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1、主审论文 乘用车仪表板总成焊接生产工艺乘用车仪表板横梁总成焊接生产工艺（主审论文）单位：交运股份姓名：徐鹏日期：2009-8-1 摘要：仪表板横梁是乘用车内饰件的重要组成部分。它的零部件质量直接决定了车身内饰仪表盘的装配稳定性。我公司历年来承接过多款车型的仪表板横梁的生产开发任务。仪表板横梁的特点是自身结构比较复杂，并且汽车许多关键的动力部件和内饰部件包括方向盘，CD播放装置，手套箱，安全气囊等都要以仪表板横梁为安装基准进行装配。因此对于仪表板横梁的尺寸精度普遍要求较高。根据本厂以往的实际生产情况来看，该类型产品在生产过程中具有返修率高，尺寸不稳定等质量缺陷。笔者通过对名爵7系中级轿车仪表板横
2、梁的工艺分析，给出了仪表板横梁焊接工艺制定的原则和控制质量稳定的方法。并且将其运用于实际生产，大大改善了仪表板横梁的生产效率，降低了不合格率，为企业创造了可观的经济效益。关键词：仪表板横梁支架；电流分段线性控制；CO2保护焊1 名爵7系仪表板横梁的结构介绍37910121156142138u 零件清单序号零件号零件名称1FGV000060仪表板横梁左支架2FGV000070仪表板横梁右支架3400000258网关支架4AHU500900转向柱支架5AHU500890传感器支架6FAD000110弯管7AJF500130CD左支架8FGD000130CD中央支架9AJF500150CD右支架10
3、AHU500970螺母支架11AHU500940气囊左支架12AHU500950气囊右支架13AHU500880电控单元支架54名爵7系中级车的仪表板横梁主体件由冷压弯管构成，如图所示9678231该弯管具有8个弯角，其中4号和5号弯角半径是R95，其余弯角半径是R71，另外位置9还有一个平面。这使得整个仪表板横梁的结构较为复杂。该弯管采用CNC65TDRE弯管机成形，然后由冷冲模具成形平面生产，管件总长在1400mm左右；仪表板横梁的车身装配基准设置再两侧横梁支架上，其与弯管的搭接形式采用三个立面翻边，如图221该焊接搭接形式保证了弯管不会产生轴向转动。直接决定了横梁总成在车身上装配的稳定性
4、。名爵7系的焊接工艺难点在于中央CD播放器安装支架。该支架由两根长530mm，宽度仅35mm的杆件组成，中央配以横杆支架起稳定作用。如图所示：笔者比较了公司历年生产的同类型仪表板横梁的结构发现，当杆件长宽比在7：1以上时，必须采用可靠的角焊结构才能保证其结构的稳定性。而此仪表板的初始设计在CD支架处仅给出一个宽度为35mm的槽形开口作为焊接接口，在结构上难以保证杆件由于自身的挠度系数太大，而产生偏转。在OTS工程样件阶段，笔者发现中央CD安装支架由于结构挠度系数太大，难以保证焊接尺寸的稳定性。通过与整车厂工程师的沟通，最终决定在开口处增加翻边，使得焊接接口形式由开口形式变为封闭的“口”字形式。
5、下图为更改前后的区别：更改后更改前2焊接生产工艺规范的制定。初始工艺流程名爵7系仪表板横梁采用安川首钢MOTOMAN弧焊机器人进行自动化MIG焊接，弧焊机器人配合变位系统组成弧焊工作站。工作站示意图如图所示：弧焊工序共分两序：第一序焊接仪表板左安装支架，仪表板右安装支架，弯管，左右安全气囊支架，转向柱支架。待第一序装夹完毕之后，控制器发出信号，变位机转动，机器人开始对第一序焊接。此时工人开始第二序焊接装夹。第二序焊接CD左右支架，中央支撑板，电控单元支架，传感器支架，网关下支架。待第二序装夹完毕后，控制器发出信号，当机器人完成第一序焊接后，变位机转动，机器人开始第二序焊接。3焊接工序的优化在样
6、件试制阶段，笔者发现安全气囊支架存在一定程度的尺寸不稳定现象。由于安全气囊是汽车重要的安全件，所以控制其尺寸装配性能非常重要。为了找出变差存在的机理，笔者对仪表板横梁进行了分段工序检测，在第一序焊接完成时对安全气囊支架进行检测，发现此时安装孔位是合格的。然而在第二序完成焊接后，往往安全气囊存在孔位不稳定的现象。笔者认为造成尺寸不稳定的原因主要有两条：1 安全气囊支架由于承受载荷较高，所以为了保证具有较高的承载强度，支架的两侧都有角焊缝，而初始焊接工艺为了平衡焊接节拍，在第一序中只进行支架的内侧焊缝焊接，而在第二序中进行外侧焊缝焊接。第二序焊接时由于工装定位已经撤离，如此就容易导致热影响变形。使
