003-8817.20190051
1 前言
在北京奔驰汽车有限公司，广泛应用中频电
4 000阻点焊技术。因车身上焊点数在 个左右，其焊接质量和过程稳定性直接影响到汽车整体结构完整性及日常生产交付能力。
在实际生产中，焊接质量与生产过程控制往往存在需要平衡的问题。当质量稳定性提高时，焊接飞溅和表面平整度等问题也会逐渐显现出来。本文中就对某车型主线焊接飞溅控制中遇到的问题和分析过程，讨论质量和过程控制方法，并探究影响飞溅产生的技术细节。
2 存在问题描述
点焊是焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热融化母材金属，形成焊点的电
[1]。但此种熔化焊技术存在由于参数及阻焊方法板件匹配而产生飞溅的问题。
1
如图 所示，自从新车型量产后，在主线焊接过程中，由于飞溅及烟气等原因造成车身大量污染。特别是侧围门洞焊点飞溅、熔渣粘附在外板表面，不易清理。
30%
喷漆反馈车身打磨痕缺陷率在 ，所以这些问题不仅严重拖累生产节拍，也会造成后续部门增加生产工时。同时由于打磨后镀锌层的破
坏，会造成腐蚀风险。
3 法兰边优化方案
所需最小法兰边宽度是恰当施焊的前提。对于板厚不同的焊接，最小法兰边宽度应根据薄板来确定。对于三层板焊接，最小法兰宽度的确定应以外侧板参数为依据。由于熔核和法兰宽度公差最大，三层板法兰宽度值的选取，应按照如下方式：
0.7 mm、
前门洞处板材由外至内厚度分别为
1.25 mm 1.0 mm，故选取最薄板t=0.7 mm、电极头
和de=16 mm、dl≥3.5×0.7=2.928 mm、v≥1.25×
直径为
2.928=3.66 mm、a≥16/2 + 1=9 mm、b （最小宽度）= 3.66+9+1.5（三层板）=14.16 mm。
dl为最小焊核直径，V为安全直径，a为
其中焊核与法兰边距离。
14 mm，如图2
而实际的法兰边宽度不足 所
2~3 mm，导致焊点塑
示，侧围加强板相对于外板短性环无法形成完整，会在开放区产生飞溅。故加强板偏短是飞溅增多的原因之一。根据现场状态，对右侧加强板Z向及X向做出调整，目前加强板边缘与内板基本对齐。右侧单
1~1.5 mm，测
件改善后法兰边整体延长 量点整体
位于偏上限状态（0.7~1 mm）。左侧单件改善后法0.6~0.8 mm，整体位于中值状态。
兰边延长进行试装后测量，右侧围加强板与侧围外板处
0.2 mm，
于平齐，局部突出状态，后部加强板稍突出
1~1.5 mm，比之前有
试验件左侧围加强板比外板短较大改善，偏差量与左侧围冲压来件状态相符。如
3
图 所示。
1mm左
法兰边改进后加强板相对外板内凹
4
右，与图 所示的数模状态相符，达到板厚允许的最小法兰边宽度。
4 点焊参数优化方案
SOP
自 后，由于法兰边宽度不足、间隙过大、修磨状态不良等原因，对点焊参数进行持续提升，包括电流、焊接时间。因此，对点焊参数进行恢复和持续优化。中心规律是减少电流峰值，增加冷却时间和焊接时间，利用软规范达到保持焊接质5
量同时降低飞溅的效果。如图 所示。在参考工艺基础上，对门洞焊点飞溅率进行
6 20%的焊点
每周统计，如图 所示，对飞溅率高于进行标记并采取参数调整措施，对比相关参数进行实时调整和质量验证。
1mm，
门洞及周围区域典型的板材配型是外部
镀锌钢板+1.25 mm ，热成形高强钢+1.5 mm，热成
形高强钢。三层板焊接加上最外层为薄板，所以单纯针对高强钢的小电流长时间焊接形式很可
1 - -
能导致外层板开焊。根据表 的薄 厚 厚三层板焊接飞溅相关性实验数据，焊接飞溅与电流的
8.5 ka
关系非常密切，当电流值高于 时焊接飞溅在通常的破坏性检测方法中，目前应用最多的是凿检和目视化。但受检测者的主观性和经验[2]。目前在生产和实验能力影响，存在检测盲区中，北京奔驰普遍应用的是超声波检测。
5 修磨刀更换策略
