通過分析傳(chuan) 統電阻點焊麵臨(lin) 的挑戰，本文係統地闡述了為(wei) 何要從(cong) 恒流控製的技術工藝發展升級到使用中頻電阻點焊的自適應技術工藝，並以博世力士樂(le) 的自適應控製技術的中頻電阻產(chan) 品為(wei) 例，闡述了如何實現焊接過程中恒質量控製的工藝過程。

傳(chuan) 統白車身電阻點焊工藝麵臨(lin) 的挑戰

1. 應低碳時代要求而不斷推出的各種新材料的應用

       目前，所有的汽車製造商都在致力於(yu) 解決(jue) 節能降耗的問題，其中一個(ge) 重要的手段是通過解決(jue) 降低車身的整體(ti) 質量來降低百公裏油耗。為(wei) 了提高汽車的安全性能，必須廣泛使用各種高強鋼以及超高強鋼，才能確保汽車的碰撞試驗達到安全質量要求。

2. 新材料的焊接工藝參數公差範圍更窄

      各種高強鋼以及超超高強鋼、塗層鋼等新型焊接材料，其焊接工藝參數範圍更窄，特別在手工焊接時，由於(yu) 操作焊鉗時的姿態以及焊點位置的隨意性，很容易造成焊點的質量不合格，從(cong) 而給車身焊接質量埋下隱患。

3. 客戶對汽車安全質量提出了更高的要求

       當步入使用工頻恒流的電阻焊接工藝的車身車間，映入人們(men) 眼簾的是飛濺的火花，這些是焊接時產(chan) 生的飛濺，這些飛濺的發生多半是由於(yu) 采用的焊點規範參數（焊接電流、焊接時間等）偏大引起的。為(wei) 什麽(me) 要使用這種焊接工藝參數呢？因為(wei) 在現場生產(chan) 線上進行焊接時，由於(yu) 可能存在焊接分流、焊接壓力的變化、裝配間隙的不穩定、板材厚度以及材質的變化。為(wei) 了彌補這些焊接時的外界幹擾因素，我們(men) 需要在那些理論計算出的焊接規範參數之上，增加一定的保險因數，即增大焊接規範以彌補由於(yu) 各種外界幹擾因素而可能引起的焊點質量的弱焊或開焊現象，也就是采用冗餘(yu) 能量的焊接參數規範方法。但即使這樣也不能100%地確保焊接焊點的質量，因為(wei) 我們(men) 還是無法實時控製每個(ge) 焊點實際的焊接能量是否足以生成合格的焊點，即這是一種開環的焊接質量控製工藝。隨著整車製造工藝的不斷革新，以及客戶對汽車安全質量提出了更高的要求，汽車的三包政策也即將實施，傳(chuan) 統的白車身對焊點質量的開環控製工藝已經不適宜時代的要求，因此采用對焊點質量的閉環控製焊接工藝成為(wei) 白車身製造工藝的必然選擇。

       如何解決(jue) 這些難題？目前，廣泛使用的中頻電阻點焊的自適應技術可以很好地解決(jue) 這些問題。一方麵，采用中頻焊接技術可以解決(jue) 各種新材料工藝參數的苛刻要求，另一方麵，電阻點焊的自適應技術可以對每個(ge) 焊點的工藝參數實施精確的控製，無需采用冗餘(yu) 能量的粗糙焊接工藝參數的方法，既減少飛濺，節約能源優(you) 化工作環境，又可以實現焊接過程中對焊點質量實時的閉環控製。

中頻電阻點焊的自適應技術

1. 傳(chuan) 統電阻點焊的恒流控製技術

       如圖1 所示，傳(chuan) 統電阻點焊的恒流控製技術隻是對焊接電流進行了閉環控製，不是對焊點質量的實際閉環控製。如果焊接過程中，現場出現了對焊點的外界擾動因素，如焊點分流、焊接壓力波動、電極磨損、焊接板材變化及板件裝配不良等，則無法確保焊點質量，從(cong) 而會(hui) 出現焊點焊核偏小，甚至開焊的質量事故。因此，采用可以對實際焊點質量實現閉環控製的焊接工藝技術，是解決(jue) 以上問題的根本措施。

