轿车钢板电阻点焊参数计算软件的开发与应用1.doc

轿车钢板电阻点焊参数计算软件的开发与应用摘要：电阻点焊是轿车行业最主要的焊接方法，但是随着板材的多样化，如何高效、高质量的选取焊接规范变得越发复杂。本文基于Visal Basic 6.0语言开发了一款点焊参数计算软件，主要解决以往设计焊接规范缺乏依据，主要靠经验来设计，设计结果与实际要求偏差较大的问题。它基于强大而完备的数据库系统，涵盖了目前汽车行业所使用的大部分板材。实际应用证明，它具有使用简单、参数选取准确、效率高等优点，尤其是在新车型试生产与调试过程中效果显著。关键词： 电阻点焊；计算软件；数据库；专家模型；应用实例1 引言- 6 -点焊由于操作简单、质量稳定、易于实现机械化、自动化，一直以来是轿车行业最主要的焊接方法，完成90%以上的轿车车身装配工作量。点焊的工艺参数直接影响到点焊质量，但随汽车制造技术的发展，点焊参数的选取变得越发复杂和困难，原因如下：1.1焊点增多，工艺复杂性提高轿车白车身一般有30005000个焊点，并且中高级轿车为保证车身质量，焊点有增加的趋势。在工艺上，同一把焊钳经常要焊接不同板厚组合焊点，如何高效而准确的选取焊接参数十分困难。1.2 板材种类多，并且向热镀锌化发展轿车行业使用的板材种类繁多，并且向高强化、镀锌化发展1。尤其是镀锌板，由于优异的耐腐蚀性，得到了广泛的应用。镀锌板又分为电镀锌、合金化热镀锌和热浸镀锌钢板，由于表面镀层不同，焊接性有明显的差异。热浸镀锌钢板以其成本低、耐蚀性高等优势，近年在轿车车身上使用的比例大幅提高，但是由于表面锌层厚，焊接性最差2。 基于以上原因，并根据轿车行业的实际需要，开发了一款电阻点焊参数计算软件，它属于一种专家系统软件3。2 软件概述2.1 软件界面软件界面分为几个大的区域，依次是计算条件区域、计算结果区域、添加数据库材料区域以及功能按钮区域。计算条件区域中，黄色标记的位置为必选内容，绿色标记的位置为可选内容，红色标记的位置为国产材料内容。区域中下面的四行文本框分别用于填写四层钢板的材料及厚度信息。计算结果区域又分为三部分，分别为参考、结果I和结果II，主要用来显示计算结果和参考数据。添加数据库材料区域可以连接数据库，向数据库中添加材料信息。功能按钮区域为软件的操作按钮。图1 系统运行过程窗体界面2.2 操作流程2.2.1选择基本参数用户可根据需要通过下拉菜单选择“质量等级”、“类别”、“变压器”、“频率”以及“标准”等参数。2.2.1 填写/选择材料，选择材料类别，输入材料厚度软件启动时，将自动搜索数据库，将数据库中现有的国产化材料和原始材料列入对应的下拉列表框中。2.2.3 点击“计算I”、“计算II”或“全面计算”完成计算2.2.4 查询凸焊螺母焊接及凸焊螺栓焊接的焊接规范在结果II的焊接类型中选择“凸焊螺母焊接”或者“凸焊螺栓焊接”，在凸焊选项中选择对应的关键字，可以查询凸焊螺母焊接或凸焊螺栓焊接的焊接规范，如下图。图2查询凸焊的焊接规范2.2.5添加材料信息到数据库在添加材料区域，输入国产化材料和对应的原始材料，选择对应的材料类别，点击“添加”按钮后，可将材料信息添加到数据库中。3 数据库系统的建立本软件基于完备的数据库系统，它的知识体系来自于国内外公开发表的标准、权威文献，本公司的点焊质量标准、参数设定标准、丰硕的试验成果，和作者多年从事轿车点焊工作的现场经验。3.1 丰富的材料库涵盖了轿车行业目前所使用的绝大多数钢板，包括热轧、冷轧无镀层钢板、高强钢板，电镀锌、热镀锌铁合金以及热浸镀锌钢板等。板厚库包括了从0.4mm3.2mm范围内所有常用板厚。3.2 点焊质量评价标准点焊质量评价标准是判定焊接规范是否合格的主要依据。本软件采用比较权威的质量评价标准，表1为该标准的示例。将焊点分为1类和2类，每类中又分为A级和B、C级，其中A级点代表焊接质量要求最高的焊点。检验方法为楔入破坏试验，测量熔核直径。表1 点焊质量标准示例基准板厚产品楔入破坏测试试样的剥离试验1类2类质量级质量级AB,CAB,C最小值最小值最小值最小值最小值0.4, 0.53.53.03.23.03.20.6, 0.74.03.53.83.63.80.84.54.04.03.84.01.05.04.54.54.34.5 3.3 点焊参数设定标准 合格的点焊规范应具备如下特点：焊接质量合格 、一次修锉电极打点多、无飞溅或飞溅较小。而点焊是一个影响参量较多的非线性的过程，同时兼顾上述3个特性比较困难。本软件中采用的参数设定标准，是综合了各种权威的资料和实验室的大量试验成果，并经过了多次新车型试制过程的验证，能够较好的兼顾上述3个特点。