浅谈微型新能源汽车副车架摆臂支架的机器人焊接质量控制

张惠立 李福贵 潘敏 张正举 黎志梅

摘 要：本文主要是针对某微型新能源汽车在样车试制阶段的副车架摆臂支架开裂问题的攻关，通过调查研究分析，找到副车架摆臂支架开裂的主要原因是由于焊接工艺不合理，造成焊缝成形差和焊接热影响区过大问题。解决措施是通过调整焊机的焊接电流和电压参数值，调整机器人行走速度，采用分段不同速度来控制、调整机器人焊枪姿态和行走轨迹、调整焊接引弧的起始位置等几项措施来控制重点部位的焊缝成形性和焊缝质量，从而解决微型新能源汽车样车试制阶段的副车架摆臂支架开裂问题，保证新产品按计划上市。

关键词：汽车摆臂支架、机器人、焊接工艺、焊接质量

背景前言：某微型新能源汽车在小批量试制试验阶段，副车架摆臂支架在耐久试验中进行到10万次出现了开裂问题，未能达到产品设计20万次的疲劳强度要求。为解决此问题，本人对副车架摆臂支架试制焊接全过程进行调查研究。通过研究分析发现副车架摆臂支架开裂的部位主要出现在焊缝根部和热影响区，主要原因是由于焊接工艺不合理，造成焊缝成形差和焊接热影响区过大问题，通过多次试验测试和对检测报告分析，最终锁定机器人的焊接工艺参数和行走轨迹，按新工艺及焊接参数焊接的新样件顺利通过20万次的台架耐久试验，保证新产品车按计划上市。

下图为某微型新能源汽车副车架总成结构示意图1及实物开裂部位图2

如下我是解决本次样件试制问题的心得总结：

1、调整焊机的焊接电流和电压参数值，控制焊缝成形质量

焊接电流和电压是焊接工艺的主要参数，焊接电流直接控制焊缝成形深度，焊接电压直接控制焊缝成形宽度，他们之间的合理匹配值直接影响着电弧的稳定性，从而影响着焊缝质量。电弧不仅要熔化焊丝，还要熔化母材，还有热能损耗。电压与电弧的长度相对应，电弧长度的恒定确保了电弧的稳定性。电弧的长度又决定着电弧的电阻。不难看出，焊接电压越高，电弧的热量以及焊接电流就越高，填充的金属就越多，焊缝就显得比较饱满，但焊接热影响区也随着变大，会存在有烧穿的可能。根据某微型新能源汽车副车架摆臂支架和圆管的材料厚度，结合通用弧焊技术要求（表1），通过多次调试和数据对比分析，焊接电流电压由原来210A，19V调整为180A，16V， 使焊缝成形最完美，既形成了饱满的焊缝又控制热影响区的范围，焊接工艺调整后热影响区由原来11mm减少7mm。

2、调整机器人行走速度，采用分段不同速度来控制和减少焊缝热影响区域

焊缝质量及热影响区域的大小与焊接速度也有密切的关系，如果焊接速度过快，熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷。如果焊接速度过慢，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低，同时焊接变形量增大。而焊接速度是由机器人的行走速度和送丝速度来决定，因此调整机器人的行走速度就是调整焊接速度。对于某微型新能源汽车副车架上的摆臂支架与圆管的焊接部位的复杂性，对于前端起弧位置、支架尖角位置以及支架中部位置都采用分段不同的焊接速度进行焊接，在焊接的开始阶段，机器人行走速度设定为70cm/min，当焊枪进入到支架端头焊接位及正常焊接阶段时，机器人行走速度调整为 60cm/min，這样不同焊接位置和不同焊接阶段采用不同的焊接速度，可以有效地控制和减少焊缝热影响区域，同时提升焊缝成形质量。

3、调整机器人焊枪姿态和行走轨迹，来控制焊缝的成形性

机器人弧焊的焊缝质量除了与上述机器人的行走速度和焊机的焊接参数有关外，还与焊枪的焊接姿态有密切的关系，特别是对某微型新能源汽车副车架上摆臂支架焊接这类的管焊缝和角焊缝，要求更为明显和更为严格，稍有偏差直接会影响焊接成形性和焊接质量。根据弧焊技术要求，按照焊枪的姿态，弧焊的手法一般分为两类：一种是前进法和一种为后退法。前进法即为焊枪靠后与焊接方向的夹角大于90度，由于前进法焊接行进角度较大时，熔融金属被吹向电弧的前方，熔深较浅，飞溅较大。后退法即为焊枪靠前与焊接方向的夹角小于90度，使用后退焊接时，熔融金属被吹向电弧的后方，熔深较深，焊缝余高易形成。在某微型新能源汽车副车架上摆臂支架焊接时通用调整行走轨迹和焊枪姿态，尽量用后退法来焊接，来控制焊缝的成形性。在焊枪姿态方面，通调整焊枪姿态，让焊枪的中心位置稍为偏向支架零件侧，使得支架获得热量更多，材料熔化更充分，焊缝成形更好。

4、调整焊接引弧的起始位置，控制重点部位的焊缝成形性

起弧时由于热量不足，熔池不深，容易出现焊不透的问题，会直接影响焊接成形性和焊接质量，在起弧位置更容成为焊缝开裂的源头，对引弧的起始位置要求比较讲究。对某微型新能源汽车副车架上摆臂支架的焊接时，由于支架的材料厚度1.5MM，管材的材料厚度只有0.8MM，材料厚度差别较大，起弧位置离支架距离过近，很容易出现对支架加热不足，熔池深度不足，焊缝浅虚焊，因此，可以稍为加长起弧位置，起弧位置比原来加长2-3mm，使支架不受起弧原因影响，使用支架处在焊接稳定阶段，支架加热很充分，有利于支架材料的熔化，从而提升支架的焊接质量

结束语：

本文针对某微型新能源汽车的副车架摆臂支架开裂问题找出主要原因，从调整焊接工艺参数值、机器人行走速度、机器人焊枪姿态和轨迹以及焊接引弧的起始位置等多项措施来控制焊缝质量，解决微型新能源汽车的副车架摆臂支架开裂问题。但是在现实汽车零部件焊接工作中影响焊缝质量是多方面的，应该具体问题具体分析，多方面多维度地进行原因分析，如制造工艺、焊接工艺、零件结构、材料性能、焊接环境等等。

参考文献

[1]中国机械工程学会焊接分会，焊接手册 第3版，北京：机械工业出版社，2015

[2]中国机械工程学会焊接分会，焊接词典[M]，3版，北京：机械工业出版社，2008

[3]成都电焊机研究所，焊接设备选用手册[M]，北京：机械工业出版社，2006

作者简介：

张惠立，男，1972年1月26日;广西阳朔，汉族，本科，高级工程师，研究方向：汽车制造及焊接技术。