2. 中頻電阻點焊自適應技術的基本原理

       從(cong) 圖2可以分析出，焊點質量的自適應閉環控製技術，除了采集焊接電流參數，還實時地采集動態的焊接電壓參數，並將其發送到焊接控製器的專(zhuan) 用質量分析控製板進行處理。通過質量控製板的計算：R（t）=U（t）/I（t），得到實時動態電阻曲線，如圖3所示。

 中頻電阻點焊自適應技術的工藝實現過程

       為(wei) 了實現焊點質量的閉環控製，關(guan) 鍵是要得到相應焊點合格質量的動態電阻樣本曲線，然後將該樣本電阻曲線下載到焊接控製器裏，通過焊接軟件開啟焊點質量的閉環控製——自適應調節功能，接下來對該焊點的焊接過程，都是以該動態電阻樣本曲線進行比對。如果焊接時由於(yu) 外界的擾動因素，引起實際的焊接電阻值偏離了該曲線，焊接控製器裏的自適應功能就會(hui) 自動調節，比如增大焊接電流或減少焊接電流，同時延長焊接時間等調節方法，來確保每個(ge) 焊點的焊接能量大於(yu) 或等於(yu) 樣本曲線時的值，從(cong) 而確保焊點的質量，實現焊點質量的閉環控製，如圖4所示。

使用自適應技術實現白車身焊接質量的閉環控製

        以上僅(jin) 僅(jin) 說明了電阻點焊自適應技術的實現原理，但是這種技術是如何實現對焊接質量的閉環控製呢？在此，我們(men) 以博世力士樂(le) 的電阻點焊自適應技術產(chan) 品的應用來進一步說明。

1. 選用具有電阻點焊自適應技術的中頻焊接控製器

       博世力士樂(le) 的PSI6300.630L是一款專(zhuan) 用於(yu) 焊接機器人的、基於(yu) DeviceNet通信方式的中頻自適應電阻焊接控製器（見圖5），外加一塊質量控製板PSQ6000 XQR（見圖6）以及一塊以太網通信卡（Eth. 100MBd CC），便構成了實現質量閉環控製的硬件基礎。

 2. 選用安裝好中頻焊接變壓器次級電流檢測和次級焊接電壓檢測的機器人焊鉗

       這種焊鉗能實現在焊接過程中，對焊接時的二次電流和二次焊接電壓進行實時測量，如圖7所示，並將測量值傳(chuan) 送到博世力士樂(le) 的焊接控製器對應接口，進行處理和分析。自適應技術整體(ti) 軟硬件係統組成如圖8所示。

使用該係統時，首先在恒流狀態下同時開啟動態電阻的測量模式，並通過BOS6000焊接專(zhuan) 用分析和記錄軟件，來對焊接過程中焊點的每個(ge) 動態電阻曲線進行記錄和分析，從(cong) 而得到某個(ge) 焊點合格焊接質量的動態樣本曲線。

3. 博世力士樂(le) 的電阻點焊的自適應技術可以精確地識別不同的材料組合，而產(chan) 生不同的動態電阻曲線

        我們(men) 給出5種不同的焊接板材組合，通過博世力士樂(le) 的電阻點焊自適應技術產(chan) 品，在恒流狀態下同時開啟動態電阻測量模式，可以識別到5種不同的動態電阻曲線。

