图1  早期飞溅的发生，在90ms处有飞溅

车身焊接工程正面临着两大问题，一是传统的车身电阻点焊工艺，由于缺乏对飞溅产生的分析数据，无法对焊接飞溅率进行控制；二是由于车身新材料和新工艺的应用，传统的焊接方法和工艺已经不能满足现代焊接要求。博世力士乐提供了一种新的具有动态电阻自适应控制技术的中频电阻焊技术产品，能够很好地解决以上问题。

当我们进入车身焊接车间时，总会看到整个车间焊接飞溅四溢的现象，这是由于传统的恒流控制焊接方法和工艺无法很好地消除和降低飞溅。特别是在现代车身制造技术中，为提高车身整体结构刚度已经越来越广泛地使用热成形高强度钢板；为了提高车身的防腐蚀性能大量使用镀锌钢板；为提高整车质量大量采用多层钢板的焊接工艺，加上焊接板件间广泛使用各种密封或搭接胶等以及逐渐应用铝合金钢板材料。这些新材料和新工艺的应用，传统的焊接方法和工艺已经不能满足焊接的要求。

传统的焊接方法和工艺不能可靠地进行合格焊点的焊接，即使得到了合格的焊点质量，也会产生很多的焊接飞溅。而车身焊接中出现的大飞溅，会增加车身焊接的返工成本。很多车身制造工厂，往往采用冗余焊接热量的方法来确保焊点质量，这样既浪费宝贵的能源，也会导致飞溅四溢的现象出现。飞溅在外表面首先影响外观，其次是其产生的疤痕影响耐腐蚀及疲劳性能。内部飞溅的残迹有可能在运行时脱落，如进入管路（如油管）将造成堵塞等严重事故。

图2  后期飞溅的发生，在579ms处有飞溅

博世力士乐专门针对以上来自新材料和新工艺的应用挑战，提供了一种新的具有动态电阻自适应控制技术的中频电阻焊技术产品，能够很好地解决以上问题，不仅最终能得到100%的合格焊点质量，还可以将车身的飞溅率降低到一定的水平，比如10%以下。而这是以往的车身焊接工艺无法实现的。传统的车身电阻点焊工艺，由于缺乏对飞溅产生的分析数据，通常无法实现对焊接飞溅率的控制。博世力士乐推出的对焊接过程中的动态电阻曲线的数据记录技术，能很好地实现对飞溅率的优化。现在，该技术已在国内一些新焊接工厂或新增的焊接生产线中得到了成熟的应用，焊接飞溅率可优化控制在10%以内，包括手工悬挂电阻点焊和机器人自动焊接生产线。

图3   PSQ6000焊点质量自适应控制模块

飞溅产生的原因

在电阻点焊场合，飞溅按产生时期可分为前期和后期两种；按产生部位可分为内飞溅（处于两焊件间）和外飞溅（焊件与电极接触侧）两种。

前期飞溅产生的原因大致是：焊件表面清理不佳或接触面上压强分布严重不匀，造成局部电流密度过高引起早期熔化，此时因无塑性环保护必会发生飞溅。特别是在当前的车身点焊中，广泛使用各种密封或搭接胶的场合，也容易出现早期的飞溅。防止前期飞溅的措施有：加强焊件清理质量，注意预压前的对中；有条件时可采用渐升电流或增加预热电流来减慢加热速度，避免早期熔化而引起飞溅。

图4   焊接自动线的焊接控制系统的网络组成（本文论述的自动生成线，共连接了7台中频焊接控制柜 ）

后期飞溅产生的原因是：熔化核心长大过度，超出电极压力有效作用范围，从而冲破塑性环在径向造成内飞溅，在轴向冲破板表面造成外飞溅。这种情况一般产生在电流较大、通电时间过长的场合。因此，可用缩短通电时间及减小电流的方法来防止。

