白车身的焊接强度是车身制造两大关键控制项之一。车身的焊接强度直接并且主要影响着乘用车使用的安全性和可靠性。在多种车身焊接方法中,电阻点焊是目前应用最广的焊接方法。近年来,动态电阻法在汽车白车身制造过程中得到推广和应用。
动态电阻的含义及其特征
这里所说的动态电阻指的是在点焊过程中,在上下两电极之间的等效电阻及其变化。在接触电阻由建立到消失及焊点处体电阻建立和增长的过程中,电阻变化较大,所受到的影响因素多,因此,电阻值变化较大。较难控制。而熔核长大的过程,主要影响因素是加热功率密度,相对来说易于控制。
这里有一点需要加以说明,本文所讲的动态电阻全部指的是汽车车身所用的低碳钢板或低合金高强钢板在点焊过程中所呈现的变化。它的获得是通过测量上下电极之间的电压和测量流经焊钳臂的二次电流,这个电流包含临近焊点的分流,可能包含或不包含电极臂造成的分流。然后,再应用欧姆定律将这个测得的电压值和所测得的电流值通过运算得到焊接过程的动态电阻。由此也可以看出,尽管动态电阻法能一定程度地补偿分流,为了能够更加准确地获取动态电阻值,还应该尽可能地避免施焊过程中的分流。
动态电阻法控制焊点质量的过程及实现问题
常规的恒流控制是将焊机二次回路的电流通过电流传感器采样后,作为反馈量送回控制器。控制器再根据所得到的反馈量与规范设定时确定的电流值进行比较,输出调节量,以保证焊接二次电流恒定。因此可以说,对于电阻焊机这种控制是一种全闭环控制。而动态电阻法的实现过程是:首先在对应的焊机上,使用该焊机要进行施焊的金属板材(试片)和恒流控制模式,建立起参考电阻曲线,再根据所焊板材向控制器输入设定焊接规范。在焊接过程中,控制器分别拾取二次电流信号和上下电极间电压信号。根据这两个信号值,计算出焊点处的等效电阻。用这个等效电阻值与参考电阻曲线进行比较和运算,求出控制调整量。通过控制焊接电流及焊接时间,从而达到控制焊点质量的目的。由此看来,这种动态电阻法不是对焊机的闭环控制,而是对焊点质量进行非直接的(通过动态电阻特征曲线)闭环控制。
在此,还要强调一点,不能简单地将通用的动态电阻特征曲线应用于每个不同的场合。而应该针对不同材料、不同板厚及组合以及不同的规范建立特定条件下的动态电阻特征曲线。
经过1年多对动态电阻法控制点焊质量技术的应用,我们体会到该技术的一些优势:第一,焊接质量明显提高。过去十几年当中,我们采用过恒流、恒压、恒功率等控制技术,白车身整车焊点不合格率一般在2%~3%;而采用UIR控制技术的白车身初步统计整车焊点不合格率降到了1‰以下。第二,采用UIR控制技术后,绝大部分焊钳都不需要设置两套或多套规范。输入一套规范,既可以焊厚板,也可以焊薄板;既可以焊双层板,也可以焊多层板,有效地避免了因工人用错规范所产生的质量缺陷。第三,除了前面两点外,还能够降低网压波动、短路分流、不同镀层、工件表面状态、涂胶及电极磨损等对焊点质量造成的不良影响。
除了上面提及的优势外,动态电阻法目前还有一些方面需要做进一步研究。比如,如何找到能够准确反映焊核尺寸的特征量,因为一个合格焊核最基本的特征就是要有符合要求的焊核直径。在此之前,各项研究大多比较关注焊核的形成与动态电阻特征曲线之间的关系,却很少关注形成后的焊核直径与动态电阻特征曲线之间的关系。所以,要想达到这项技术的实用性就应该找到这个关系,以实现真正意义上的控制点焊质量的目的。
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