4. 博世力士樂(le) 電阻點焊自適應技術的質量閉環控製

        在手工焊接工位，我們(men) 需要使用一套焊接規範來焊接該工位的多個(ge) 焊點，這些焊點的板材組合各不相同。我們(men) 選用了這些焊點電阻曲線的平均值或選用了其中兩(liang) 條動態電阻偏小的曲線平均值後得到的樣本曲線，下載到焊接控製器裏後，然後開啟自適應技術功能。接下來便可以使用該樣本曲線，使用一套焊接規範來實現該工位所有焊點質量的閉環控製。但是，如果下載的動態電阻曲線在開啟自適應功能後，不能保證該工位所有焊點質量合格，則需要重新設置焊接規範（焊接電流、焊接時間和焊接壓力等），重新采集新焊接規範下的樣本曲線，直到得到的樣本曲線下載到焊接控製器裏後開啟自適應調節功能，該工位所有的焊點可獲得合格質量的焊接結果為(wei) 止。

       如圖9所示，手工工位我們(men) 使用一套焊接規範，焊接該工位不同板材組合的焊點，得到的焊點質量都是合格的。

電阻點焊自適應技術應用實例

        我們(men) 以具體(ti) 的實例應用分析來進一步闡述博世力士樂(le) 的中頻電阻點焊的自適應技術，實現焊點質量閉環控製的原理。

        實例一：當遇到焊點板間有膠時，自適應技術的調節過程如圖10所示。開始焊接時，實際焊點的動態電阻值（綠線）大於(yu) 樣本曲線的動態電阻值（黑線），焊接係統分析認為(wei) 板間有膠的存在。為(wei) 了得到合格的焊點，必須首先將該膠短在一定的時間內(nei) 燒穿，實現該焊點處板材的良好接觸。從(cong) 圖10中也可以看出，焊接係統自動升高焊接電流，在20ms之內(nei) 將該膠燒穿後，實際的焊接電阻和樣本電阻曲線的電阻值非常接近，係統就自動將焊接電流值恢複到7.8kA；在160ms焊接結束時，由於(yu) 開始階段的20ms用來燒膠了，屬於(yu) 無效的焊接時間，為(wei) 此，焊接係統自動在160ms之後延長焊接時間20ms，以確保合格焊點質量的要求。

       實例二：針對不同鍍層時，博世力士樂(le) 的電阻點焊自適應技術也能很好地進行調節控製。如圖11所示，實際焊接的動態電阻曲線值比樣本動態電阻曲線值要小，係統分析焊點處的電阻值變小了，便自動升高焊接電流，即從(cong) 6.5kA升高到7kA，這是為(wei) 了補償(chang) 鍍鋅板較小的接觸電阻。此處沒有延長焊接時間，因為(wei) 係統通過升高焊接電流來自動補償(chang) 了接觸電阻降低的繞到因素影響，也實現了焊點質量的閉環控製。

       實例三：板間裝配不良引起飛濺的自動補償(chang) 過程。如圖12所示，在焊接到550ms時，焊點處出現了飛濺，由於(yu) 飛濺的原因，該焊點處的熔核有部分變成了飛濺。為(wei) 了補償(chang) 該焊點熔核及其質量，焊接自適應技術係統自動在焊接結束的600ms時補焊了50ms，以確保該焊點的質量合格。

       實例四：焊接時，自適應技術能自動補償(chang) 焊接分流的影響。我們(men) 知道，在現場進行工件焊接時，無法避免焊接分流的現象。如圖13所示，在焊接中間這個(ge) 焊點時，如果在恒流控製焊接時，中間焊點的焊接電流將會(hui) 由於(yu) 左右焊點而發生分流現象，這勢必會(hui) 使得中間焊點的熔核直徑偏小（焊接電流變小），甚至出現開焊現象，嚴(yan) 重影響焊接質量。但是，如果使用博世力士樂(le) 的自適應電阻點焊技術，其焊接係統可以自動補償(chang) 焊接電流和焊接時間，以確保中間焊點的焊核直徑滿足工藝要求。實際的焊接效果比較如圖14所示，由此可見，隻有采用自適應的電阻點焊技術，才能真正補償(chang) 分流對焊點質量的影響。