图5  OP05工位R01机器人的20个焊点位置分布情况

虽然知道了飞溅产生的原因，也了解对于不同的飞溅应该如何去消除，但在实际焊接操作中出现飞溅时，如果仅依靠人的经验判断去消除飞溅，而没有飞溅产生的原因及分析数据，往往是不够的。博世力士乐的具有自适应质量控制模块的中频系列产品，很好地解决了这一问题。通过记录焊接过程中的动态电阻曲线，当飞溅发生时可以很容易地判断是早期飞溅还是后期飞溅；对于不同的飞溅类型采取不同的工艺方法，逐步对飞溅进行优化减少。例如，图1所示的早期飞溅经参数分析是焊点5的焊接电流过大引起的，而图2的后期飞溅经现场分析是焊点3的焊接时间过长引起的，对相应的焊点参数做适当的调整后，飞溅便可消除。

图6  BOS6000软件该20个焊点的详细信息

对飞溅进行优化

1.焊接控制系统

为了实现焊接过程中焊点质量的飞溅率优化控制，一汽-大众采用了博世力士乐的中频焊接控制器，型号为PSI6100.352L1。该控制器安装于焊接控制柜内，并与焊接机器人控制柜实现了一种无缝组合的结构。焊接控制器与焊接机器人通过光缆为物理层媒质的INTERBUS通信方式，抗干扰；并安装有质量控制单元的模块，也就是焊点质量的自适应控制PSQ6000质量控制模块（见图3）。本文论述的对焊点飞溅率的优化，也必须通过该模块才能实现。

图7  焊点初步优化之前的飞溅率数据

2.所需的网络组成结构

为了在线记录每个焊点的实时动态电阻曲线，监测焊接飞溅率的发生，焊接控制器要通过以太网与PC 的BOS6000焊接软件的SQL数据库进行通信。具体网络连接架构如图4所示。

图8  焊点BN-6490-L动态电阻曲线记录

3.优化过程

以下通过一个现场实例，即AUDI B8前地板总成的OP05工位上，R01焊接机器人的20个焊点的焊接质量及其飞溅优化，来说明如何通过博世力士乐的自适应质量控制模块来对焊接飞溅进行优化。

图9  焊点BG-5870-R动态电阻曲线记录

（1）优化飞溅的前提条件：对焊接机器人的焊钳进行精确的压力和电流标定工作，以确保焊接参数的有效准确性。

（2） 准备好焊件工位的焊点位置分布图以及焊点板材信息。在调试过程中，通过BOS6000软件，记录到有飞溅发生的动态电阻曲线，以及其焊点名和程序参数。为了判断实际发生飞溅的真正原因，需要及时对发生飞溅的焊点进行定位，并到焊点现场进行判断分析，故需要一张焊点的位置分布图。图5所示是OP05工位R01焊接机器人20个焊点的位置分布图。

图10  焊点BG-5870-R的焊接飞溅率为61.54%

同时，在BOS6000软件中需要导入该20个焊点的详细信息，例如：某个焊点的板材组合、每层板材的厚度以及板材之间是否有胶等信息，如图6所示。在一个焊点出现飞溅后，这些信息就是我们进行下一步优化行动的数据支持。

（3）导入焊点的焊接参数。将该20个焊点的标准焊接参数通过BOS6000软件导入到焊接控制器中，并将焊接控制器的PSQ菜单里的UIR 功能参数进行设置：主要设定焊接时，开启焊接电压测量，并设置一个焊接飞溅的识别指标，即：如果动态电阻曲线在瞬间有一个4%的下降，则认为该焊点发生了飞溅。

图11  焊点BG-5870-R动态电阻曲线记录

该数值的设定，取决于车身工艺的要求，一般数值越小对飞溅的控制越严格，同时飞溅的优化工作量和难度也会更高。

如果客户不能提供标准的焊接参数，则需要对每个焊点的板材进行分析，然后可以参考博世力士乐的经验焊接参数进行设置。

图12  焊点BF-5770-L焊接飞溅率数据为50%

（4）校准焊钳焊接每个焊点时的位置和姿态。使用初步导入的参数，将焊接机器人工作置于手动模式，在手动模式下，让焊钳对该20个焊点，逐个进行一次焊接过程，以调整一些焊点的机器人焊钳位置或姿态，并检查焊钳的两个电极臂是否对中（如果不对中，需要对焊钳电极臂进行调整），焊钳的水气路是否正常，特别是焊钳的冷却效果是否良好。因为这些外部因素也可能引起飞溅的发生。