在进行飞溅统计过程中，明显发现飞溅率的7所波动与修磨刀使用状态存在正相关性。如图
7ka
非常明显，而低于 时又会出现质量缺陷。所
1.5 ka。而焊接时间对
以电流的调整范围不大于于飞溅敏感度较低，可以通过适当增加焊接时间，并且增加预焊时间来提高焊接质量，减少飞溅率。示，飞溅率出现周期性偏高的情况。而同时在相关日期出现大量修磨刀超期服役的情况。问题修
8所磨刀所修磨完的电极头明显脏污，容易出现图示的电极头与板间飞溅。目前已建立修磨刀次数巡查制度，对主线修磨状态进行检查，目前仍然有超期服役状态且修6 000~15 000磨极限数被修改为 次的情况。由于
修磨状态直接影响电极头与板件间电阻，修磨不干净会出现侧围表面喷射状焊渣等问题，所以按
5 000
规定 次修磨后必须更换修磨刀。此外，为
200
避免耽误生产，设置中提前 次就会出现换刀报警。
6 电极杆替换方案
150 160
主线区域 和 工位经过大量数据积累证实为电极臂选型不适用于法兰边设计宽度，导致波动量超出容许范围，从而造成飞溅过大。
8mm
焊钳所用电极头端面直径为 ，柱面直径
20 mm，而电极杆直径达24 mm。而主线其它焊钳5.5 mm 16 mm。如
所用电极头直径为 ，柱面直径
9
图 所示。14 mm。从图10
门洞法兰边宽度仅为 可以看出，电极头空间紧凑，尺寸稍有波动，一方面电极头可能撞上车身，另一方面，焊核过于靠近边缘或不完整，导致飞溅。在端面位于法兰边中心时，外
1mm
径距离门洞立边仅有 的距离。一旦车身波
动、framer
调整或滑撬偏差即会造成磕碰引起批量质量事故。
通过对四把枪所焊焊点板厚及焊点需求直径分析，四把枪所焊焊点完全可以被小电极头取代。制造工程在前期规划时，将主线生产线选型与不莱梅工厂保持一致。而不莱梅工厂生产线为多车型共线生产，其他车型需要在相关区域采用大电极头焊钳。而国产化生产线未发现相关要求。经过设计及选型，确定了搭配四把焊钳的小
11电极杆，新旧电极杆如图 所示。
获得电极杆后，进行试装实验。实验共分为四部分：
a.将其中一把焊枪的电极杆进行更换，并更换
12
修磨刀、换帽带后进行修磨。过程如图 所示。
b.将四把枪电极杆依次更换，手动焊接一整套
V W
车身，再恢复正常。对 车和 车进行重新示教和焊接，用超声波测量焊点质量，验证更换电极头没有影响焊接质量。车身超声检测质量良好后送至剔试间检验，剔试结果显示相关焊点全部合格。
c.将其中一把枪更换后进行试焊两周，验证此
电极杆过程能力满足要求。
d.更换所有电极杆，观察后续生产状态。在更
换电极臂之后，再未出现门框磕伤，以及相关焊枪批量飞溅质量事故。
7 结束语
本文通过对瓶颈工位工作过程的观察统计进行动作分解，得到主线区域瓶颈问题的直接原
因。根据统计数据，确定项目具体优化目标。在统计过后对问题进行分析，找到造成主线瓶颈区域及喷漆反馈的根本过程原因。
13
如图 所示，经过改善，达到预期效果。如
14 JPH
图 所示，主线区域加工过程主线线速极速
32 JPH 32.75 JPH。综合飞溅率
由年初的 提升至
21.48%降至15%以下。
由年初的
从焊接飞溅的原理出发，分析造成飞溅的人员、设备、材料、方法、环境各方面因素。将飞溅的焊点按照不同的原因分成几个区块，通过造成飞溅原因的逐步解决，逐渐降低飞溅率。在优化过程中，要同时平衡剔试质量。根据实际焊接工况，细化焊接工艺参数范围，利用焊接工艺评定的方法得到三层板薄-厚-厚点焊最佳工艺参数，避免因为参数矛盾导致薄板虚焊或飞溅过大的问题。
最后，根据解决瓶颈工位问题的经验，总结调试方法和范围、零件尺寸等环节与飞溅产生的关系，以作为后续试装及调试的重要参考经验。
参考文献：
[1] 李鹏飞, 李志刚. 浅谈白车身点焊飞溅解决方法[J].
现代焊接, 2015(10): 44-47．
[2] 张勇, 付玉生. 白车身电阻点焊质量控制技术[J]. 电焊机, 2012(11): 90.