       實例五：采用動態電阻的自適應技術，可以實現對焊接飛濺的優(you) 化和消除工作，即可以節約能源，又可以優(you) 化焊接車間的工作環境。引起焊接飛濺的原因有很多，飛濺又分為(wei) 前期飛濺和後期飛濺。在采用恒流控製焊接工藝技術時，我們(men) 很難準確判斷焊接時發生飛濺的具體(ti) 原因：是由於(yu) 裝配不良引起的飛濺，還是由於(yu) 焊接規範太大引起的飛濺，或是其他原因引起的飛濺？通過使用自適應技術條件下的實時動態電阻曲線，我們(men) 能夠很容易地識別飛濺是在什麽(me) 時候發生的，從(cong) 而確定是前期飛濺還是後期飛濺，然後根據飛濺發生的具體(ti) 階段，再進一步分析飛濺發生的原因，直至最後消除該飛濺。焊接控製器自動識別出所有發生的飛濺，並通過博世力士樂(le) 的BOS6000軟件，在用戶的PC上通過圖形顯示出來。從(cong) 圖15中可以看出，對於(yu) 某個(ge) 焊點對應的焊接程序34有3條動態電阻曲線，從(cong) 而顯示出，在焊接過程中該焊點都出現了飛濺，飛濺的發生時間在114ms左右。

       博世力士樂(le) 的動態電阻的自適應技術可以對焊接過程中的每個(ge) 焊點的飛濺率進行記錄和優(you) 化。如圖16所示，某個(ge) 車型的部分焊點在飛濺沒有優(you) 化前其飛濺率很高（紅色行條），經過博世力士樂(le) 的電阻點焊的飛濺率優(you) 化技術，最後可以得到如圖17所示的焊點飛濺率，直到滿足客戶的工藝質量要求。

       實例六：精確檢測機器人焊鉗每次修磨後的效果。目前汽車的焊接自動化程度越來越高，特別是廣泛使用的焊接機器人技術，使用了氣動伺服或電伺服的一體(ti) 化機器人焊鉗，焊接過程中需要進行電極修磨功能，以滿足高質量的焊點要求。在以往的恒流控製時，我們(men) 無法判斷機器人焊鉗電極修磨後的效果。很多情況下，機器人焊鉗電極雖然進行了修磨，但是有可能修磨效果不好，影響到後續的焊點質量。通過使用博世力士樂(le) 的動態電阻的自適應控製技術，可以精確地識別電極修磨後的效果，如果修磨效果不好，焊接係統會(hui) 發出報警信息，工作人員便可以及時發現現場存在的問題。例如，由於(yu) 焊鉗電極發生變形，便會(hui) 引起電極修磨時發生動靜電極錯位現象，在這種情況下，雖然電極進行了修磨，但當通過對修磨後的動態電阻的測試比較，以及對電極修磨後空焊接時相位角的調節控製後，可以十分精確地實現機器人焊鉗修磨後的效果檢測。

結語

       通過上述係統的分析可知，傳(chuan) 統的恒流控製的電阻點焊工藝無法實現焊接質量的過程控製，隻有使用恒質量的中頻電阻點焊的自適應技術工藝，才能實現對焊點質量的閉環過程控製。本文以博世力士樂(le) 的中頻電阻點焊的自適應技術產(chan) 品為(wei) 例，闡述了如何實現焊點質量的閉環控製，確保焊點質量。目前，博世力士樂(le) 中頻電阻點焊的自適應技術產(chan) 品在國內(nei) 各大汽車廠，如北京奔馳、華晨寶馬、大眾(zhong) 汽車、重慶沃爾沃 、長沙菲亞(ya) 特、長安福特、東(dong) 風乘用車、一汽轎車、觀致汽車、神龍汽車以及奇瑞汽車等，已得到了廣泛應用。

來源： 東(dong) 風汽車集團股份有限公司乘用車公司 博世力士樂(le) 中國有限公司