7、得孔位尺寸难以保证。初始焊接工序图：第二序第二序第一序第一序2 电控单元支架在初始工艺流程中是安排在第二序焊接的，由于其与安全气囊位置非常近，而其本身的有4条40mm焊缝，在焊接过程中热输入较大，对其周围零件会产生热影响从而造成膨胀变形。所以，笔者决定更改初始焊接工艺，将安全气囊支架，电控单元支架在第一序中一次完成焊接。并且采用预调整的方法，来抵消焊接过程中的热变形影响。最终实践证明该方法取得了良好的效果。优化焊接工序，一序完成。优化焊缝顺序图215344电流分段线性控制在生产阶段，当仪表板以设计产能进行生产时，笔者发现，CD支架，安全气囊支架依然存在一定程度的不稳定现象，那是什么原因呢？笔者
8、追本溯源，通过对零部件的检验发现，由于CD支架与主体管件的搭接部分处于弯管的斜向部分，因此弯管轴向的细微变动会造成焊接搭接间隙的变化。从而造成焊接质量不稳定，或者焊接易错边。而安全气囊支架由于弯边结构造成两侧焊接间隙不一致。以往针对这种情况，往往采用手工MIG焊接返修方法，此方法生产效率低，延长了工序时间，人为因素大，质量不稳定。为了解决这一难题， 笔者对仪表板横梁的焊接间隙变化进行了分析，将其大致归为两种情况：1 同一个焊缝的间隙随着焊接的进行不断变化。2 不同焊缝间隙不同。以往公司采用的恒值电流焊接法，当零件空间焊缝曲率较大，并且间隙有线性变化的地方，当间隙变大时，熔池无法形成，焊接将被迫
9、中断。或者是在间隙较小处产生焊接错边，烧穿等缺陷。因此，若想获得良好的焊接质量，必须精确控制热输入。并且根据间隙大小及时调整电流大小。焊接热输入Q与电流存在如下关系：式中为电弧热效率，U为电弧电压，I为焊接电流，v为焊接速度。在单条焊缝焊接时，焊件间隙的变化与时间存在一定的规律，因此电流可以根据时间的变化进行调节。不同焊缝，焊接间隙不同，当间隙变化不大时，可以不作调整或少做调整。但是当焊接间隙变化过大时，焊接工艺参数必须重新调整。笔者根据名爵7系仪表板横梁的焊接结构，按照不同的板厚设置的初始工艺参数，如下表：序号板厚mm焊接电流I/A焊接电压U焊接速度mm/s焊接间隙mm11.02.01101
10、301517200.51.021.52.01301601618150.51.031.52.01301601618151.01.542.02.01601901921101.01.552.02.01601901921101.52.5由图表可以看出，第2，3组和第4，5组参数虽然板厚相同，但是焊接间隙不同，如果采用恒值电流焊接，将会产生咬边，或者未焊透的焊接缺陷。因此，笔者采用分段线性控制法来解决这一难题。该方法主要通过PLC进行电流的控制。MOTOMAN首钢机器人焊接系统配备PLC中央控制器，调节电流时，电流变化的步长为某一确定值，可以根据实际情况进行干预，PLC可自动调节电流，但有人工干预时，人
11、工干预优先。在焊接参数优化的过程中，笔者以把间隙变化较大的点作为电流插值点以方便电流的调整。由于电流是随时间变化的，因此插值点与时间之间的对应关系成为电流调整关键点。弧焊机器人从初始位置到起弧位置的速度与焊接速度是不同的，因此，笔者采用机器人虚拟ARC-ON/OFF信号和PLC电流分段线性控制模块中的计时器配合，（给出变化表格）来获得各分段较高精度的焊接时间。即在实际焊接前，以实际速度空运行机器人，在示教点处发出虚拟ARC-ON/OFF信号，PLC通过该信号进行计时，获得示教点间各分段的运行时间，并给出示教点处的电流。示教点间各处的电流采用线性插值的方法获得，这样就得到了电流-时间的对应关系。
12、从而继续进行焊接。经过调整后焊接参数如下：序号板厚mm焊接电流I/A焊接电压U焊接速度mm/s焊接间隙mm11.02.01101301517200.51.021.52.01301601618150.51.031.52.01501701820201.01.542.02.01601901921101.01.552.02.0180200212381.52.5名爵7系仪表板在2007年10月正式投产以后，该方法被证明非常有效，2007年该产品累计生产2363件，废品数11件，PPM值为4655；2008年该产品累计生产3930件，废品数2件，PPM值为509。大大提高了生产效率，降低了废品率。为企业带
13、来了经济效益。5结论：1 通过对名爵7系仪表板生产失效模式的分析，得出对于仪表板高精度尺寸位置的焊接，为了抵消焊接热输入不均匀带来的影响，应该尽量采用一次工序焊接完成，并且焊缝顺序应采用闭环结构的形式。2 应用电流分段线性控制的策略，精确的控制焊接热输入，使得焊接过程顺利进行。有效解决了仪表板生产中由于焊接间隙变化造成焊接中断，易错边，人工返修率高的缺陷，并成功地运用于生产实际。参考文献：1埋弧焊焊接参数对单面焊双面成形质量的影响. 焊接质量控制与管理，2007.82小直径薄壁铝管材焊接工艺，上海工程技术大学学报，2006.123实用焊接手册，20024焊接件加工处理工艺与质量检测、失效分析技术及金相图谱实用手册，2006.11- 12 -