3.4 大量的试验成果和实际经验热镀锌板材具有优异的耐腐蚀性能，但其较差的焊接性限制了它的推广，而目前关于热镀锌板材的焊接工艺信息较少。针对热镀锌板材的点焊，作者进行了大量的焊接工艺试验，总结了焊接规范的设定规律，并将其应用于生产实践，目前本公司某车型已全部实现了热镀锌化。使用本软件可查询热镀锌板材的点焊工艺参数，这对热镀锌板材的使用将会提供很大的便利。4 软件模型的建立点焊参数计算系统中知识的表示模式采用面向对象和产生式相结合的方法4，因此系统的推理机制采用基于规则的推理过程和基于模块的推理过程。基于以上原则，本软件建立了以下四种主要模型：4.1 基准板厚选取模型在轿车的焊接中，可能出现很多种板材的组合，因此焊接规范依据板材材质和厚度的不同而变化。在不同的板厚组合中，基准的板厚将决定焊接规范的选取。本软件的基准板厚选取示例如表2所示。板厚组合铜板在上铜板在下符号说明2层板 基准板厚3层板 表2 基准板厚选取模型示例4.2电极压力选取模型在基准板厚确定后，将根据它进行电极端面直径和电极压力的选取。电极压力选取为一个范围，如表3所示，基本焊接条件为推荐条件，而在实际焊接中根据制件的状态（如匹配间隙过大），可能会适当增加电极压力，在规定范围内选取都是合格的。表3 电极压力选取模型示例（，基本焊接条件）基准板厚mm加压力，kN电极接触面直径，mm1.4701.6701.9602.1602.4502.6502.9403.4304.05.06.00.60.70.81.04.3点焊参数设定模型在以上参数选取后，进行点焊参数的设定。焊接时间和焊接电流是一对相互影响的参量，“硬规范”焊接效率高、质量好；而“软规范”焊接飞溅倾向较小。可根据实际需要进行选取。对于热镀锌板材，根据镀层厚度不同，在基准规范条件下进行电流补偿，算法示例如表5所示。表4 点焊参数选取模型示例电极直径mm加压力kN焊接参数1314151720通电时间 cyc52.1608.18.08.07.97.8通电时间 kA表5 镀锌钢板电流补偿模型示例镀层厚度，g/m22层板电流增加率3层板电流增加率右侧符号说明A=0/30B=30/30C=60/60SPCN+A=3SPCN+B=6SPCN+C=9A+A=5A+B=8B+B=10A+C=12B+C=13C+C=15A+A+A=8A+A+B=10A+B+B=12B+B+B=15A+A+C=13A+B+C=15B+B+C=16A+C+C=17B+C+C=18C+C+C=204.4 最优化参数选取算法当用户输入板材信息后，即可输出推荐的焊接规范。但根据轿车点焊的实际需要，本软件可提供最优化的焊接参数选取模型：（1） 选取焊点质量等级。 不同质量要求的焊点所需的焊接规范不同，对于质量等级较低的焊点可输出较小的焊接规范。（2） 选取电极接触面直径。 软件根据基准板厚将推荐最优的电极接触面直径，也可输入现场实际使用焊钳的电极直径。在规定电极直径范围内，都将给出其对应的最优焊接规范。（3） 选取电极压力。软件根据基准板厚将推荐最优的电极压力，也可根据实际需要选取电极压力。在规定电极压力范围内，都将给出其对应的最优焊接规范。（4） 选取“硬规范”和“软规范”。5 软件的应用实例下面以两层0.7mm厚度的热镀锌板材为例，介绍软件的实际应用及参数验证。选取焊接质量为A级，输入板材牌号，将电极直径设为6mm，将输出表6所示焊接规范。按照该规范进行连续点焊试验，电极选用普通CuCrZr电极，焊接质量标准要求最小熔核直径为4mm，试验结果如图2所示。从图中可以看出，可连续点焊600点焊接质量均合格。表6 输出参数焊接压力（kN）预压时间(cycle)一次焊接时间一次电流(kA)冷却时间(cycle)二次焊接时间二次电流(kA)维持时间(cycle)1.9640020139.82另外，在新车型试制过程中，要针对数千个焊点、不同的板材组合设定焊接规范，并且要反复调整，任务十分繁重。使用本软件可显著提高参数选取的效率并且提供准确的焊接规范，在轿车制造领域具有良好的应用前景。 图2 连续点焊试验结果6 结论基于Visal Basic 6.0语言开发了一种点焊参数计算软件，可根据零件的材料条件和板厚条件以及相应的技术要求计算出相应的焊接规范，为设计人员提供参考，帮助设计人员设计出合理的焊接规范。软件材料库包括了轿车行业常用的板材和板厚，焊接质量和参数设定选取了比较权威的标准，并且综合了大量实验数据。计算模式采用面向对象和产生式相结合的方法，介绍了基准板厚选取模型、电极压力选取模型、点焊参数设定模型和优化参数设定算法。以0.7mm厚热镀锌板材为例，介绍了软件的使用，输出参数准确。在新车型试制过程中，使用本软件可显著提高参数选取的效率，在轿车制造领域具有良好的应用前