汽車頂蓋機(jī)器人螺柱焊的故障分析及改進(jìn)

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摘 要：汽車車身中大量使用螺柱焊接，本文通過對某汽車公司汽車頂蓋螺柱焊接故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)卡釘與焊接過程失效的主要原因。分別從螺釘來料、焊接過程等方面進(jìn)行分析，通過采用穩(wěn)定尺寸的螺釘和焊槍頭改進(jìn)，減少螺柱焊卡釘?shù)念l次提升了螺柱焊接穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：螺柱焊;汽車頂蓋;卡釘;焊接過程

1 引言

螺柱焊是將金屬螺柱或其他類似緊固件焊至工件的方法，汽車公司采用的螺柱焊設(shè)備大多為短周期螺柱焊。螺柱焊主要分布點(diǎn)為前隔板，地板，頂蓋等需要布置內(nèi)飾或塑膠件等區(qū)域。影響螺柱焊接效果主要有材料因素，設(shè)備因素，焊接壓力，工作電壓，焊接材料表面光潔度，焊接面平整度等。

2 頂蓋機(jī)器人螺柱焊工作站的接設(shè)備組成

頂蓋機(jī)器人螺柱焊工作站的接設(shè)備包括焊接機(jī)器人、機(jī)器人控制系統(tǒng)、自動螺柱焊槍、自動螺柱送料裝置、自動螺柱焊接工裝夾具，見圖1。

3 頂蓋螺柱焊常見故障

常規(guī)螺柱焊的故障基本為四類，材料因素、焊接能量輸入?yún)?shù)、焊槍行為參數(shù)、焊接過程不確定因素等4個方面。對某公司生產(chǎn)線半年時間的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖2（螺柱焊設(shè)備半年來的設(shè)備故障頻次、處理時間及影響統(tǒng)計(jì)）。從6月至12月螺柱焊故障共計(jì)212次，累計(jì)停機(jī)2152分鐘，停線946分鐘。故障率高，已經(jīng)影響到正常的的生產(chǎn)，需要進(jìn)行改進(jìn)。

根據(jù)返修故障處理記錄分類匯發(fā)現(xiàn)，影響停線的主要原因?yàn)槠渲袃身?xiàng)，一是螺釘尺寸不合卡釘、二是焊接過程螺柱卡釘（圖3）。

由于螺釘尺寸不合格，返修時需要頻繁拆裝自動送料設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備損傷嚴(yán)重，而設(shè)備故障頻發(fā)，會影響生產(chǎn)線的產(chǎn)能輸出。經(jīng)過大量檢查對比，發(fā)現(xiàn)螺柱尺寸不合主要有以下6種缺陷，見圖4：

原因二為頂蓋焊接過程中，零件位置與焊槍的位置相對有偏移。主要表現(xiàn)為零件Z向的尺寸有波動。螺柱焊的過程如圖5，整個過程為引弧-焊接電弧-頂鍛-冷卻凝固。其中螺釘提升高度對引弧的影響重大，提升高度過大時，電弧不穩(wěn)地，容易電弧漂移和吹偏。提升高度過小，容易短路短弧。因此零件的穩(wěn)定性差時（即螺釘與零件距離不確定時），會造成引弧過程不穩(wěn)定，甚至螺釘從卡頭中脫落無法正常焊接或焊槍被粘在頂蓋零件上，造成焊槍焊接時成功率下降，嚴(yán)重時螺柱焊導(dǎo)電嘴夾頭燒蝕。

4 改進(jìn)方法

對螺釘尺寸不合卡釘問題：拉弧螺柱焊對螺釘?shù)囊蟛桓撸葆敳馁|(zhì)與木材接近，斷面有3-5度的錐度即可。但需要滿足螺釘尺寸穩(wěn)定，良好的一致性才可以提高螺柱焊設(shè)備的穩(wěn)定性。 圖6為三種采購的螺釘對比。

經(jīng)過測量兩種進(jìn)口的釘子尺寸穩(wěn)定性好，尺寸誤差小，同時外觀質(zhì)量光澤度好，但某國產(chǎn)的釘子尺寸不穩(wěn)定，外觀表面質(zhì)量也較差。分別對三種不同螺釘進(jìn)行焊接試驗(yàn)，某國產(chǎn)螺釘卡釘頻次是兩種進(jìn)口螺釘（尼爾森、埃姆哈特）的三倍。由此可見，螺釘?shù)某叽绶€(wěn)定性對焊接穩(wěn)定定影響重大。

對焊接過程螺柱卡釘問題：首先改進(jìn)螺柱焊鉗的槍頭，在目前推薦在焊槍前端增加保護(hù)套裝置見圖7。增加保護(hù)套實(shí)際是實(shí)現(xiàn)零件與焊槍的距離固定。焊槍焊接時：

1）如卡頭帶螺柱，螺柱會正常焊在工件上;

2）如卡頭不帶螺柱（沒有螺釘送大卡頭或螺釘脫落），保護(hù)套會跟板件接觸，無法形成焊接回路，焊槍不焊接，保護(hù)套起到保護(hù)卡頭不被焊在工件上。

H1為螺柱到工件的距離;H2為保護(hù)套到工件的距離;H3為卡頭到工件的距離;

如圖8、9為選用進(jìn)口尼爾森螺釘及焊槍頭改進(jìn)后的故障收集情況。通過選用尺寸穩(wěn)定的螺栓和設(shè)備的改進(jìn)，故障率明顯減少，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性提高。

5 結(jié)論

由改進(jìn)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果統(tǒng)計(jì)可知，對螺柱焊故障進(jìn)行分類，通過規(guī)范螺釘尺寸，質(zhì)量一致性，可以大幅減少卡釘問題。同時針對槍頭改造，通過增加螺柱槍頭的保護(hù)套裝置可以減少焊接過程不確定因素的影響。提高了螺柱輸送的穩(wěn)定性，減少問題發(fā)生頻次的同時也為螺柱焊出現(xiàn)問題后快速恢復(fù)提供有效技術(shù)支持，降低故障對生產(chǎn)線的影響。