提高白车身焊接质量的系统方案

关于博世力士乐：

    博世力士乐是全球领先的传动与控制技术专家。凭借在传动、控制以及行走机械领域内的丰富经验，博世力士乐为全球80多个国家， 50多万家客户提供量身定制的解决方案，是世界工业及工厂自动化、行走机械应用与可再生能源应用市场上的佼佼者。2008年博世力士乐全球销售额近59亿欧元，拥有超过35,300多名专业员工。

    1978年开始，博世力士乐就开始了在中国的业务，并在上海、北京、常州和深圳建立了工厂。

    更多信息请访问：www.boschrexroth.com.cn

关于车身的安全，一直是各车厂都在不断认真研究与改进的重大课题。影响车身安全的两个最重要的环节是：车身结构设计和车身焊接制造工艺。当车型一旦进入量产阶段，车身结构设计就已经定型，只能通过生产过程中严格的焊接质量控制来达到车身安全要求。

车身电阻点焊的过程中，应用相应的技术进行在线监测，保证不合格焊点被及时发现，目前主要方法是通过焊接控制器监测每次焊接的输出电流大小，一旦低于设定范围就及时报警，避免不合格焊点的产生。电阻焊机是一个闭环控制，但对于焊点质量而言，这个控制方法仍然是开环的，并且在此期间没有直接或者间接来自焊接质量的反馈信号。

当前，已经出现一种比较新的技术，监测焊接过程中的动态电阻值，从而判定焊点是否合格。BOSCH REXROTH的UIR系统就是这种监测技术。

1、UIR控制 

UIR在控制过程中需要采集两个重要的信号，即次级电流信号和次级电压信号。次级电流信号从集成在变压器中的电流传感器测量出，电压信号则是通过安装在焊钳上下电极之间的电压测量传感电缆测量得到。然后再根据欧姆定律计算出焊接过程中的动态电阻。

图 1  低碳钢动态电阻曲线

如图1所示，是标准的低碳钢动态电阻曲线。由于AB段电阻变化较大，所受到的影响因素比较多，如电极压力、工件表面状态、板件之间搭配以及表面涂层等，因此这一阶段很难控制。BC段是熔核生长的过程，影响该过程的主要因素是加热密度，相对来说曲线比较稳定，易于控制。

UIR系统实现的过程是：在恒流模式下，焊接金属板材试件，经过检测焊点达到质量标准后，将此合格焊点的动态电阻曲线作为参考曲线存储在控制器中。在以后的焊接过程中，监控的实际动态电阻将和参考电阻进行比较、计算，求出控制调整量，通过调整焊接电流以及焊接时间来达到控制焊点质量的目的。由于BOSCH REXROTH中频逆变控制器的频率是1000Hz，所以测量和调整周期为1ms，即在每1ms都对焊接电流及电压进行测量、反馈，使得控制精度大大提高。图2为UIR工作流程。

图 2  UIR工作流程

UIR系统对在生产过程中多种挠动进行补偿：板件装配不良、焊点之间分流、不同的涂层、板件之间有胶、多层板焊接、不同厚度的板件焊接等等。在焊接过程中，以上的各种挠动将会被监测到，控制器会自动的根据不同的情况发出调整命令。

虽然动态电阻控制法可以提高焊接质量，但所有的调整指令都是控制器自动发出的，不能进行人为的干预，在此过程中我们无法直接判定焊接质量是否合格。在生产过程中最重要的两个指标是：焊点动态电阻和样本曲线的差异大小，这个指标将会影响UIR功能的持续稳定型；焊点的熔核直径，这个指标是最能直接反映焊接质量的指标。针对于这两个指标，BOSCH REXROTH在UIR系统中增加了对两个重要参数UIP和PSF的监控功能。

2、UIP 质量指标

UIP是由好几个变量构成的，这些变量在控制器中经过自动计算，最后返回一个数值，得到有针对性的质量信息——熔核直径。这个参数能够提供一个焊接质量的评估值。

从图3可以看出UIP和熔核直径的关系：

图 3   UIP与熔核直径的关系

当熔核直径处于最小值时对应的UIP值是60，因此在UIP数值低于60时就认为焊点不合格。