中頻點(diǎn)焊機(jī)在汽車行業(yè)的應(yīng)用
隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車車身結(jié)構(gòu)的安全性及新材料的運(yùn)用對(duì)白車身的焊接工藝提出了新的挑戰(zhàn)。對(duì)于帶涂層的鋼板、涂膠的鋼板、多層板及不同材質(zhì)板等條件下的焊接，傳統(tǒng)的工頻焊機(jī)難以滿足焊接要求，應(yīng)運(yùn)而生的是各種先進(jìn)的焊接工藝及焊接設(shè)備，如中頻焊機(jī)、激光焊機(jī)等。
近年來，國(guó)外部分生產(chǎn)汽車批量大的企業(yè)將中頻點(diǎn)焊機(jī)器人和伺服技術(shù)點(diǎn)焊機(jī)器人應(yīng)用于轎車白車身焊裝線。尤其在歐洲，中頻點(diǎn)焊機(jī)器人使用量已占40%，并擴(kuò)大到鋁合金轎車車身的點(diǎn)焊作業(yè)。在國(guó)內(nèi)中頻焊機(jī)在各大汽車廠中也得到了越來越廣泛的應(yīng)用，如一汽大眾、奇瑞汽車、北京現(xiàn)代、東風(fēng)日產(chǎn)等廠家都已將中頻焊機(jī)運(yùn)用于自動(dòng)線焊接或人工點(diǎn)焊。
與傳統(tǒng)的工頻焊機(jī)相比，中頻焊機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)在于直流極性好、焊接質(zhì)量好。以RexrothPSQ6000的中頻焊機(jī)在奇瑞汽車A5白車身生產(chǎn)線的運(yùn)用為例，來說明中頻焊機(jī)良好的焊接質(zhì)量性能。
在A5白車身生產(chǎn)線的骨架總拼工位，由機(jī)器人使用工頻焊機(jī)焊接。此工位的左右側(cè)圍門檻處，有10個(gè)焊點(diǎn)為四層板焊接，四層板總厚度達(dá)到5.5mm，此處焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量很不穩(wěn)定。當(dāng)焊接電流過大時(shí)，會(huì)引起焊點(diǎn)過燒或焊點(diǎn)燒穿；當(dāng)焊接電流調(diào)小時(shí)，又會(huì)引起弱焊或虛焊。無論如何調(diào)整焊接參數(shù)，都無法得到穩(wěn)定良好的焊點(diǎn)質(zhì)量，因?yàn)榇颂幉粌H板厚、鋼板層數(shù)多，而且裝配時(shí)有一定的裝配間隙，而工頻焊機(jī)并不能根據(jù)實(shí)際的裝配狀態(tài)對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)整來保證焊接質(zhì)量。對(duì)此，RexrothPSQ6000中頻焊機(jī)正好能克服工頻焊機(jī)的缺陷。
在使用中頻焊機(jī)之前，技術(shù)人員采用四層板試板分別用工頻焊機(jī)和中頻焊機(jī)進(jìn)行焊接試驗(yàn)觀察焊接質(zhì)量。四層板的試驗(yàn)材料為：
（1.8+1.5+1.5+0.8）mm組合的4塊冷軋低碳鋼板，焊鉗電極直徑16mm，焊接參數(shù)經(jīng)過多次試驗(yàn)優(yōu)化，其最終的試驗(yàn)結(jié)果見表1。
從表1可見對(duì)于多層板的焊接，無論從操作環(huán)境，還是從焊點(diǎn)質(zhì)量及其穩(wěn)定性，中頻焊機(jī)的焊接性能都明顯優(yōu)于工頻焊機(jī)。由于中頻焊機(jī)的電流非常接近直流電流，焊接時(shí)沒有電流峰值，焊接過程中熱量增加比較穩(wěn)定無波動(dòng)，因此焊接飛濺很少，甚至幾乎沒有。所以中頻焊機(jī)的操作環(huán)境較工頻焊機(jī)操作環(huán)境好很多，并且中頻焊機(jī)的電流熱效率高于交流電流，故中頻焊機(jī)焊接的焊點(diǎn)熔核直徑比工頻焊機(jī)的大1～2mm。
隨后在A5車身側(cè)圍門檻處用工頻焊機(jī)和中頻焊機(jī)進(jìn)行四層板焊點(diǎn)的焊接，試驗(yàn)結(jié)果與用試板做的試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，具體車身焊點(diǎn)見圖1。用中頻焊機(jī)焊接的5個(gè)焊點(diǎn)熔核均在5～6mm之間，用工頻焊機(jī)焊接的3個(gè)焊點(diǎn)的熔核在3～4mm之間。
