Arplas焊接系统在汽车行业的应用

【摘要】为解决汽车车身外观质量、减少传统电阻焊存在的热应力和焊接强度等问题，应用Arplas焊接系统，在保证焊点强度达到要求的前提下，尽可能的减少每个焊点的能量输入，使其对产品外观要求严格的部位，热影响区显著减少，且不存在任何的机械变形。这项新技术的应用，使Arplas焊接系统在汽车行业的各种应用都具有可靠性高、产品外表面质量好的优点，是未来高端汽车必须应用的技术之一。

【关键词】能量脉冲 焊接凸起 Arplas 焊枪 质量检测系统

中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1. 前言

普通的电阻焊接，焊接特点为：焊接脉冲大于8个周波，焊接压力大于3000N，焊接电流由于设备输入限制一般约为11KA，而采用Arplas焊接技术焊接脉冲小于1个周波，焊接压力只需1000N，焊接电流可以达到25KA，这样可以大大的提高焊接效率，满足焊接强度。在实际生产中，上海通用E18项目首次使用，带来了良好的生产效益。

采用Arplas焊接系统可以实现以下目的：

1.1 . 焊接时间短 （约4毫秒）、电流电流大，能够减小热影响区；

1.2 传统电阻焊中普遍存在的热应力，在采用阿普拉斯技术焊接的工件中几乎不存在。因此，工件变形小；

1.3.不需要水冷系统，只需要气源；

1.4.安装质量检测系统后，可以不必通过做破坏性试验来检验焊点强度是否满足要求，此系统将检测焊点的质量，当某些基本参数超出了设定允许的范围，或者凸起发生严重变形，焊接系统的计算机将不执行焊接操作。

1.5.对于侧围尾灯、门盖等关键部位的焊接，采用此技术可以提高产品的外观质量。

2. 系统构成和原理介绍

Arplas焊接系统根据其焊接原理可分为2种焊枪：Dimple gun和Arplas gun。

Dimple用于冲凸台， Arplas用于焊接，焊接Dimple冲出的凸台与外板搭接处，将凸台压平，达到系统要求的焊接强度。下面详述焊接的过程说明。

⑴ Dimple gun：凸起加工系统

2.1.1为了能够使能量集中，必须在其中一个待焊工件上加工出一个阿普拉斯凸起这个凸起的形状和锐度经过特殊设计，使之能够保证在两个工件之间形成符合强度要求的焊点，同时在未加工凸起的那个工件上不留任何痕迹。在零件上加工凸起的模式，或在零件冲压制造阶段。因为凸起的尺寸质量，尤其是锐度，是保证焊点无瑕疵和焊点强度的重要因素。所以，一般是在生产线加工凸起的方式，采用这种方式，可以避免在运输过程中凸起被撞坏。

选用合适的冲凸系统，还要考虑每个零件上加工凸起的数量、CT、设备安装空间等因素。研究生产线节拍时，应综合考虑各种不同的Arplas冲凸加工系统解决方案。根据安装方式不同可以分为以下几种：

A 固定安装在地面的冲凸装置，这种方式是采用机器人抓手抓着零件，根据凸起的定位将零件送到冲凸装置中来加工凸起

B 采用机器人抓取焊枪冲凸的方式，这种方式适合于在一个单独区域内，在小零件上加工凸起，目前E18就是采用这种方案。机器人带Arplas焊接系统，配备有一体化轻重量、低感抗的专用变压器，安装质量检测系统后，可以检查每个焊点的质量，记录每个焊点的焊接参数，可以实时的反馈焊点的焊接质量。

C 冲凸装置安装在夹具上，通过机械结构带动使其在目标位置进行冲凸的方式。

所有的冲凸方式均使用专门设计的冲头和凹模，根据不同的板材厚度，有专门对应的凸、凹模设计。下图 是冲模规格与工件厚度对照表。

图1 固定冲凸装置 图2 机器人冲凸装置

图3 夹具冲凸装置 图4 冲模厚度和工件厚度

2.1.2冲头和凹模调整对中操作：

在冲凸过程中冲头和凹模的对中状态比较关键。如果发生偏移，会使焊接的凸起不能满足要求，图5为不合格的凸起，合格的凸起两边的应该相等。偏差不超过板厚的10%，常采用以下步骤调整：