（5）在KSR 模式下，记录每个焊点的动态电阻曲线。

以上准备工作完成后，便可以对每个焊点、每次焊接时的动态电阻曲线进行在线记录，BOS6000软件会自动对发生飞溅的焊接进行数据统计。如图7所示，从2011-3-02到2011-3-04，在对OP05工位的20个焊点进行了33个零件的焊接后，进行的焊接飞溅率的统计数据飞溅率都在60%以上，而一般工艺如果要求飞溅率控制在10%以下，则显然需要对该20个焊点进行合理的飞溅率优化过程。

图13  焊点BF-5770-L，焊接压力为3.3kN时的动态电阻曲线

4.优化实例分析

（1）焊接时间过长对飞溅的影响分析及其优化。焊点BN-6490-L在焊接电流时间为600ms时，动态电阻曲线如图8所示，从中可以看出，飞溅的发生一般在550ms之后。该飞溅是属于后期飞溅，可将焊接时间从600ms减少到550ms后，再重新记录曲线，观察是否还有飞溅的发生，并使用超声波检查仪对该焊点的熔核大小进行检查，确保不会出现开焊或焊核小的情形。

同样，对于焊点BG-5870-R在焊接时间为600ms时记录的33条曲线中，飞溅发生的最早时间为561ms，最晚的飞溅发生在594ms。如图9所示，将焊接时间设定为560ms后，再进行动态电阻曲线的记录及优化。

图14  焊点BF-5770-L，焊接压力为3.0kN时的动态电阻曲线

（2）焊件板间涂胶后对飞溅的影响分析。对于焊点BG-5870-R，在2011-3-08的飞溅率数据统计中发现其飞溅率为61.54%，如图10所示。经分析该焊点的板材组合为（0.8+1.5+0.7）mm，板间有胶，而且中间的1.5mm板材为热成形高强度钢板。为此，对该焊点的参数设置预热参数，以达到在真正焊接时，将焊点处的胶除掉，从而实现较好的焊接效果，且消除焊接飞溅。

将焊点BG-5870-R设定预热焊接时间50ms，预热电流为8kA时，飞溅发生在360ms处，如图11所示。

经分析后得出,该焊点还是因预热焊接时没有将板间胶彻底除去而引起的飞溅，故再将预热电流设定为10kA后，该焊点的动态电阻出现了平滑曲线，并没有飞溅产生，焊点质量和外观都十分理想，飞溅发生的概率值迅速下降。可见，该焊点设置预热焊接参数后，有效地消除了板间的胶对焊点质量的影响。

图15  优化后的20个焊点的飞溅率数据

（3）焊接压力对飞溅的影响分析。焊接压力的大小，直接作用于对焊接电阻的影响，在恒流焊接模式下，一般随着焊接压力的增加，焊接电流也要相应的增加，因为焊接压力增大后，焊接电阻R变小，而Q=I2×R×t，故需要增大焊接电流，才能确保焊点在同样的焊接时间内，其能量不会减少，也不影响焊点熔核的形成。

如图12所示，焊点BF-5770-L的飞溅率为50%，当焊点BF-5770-L的焊接压力为3.3kN时的曲线如图13所示。当将该焊点的焊接压力减少到3kN时，其他焊接参数不变，记录的动态电阻曲线如图14所示。可见，动态电阻曲线变得更为平滑正常了。

对该焊点进行优化后，飞溅率从50%降低到27.5%以下的水平。图12则为经过飞溅率优化后的飞溅数据，从中可以看出，最大的飞溅率为36%，最小的为2%。当然根据工艺的需要，对大于10%飞溅率的焊点，还是可以分析其原因，对其进行优化，并最终将飞溅率控制在工艺要求的数值水平。

结语

本文介绍了“通过动态电阻曲线来优化焊接飞溅率”对焊接设备硬件的配置要求，以及优化飞溅的方法和过程。一般焊接工艺对于飞溅率的控制值越小，就需要更长的优化时间。不仅对于焊接的自动线可以进行飞溅的优化，同时对于手工悬挂电阻点焊，如果使用了博世力士乐的具备动态电阻自适应控制的产品，如PSI6300.155L1，也同样可以对飞溅进行优化。而对于一些不可避免的飞溅，这种自适应质量控制技术，则可以对飞溅进行补偿，确保100%的合格焊点。