圖1 中頻焊機(jī)與工頻焊機(jī)進(jìn)行四層板焊點(diǎn)焊接的破檢結(jié)果通過一段時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，中頻焊機(jī)焊接A5側(cè)圍門檻處四層板焊點(diǎn)焊接質(zhì)量合格，且質(zhì)量穩(wěn)定，顯著優(yōu)于工頻焊機(jī)的焊接質(zhì)量。如此優(yōu)良的焊接質(zhì)量不僅與中頻焊機(jī)的直流極性有關(guān)，還與它的控制系統(tǒng)有重要的關(guān)系。RexrothPSQ6000中頻焊機(jī)擁有功能強(qiáng)大的監(jiān)控軟件，智能化程度高。它采用了恒功率控制技術(shù)和伺服運(yùn)動(dòng)控制器(氣動(dòng)元件)，可以對(duì)焊接電流、焊接時(shí)間、焊接功率及焊接的壓力等進(jìn)行全閉環(huán)控制。
恒功率控制技術(shù)是對(duì)次級(jí)電流和次級(jí)電壓進(jìn)行監(jiān)控，通過調(diào)整焊接時(shí)間和焊接電流保證每一個(gè)焊接熔核的輸入功率相等，因此它可以有效補(bǔ)償焊接分流、焊接裝配不良、焊接母材成分變化等非機(jī)器擾動(dòng)因素。首先它根據(jù)焊接的條件，選取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試板，建立一條電流和電阻的樣本曲線，然后在實(shí)際的焊接工作中，根據(jù)實(shí)際的焊接電阻對(duì)實(shí)際的焊接電流和焊接時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償（見圖2、3）。 圖2 為焊接板件之間有膠水干擾的一個(gè)焊接參數(shù)曲線圖，紅色曲線是實(shí)際的焊接電流-時(shí)間曲線，與它部分重合的黑色曲線是焊接樣本的焊接電流-時(shí)間曲線，綠色曲線是實(shí)際的焊接電阻-時(shí)間曲線，與它部分重合的黑色曲線是焊接樣本的焊接電阻-時(shí)間曲線。樣本為沒有膠水的同樣鋼板的焊接，當(dāng)焊接板件之間有膠水時(shí)，板件電阻大大高于樣本電阻，故焊接電流在開始段突然增大，使膠水層被擊穿，同時(shí)損失的焊接電流以延長(zhǎng)焊接時(shí)間得到補(bǔ)償，保證了焊點(diǎn)的質(zhì)量。圖3為焊接板件之間有涂層干擾的一個(gè)焊接參數(shù)曲線圖，曲線含義與圖2相同，當(dāng)焊接板件之間有涂層干擾時(shí)，控制系統(tǒng)通過增加焊接電流來進(jìn)行補(bǔ)償。
由于RexrothPSQ6000中頻焊機(jī)具備以上兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故其焊接質(zhì)量控制遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于工頻點(diǎn)焊機(jī)。但是它的缺點(diǎn)是價(jià)格比普通工頻焊機(jī)高6～8倍，一次性投資大。然而，它的綜合性能將決定它的應(yīng)用程度，下面看一下它的綜合性能，與普通的工頻焊機(jī)相比，它有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1. 中頻焊機(jī)焊接電流接近完全直流，由于沒有明顯的峰值電流，熔核尺寸穩(wěn)定擴(kuò)大，幾乎沒有飛濺，焊接質(zhì)量穩(wěn)定、熱效率高。與工頻焊機(jī)相比，中頻焊機(jī)焊接電流可降低40%，電極使用壽命大大延長(zhǎng)。
2. 中頻焊機(jī)變壓器重量和體積小，輸入功率低，便于采用連變壓器式焊鉗。當(dāng)運(yùn)用于機(jī)器人點(diǎn)焊操作時(shí)，可使機(jī)器人的負(fù)荷減輕，而工頻焊機(jī)在自動(dòng)線上運(yùn)用時(shí)則需要負(fù)載能力更強(qiáng)的機(jī)器人。
3. 中頻焊機(jī)的響應(yīng)速度僅為工頻焊機(jī)的1/20，電流能夠更快地達(dá)到設(shè)定值，更準(zhǔn)確地分析參數(shù)，焊接質(zhì)量控制更精確。
4. 中頻焊機(jī)三相負(fù)荷均衡，功率因數(shù)高(0.9左右)，節(jié)能。而兩相工頻焊機(jī)，工作時(shí)很難保證相電壓之間的均衡，功率因數(shù)低（0.6左右），三相工頻焊機(jī)則很難實(shí)現(xiàn)恒流輸出。
5. 中頻焊機(jī)適用多種材料及異種金屬的焊接，如鋁合金、不銹鋼、高強(qiáng)度鋼板等材料。另外，對(duì)于鍍鋅板和普通多層板的焊接，其焊接質(zhì)量也遠(yuǎn)高于工頻焊機(jī)的焊接質(zhì)量。而工頻焊機(jī)只適應(yīng)焊接性能好的材料，如低碳鋼板。
從綜合性能來看，中頻焊機(jī)運(yùn)行的能源成本比工頻焊機(jī)節(jié)約近1/3，適合自動(dòng)線運(yùn)用，控制智能化程度高，適應(yīng)材料范圍廣，符合汽車安全性要求增高和新材料焊接發(fā)展的方向，在汽車行業(yè)會(huì)有越來越廣泛的應(yīng)用。
