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(tǒng)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(tǒng)。選擇梅達(dá)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(fā)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(jiān)視電壓和按需要增加電流的方法來補償焊接環(huán)境的變化，以獲得一致的焊點質(zhì)量。當(dāng)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(diào)器觸發(fā)相位向前移（來增加I）直至E穩(wěn)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(jìn)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(fù)載為210kg，同時根據(jù)機器人所抓伺服焊鉗的型號和重量，進(jìn)行負(fù)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(fù)載分析結(jié)果，可以看出在模擬過程中，機器人各軸負(fù)載均小于80%，滿足工藝要求。

工藝調(diào)試

MB07工位側(cè)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(jù)實際的裝配狀態(tài)自動調(diào)整焊接參數(shù)來保證焊接質(zhì)量，因此，此處焊點的焊接質(zhì)量很不穩(wěn)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(diào)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(dǎo)致頂蓋變形，無論如何調(diào)整焊接參數(shù)，都無法得到穩(wěn)定良好的焊點質(zhì)量。中頻伺服焊接技術(shù)很好地解決了此問題，調(diào)試過程中首先通過撕片及拉伸試驗，初步確定工藝參數(shù)。進(jìn)行撕裂拉伸試驗時，根據(jù)該工位板件搭接組合，每臺機器人選擇兩種焊接參數(shù)，分別對應(yīng)3、4層板撕片進(jìn)行焊接并進(jìn)行相應(yīng)試驗，結(jié)果如表1、表2所示。根據(jù)上述試驗過程，同時對實車焊接情況進(jìn)行現(xiàn)場評審，最終確定最優(yōu)工藝參數(shù)。現(xiàn)場驗證結(jié)果表明，使用中頻伺服焊接技術(shù)焊接側(cè)圍與頂蓋4層板，焊點焊接質(zhì)量合格穩(wěn)定，外觀良好。圖4為調(diào)試完成后的中頻伺服焊接系統(tǒng)應(yīng)用情況。

效果評價

中頻伺服焊接技術(shù)的應(yīng)用，除了成功解決該工位焊接質(zhì)量不良問題外，對于節(jié)能降耗，節(jié)拍提升方面也有明顯改善，為充分驗證節(jié)能及節(jié)拍提升效果，下面從改造前后的現(xiàn)場工藝狀態(tài)進(jìn)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(zhì)量的前提下，焊接電流<8000A，焊接時間不變。可以看出，能耗節(jié)省主要來自兩方面：一是由于采用中頻直流焊機，無回路感抗，功率因數(shù)提高，減少了無功損耗；二是由于交流有過零轉(zhuǎn)換，其間會損失一定的能量。而直流電源持續(xù)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(jié)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(shù)可以節(jié)能約40%左右。其次，節(jié)拍分析。測量采用中頻伺服焊接技術(shù)后該工位各機器人的焊接節(jié)拍，同時對比改造前的節(jié)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(jié)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(shù)情況下，采用中頻伺服焊接技術(shù)具有更高的節(jié)拍。中頻伺服焊鉗在節(jié)拍提升上具有顯著優(yōu)勢，對于規(guī)劃綱領(lǐng)大的焊裝線可以更突出地體現(xiàn)其經(jīng)濟效益。假設(shè)規(guī)劃一條60UPH，3平臺6車型共線的高柔性焊裝線，設(shè)備開動率85%，則單工位實際節(jié)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(guī)劃要求，表5為兩種焊接方式的對比結(jié)果。因此，采用中頻伺服焊接技術(shù)，同規(guī)劃綱領(lǐng)情況下需工位、機器人及焊機焊鉗數(shù)量更少。

中頻伺服焊接技術(shù)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(zhì)量及穩(wěn)定性，受外在環(huán)境影響小。

相對工頻氣動方式，采用中頻伺服焊接技術(shù)，在其他外在條件及焊接參數(shù)不變的情況下，較小的焊接電流即可滿足質(zhì)量要求。考慮功率因數(shù)，可節(jié)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(shù)，單點耗時可減少約30%。同等規(guī)劃工位及使用臺數(shù)情況下，生產(chǎn)線節(jié)拍更高；同等規(guī)劃綱領(lǐng)節(jié)拍下，可顯著節(jié)約工位、機器人及焊機焊鉗使用數(shù)量。