伺服電焊在車身制造的運用

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本文作者：魏慶豐吳青云周景陳晉作者單位：江淮汽車股份有限公司

選型

本次改造主要包括更換原3臺舊機器人，新增中頻直流焊接控制系統和伺服焊鉗，替代原交流、氣動焊接模式。首先，中頻直流焊接控制系統。選擇梅達MedWeld6000集合式焊接控制器（見圖1）。MedWeld6000向中頻直流（MFDC)逆變器提供觸發脈沖，以及向MFDC提供焊接電流。提供多種接口方式滿足KUKA、ABB、FANUC集成要求。同時控制器用監視電壓和按需要增加電流的方法來補償焊接環境的變化，以獲得一致的焊點質量。當電壓波動時初級電流I隨之變化，如果焊接能量E下降，時調器觸發相位向前移（來增加I）直至E穩定下來。其次，伺服焊鉗。焊鉗選擇南京小原，具體型號通過TECNO軟件對該工位所有焊點進行仿真模擬，最終選擇SRTC－C0298型號一把,SRTC－C0299型號兩把，同時確定機器人位置。MB07工位焊點仿真模擬過程如圖2所示。焊接變壓器采用小原NI110H－610A－U系列，容量110kVA，初級電壓600V，二次電壓12.5V，頻率1000Hz，重量僅28kg。最后，機器人選擇KUKAKR210－2K，額定負載為210kg，同時根據機器人所抓伺服焊鉗的型號和重量，進行負載分析，確保機器人型號滿足工藝要求。圖3為KR210－2K機器人分別對所選兩種類型焊鉗的負載分析結果，可以看出在模擬過程中，機器人各軸負載均小于80%，滿足工藝要求。

工藝調試

MB07工位側圍與頂蓋搭接焊點存在較多4層板焊接，總板厚超過4mm，且實際拼焊時板件搭接不良，存在裝配間隙，普通工頻氣動焊接模式無法根據實際的裝配狀態自動調整焊接參數來保證焊接質量，因此，此處焊點的焊接質量很不穩定。焊接電流過大，就會造成焊點過燒或燒穿；反之，焊接電流調小，又會引起弱焊或虛焊。且氣動焊鉗接觸板件時較大的沖擊力容易導致頂蓋變形，無論如何調整焊接參數，都無法得到穩定良好的焊點質量。中頻伺服焊接技術很好地解決了此問題，調試過程中首先通過撕片及拉伸試驗，初步確定工藝參數。進行撕裂拉伸試驗時，根據該工位板件搭接組合，每臺機器人選擇兩種焊接參數，分別對應3、4層板撕片進行焊接并進行相應試驗，結果如表1、表2所示。根據上述試驗過程，同時對實車焊接情況進行現場評審，最終確定最優工藝參數。現場驗證結果表明，使用中頻伺服焊接技術焊接側圍與頂蓋4層板，焊點焊接質量合格穩定，外觀良好。圖4為調試完成后的中頻伺服焊接系統應用情況。

效果評價

中頻伺服焊接技術的應用，除了成功解決該工位焊接質量不良問題外，對于節能降耗，節拍提升方面也有明顯改善，為充分驗證節能及節拍提升效果，下面從改造前后的現場工藝狀態進行對比，分析改善效果。首先，能耗分析。改造前該工位焊接電流為10000A，焊接時間15cyc。采用中頻焊機后，在滿足焊接質量的前提下，焊接電流<8000A，焊接時間不變?？梢钥闯觯芎墓澥≈饕獊碜詢煞矫妫阂皇怯捎诓捎弥蓄l直流焊機，無回路感抗，功率因數提高，減少了無功損耗；二是由于交流有過零轉換，其間會損失一定的能量。而直流電源持續加熱，能快速得到所需要的熱量。因此同樣板件組合形成合格熔核需要的焊接電流可以更小，從而節省單點能耗。改造前后的單點能耗計算過程如表3所示，中頻直流焊接技術可以節能約40%左右。其次，節拍分析。測量采用中頻伺服焊接技術后該工位各機器人的焊接節拍，同時對比改造前的節拍情況，表4反映了工頻氣動焊鉗與中頻伺服焊鉗單點焊接速度。可以看出采用中頻伺服焊鉗后，節拍提高了約30%，單點焊接時間從原來的3.1s提高到2.2s。使用同等臺數情況下，采用中頻伺服焊接技術具有更高的節拍。中頻伺服焊鉗在節拍提升上具有顯著優勢，對于規劃綱領大的焊裝線可以更突出地體現其經濟效益。假設規劃一條60UPH，3平臺6車型共線的高柔性焊裝線，設備開動率85%，則單工位實際節拍51s，采用高速輥床輸送時間8s，焊接時間需小于43s。某車型車身補焊工位有7個工作站，每個工作站布置6臺焊接機器人，需補焊550點。采用工頻氣動方式焊接，則單臺機器人最多焊接14點。若采用中頻伺服方式焊接，單臺機器人可以焊接約20點，僅需5個工位30臺機器人即可滿足規劃要求，表5為兩種焊接方式的對比結果。因此，采用中頻伺服焊接技術，同規劃綱領情況下需工位、機器人及焊機焊鉗數量更少。

中頻伺服焊接技術對焊接電流、焊接壓力、焊接時間的控制更精確，可以更好的保證焊接質量及穩定性，受外在環境影響小。

相對工頻氣動方式，采用中頻伺服焊接技術，在其他外在條件及焊接參數不變的情況下，較小的焊接電流即可滿足質量要求。考慮功率因數，可節能約40%。

對于補焊工位。相對工頻氣動方式，采用中頻伺服焊接技術，單點耗時可減少約30%。同等規劃工位及使用臺數情況下，生產線節拍更高；同等規劃綱領節拍下，可顯著節約工位、機器人及焊機焊鉗使用數量。