？ 切断压缩空气

？ 松开冲头安装臂的固定螺丝，使之能够略可活动

？ 用手推动冲凸系统的液压缸，直至冲头进入凹模

？ 目视检查、调整、确认冲头和凹模对中，然后拧紧螺丝

？ 用手把液压缸推回到原位

？ 用试片试冲出一个凸起，检查凸起的对中情况

图5 不合格凸起 图6 合格凸起 图6 对中状态

2.1.3为了冲出如图6所示的凸起，操作如下：

？ 用钳子或夹子夹住试片 – 注意把手放在冲凸装置活动部件的运动范围之外（注意保护眼睛）

？ 将试片放到冲头和凹模之间：让试片仅覆盖冲头一半的位置。操作冲凸装置，在试片上冲出凸起

？ 目视检查这个凸起的横截面

？ 比较凸起的两个边的厚度。左、右两边的厚度是否相等？如果相等，说明冲凸系统对中调整正确。

？ 允许偏差是 +/- 0.05 mm

图7合格凸起 图8凸、凹模

⑵ 冲凸设备所需外部条件

此系统需提供气源和电源介质，压缩空气和冲凸压力之间的关系请参照下表

图9压力关系表

⑶Arplas系统焊接的焊点强度

2.3.1 最大强度对比

作为参考对比的传统电阻焊焊点直径4mm，Arplas焊接凸起按照6mm和8mm，采用平行和垂直拉伸2种方式。从表中可以看出：即使最小的凸起长度（6mm），在最不利的拉伸方向上，Arplas焊点的最大强度仅比传统电阻焊低10%左右。

图10强度对比表

2.3.2 抗疲劳强度

如图所示，Arplas焊点与4mm直径传统电阻焊点的动态性能对比，Arplas焊点的最大强度稍微低一些，但是疲劳强度远比传统电阻焊强度好很多。

图11 抗疲劳强度表

⑷ Arplas系统构成和接口说明

对于一套Arplas焊接系统，主要有以下几部分组成：Arplas焊枪

，机器人系统，凸起加工系统，焊接系统

4.1 Arplas焊枪

Arplas焊枪可以和各种机器人系统集成，可以焊接的材料厚度范围也很大，它是一种自平衡焊枪，，可以补偿日常生产中的偏差，整个焊枪围绕着一体化的变压器组装在一起。变压器装在一个固定的框架内，在框架上安装着Arplas焊头、自平衡系统和辅助系统。焊头上安装了质量检测系统，既用于焊接控制，有用于设定焊接参数、记录焊接结果。

图12焊枪状态构成

4.2 连接接口介绍

A 机械接口：Arplas焊枪和它所要连接到一起的机器人之间的机械接口是连接法兰，在设计阶段，需要确认好机器人型号及法兰尺寸。

B 气动接口：焊枪上有2个气缸：焊枪气缸和平衡气缸。调试时需要给主管线供气即可。

C 电气接口：Arplas焊枪上安装了用于检测焊枪位置的传感器，以及用于焊接操作的电磁阀。所有这些信号都接到焊枪侧面安装的中央接线盒的hartings接头上，一组连接电流信号测量系统，一组用于变压器的温度测量系统，一组用于连接压力测量信号。

图13机械接口 图14气动接口 图15电气接口

4.3 Arplas焊枪使用方法

整个系统连接完成后，即可开始工作。设备上电后，焊接电流从变压器流经活动的上电极，流过工件，再通过下电极流回变压器，从而形成焊点。焊接过程中，不需要冷却水，焊接压力是靠机械方式产生和调整的。在调试时要注意以下问题：

> 冲头和凹模之间没有工件时，严禁操作冲凸装置合模

> 通过正确调整压缩空气压力，确保冲凸装置的冲压力不低于所需的最小压力

> 合模时间不短于1.5秒，确保钢板有足够的时间在凹模内变形

4.4 调试过程常见问题分析和解决措施

> 凸起位置不对：调试焊接轨迹。Arplas的上下电极必须与板件表面平齐，不平齐会造成焊接曲线成波浪状，不是直线。上电极必须与凸点中对中。；

> 凸起高度不够：板件匹配度必须要高。如果板件匹配度不好， Arplas的本来焊接压力就小，焊接出的效果肯定不好，这是最大的原因；

> 没有完全焊接在一起，没有达到80%：焊接压力与焊接电流。如果以上两个问题都解决了，板件还是焊合不了，那就是焊接压力和焊接电流的原因；

> 板件没有焊合：通过排查以上3点后，没有焊合的问题就可以解决了；

3 结束语

通过在上海通用E18项目的首次成功应用，Arplas焊接系统比传统电阻焊接要有更大的优势，在未来高端车型的应用将是一种趋势。