汽车车身机器人焊接中飞溅产生原因及抑制措施的研究

摘要：在汽车车身制造中，机器人焊接技术广泛应用，但飞溅问题严重影响焊接质量、生产效率以及成本。本文深入剖析汽车车身机器人焊接过程中飞溅产生的原因，从焊接电流、电压、焊接材料等多方面进行探讨，并提出一系列针对性的抑制措施，旨在为提高汽车车身机器人焊接质量和生产效率提供理论依据与实践指导。

一、引言

随着汽车产业的飞速发展，汽车车身制造工艺不断革新，机器人焊接凭借其高精度、高效率、高稳定性等优势，成为汽车车身焊接的关键技术。然而，在实际焊接过程中，飞溅的产生是一个普遍且棘手的问题。飞溅不仅会在焊件表面形成焊渣，影响焊件外观质量，还可能导致焊接缺陷，降低焊接接头强度，同时增加了后续清理工序的工作量和成本，严重制约着汽车车身焊接质量和生产效率的提升。

二、汽车车身机器人焊接工艺概述

在现代化汽车制造领域，采用CO2气体保护焊机器人进行车身焊接已成为一种高效、高质量的焊接方式。这种焊接技术以其独特的优势，确保了车身结构的坚固与美观。CO2气体保护焊的核心在于通过高纯度的CO2气体作为保护层，有效隔绝空气中的氧气和氮气，防止焊缝氧化，保证焊接质量。而机器人则凭借精准的控制能力，实现了焊接过程的自动化与标准化。电弧电压直接影响电弧的稳定性和焊缝的成型效果。通过调整电弧电压，机器人能够确保电弧始终稳定地存在于焊丝与工件之间，从而实现高质量的焊接。焊接电流则决定了熔池的深浅和焊缝的宽窄。在车身焊接中，需要精确控制焊接电流，以确保焊缝既不过宽也不过窄，从而满足车身结构对强度的要求。焊接速度同样至关重要。较快的焊接速度能够提高生产效率，但也可能导致焊缝质量下降。因此，机器人需要根据实际情况调整焊接速度，确保在保证质量的前提下提高生产效率。气体流量及纯度也是影响焊接质量的重要因素。高纯度的CO2气体和适当的流量能够确保焊缝的纯净度和成型效果。而焊丝伸出长度则会影响电弧的稳定性和熔滴的过渡。过长的焊丝伸出长度可能导致电弧不稳定，影响焊接质量；而过短的焊丝伸出长度则可能增加焊丝的消耗。因此，机器人需要精确控制焊丝伸出长度，以确保焊接过程的稳定性。最后，电源极性也是影响焊接质量的一个重要因素。在CO2气体保护焊中，通常采用直流反接（焊件接负极，焊枪接正极）的方式，这有助于防止铝、不锈钢等材料的表面氧化和保证良好的熔滴过渡效果。

三、飞溅产生的原因分析

（一）焊接参数方面

1. 焊接电流与电压

焊接电流和电压是影响飞溅的关键参数。当焊接电流过大时，焊丝熔化速度过快，会导致熔滴过渡不稳定，产生大颗粒飞溅。例如，在MIG焊接中，电流过大可能使熔滴在未完全脱离焊丝时就受到较大的电磁力作用，被强制抛出形成飞溅。而电压过高，会使电弧拉长，电弧力不稳定，同样容易引发飞溅。若电压与电流匹配不当，如电压过高而电流相对较小，会导致电弧燃烧不稳定，频繁出现断弧和重燃现象，进而产生大量飞溅。

2. 焊接速度

焊接速度对飞溅也有显著影响。焊接速度过快，单位长度焊缝上的热输入量减少，熔池冷却速度加快，容易导致熔滴过渡不畅，产生飞溅。同时，过快的焊接速度还可能使保护气体对熔池的保护效果变差，空气侵入熔池，引发氧化和气孔等缺陷，进一步加剧飞溅的产生。相反，焊接速度过慢，热输入量过大，熔池尺寸过大，液态金属容易流淌，也会增加飞溅的可能性。

（二）焊接材料方面

1. 焊丝质量

焊丝的成分、直径精度以及表面质量等都会影响飞溅的产生。不同成分的焊丝，其冶金性能和物理性能存在差异，对焊接过程的稳定性产生不同影响。例如，焊丝中含碳量过高，在焊接过程中容易产生CO气体，导致气孔和飞溅。焊丝直径精度不达标，会使送丝稳定性变差，引起焊接电流波动，进而产生飞溅。

2. 保护气体

保护气体的种类、流量和纯度对飞溅有重要影响。在MIG焊接中，不同的保护气体具有不同的物理和化学性质，对电弧形态和熔滴过渡产生不同作用。例如，纯CO₂气体作为保护气体时，由于其氧化性较强，在焊接过程中会使焊丝中的合金元素烧损，产生CO气体，导致飞溅较大。此外，保护气体纯度不够，含有水分、杂质等，也会影响焊接过程的稳定性，产生飞溅。

（三）焊接设备方面

1. 送丝机构

送丝机构的稳定性和可靠性直接影响送丝质量，进而影响焊接过程的稳定性和飞溅的产生。送丝轮磨损、压紧力不均匀或送丝软管弯曲、堵塞等问题，都会导致送丝不畅，使焊丝在送进过程中出现速度波动、停顿等现象，引起焊接电流不稳定，产生飞溅。例如，送丝轮磨损后，其与焊丝之间的摩擦力不均匀，会使焊丝送进速度时快时慢，导致焊接过程中电弧长度不断变化，从而引发飞溅。

2. 焊接电源特性

焊接电源的输出特性对焊接过程的稳定性起着关键作用。理想的焊接电源应具有良好的动特性，能够快速响应焊接过程中的电流和电压变化，保证电弧的稳定燃烧。如果焊接电源的动特性不佳，在熔滴过渡时无法及时提供合适的电流和电压，会导致熔滴过渡不稳定，产生飞溅。例如，在短路过渡焊接中，焊接电源的短路电流上升速度过快或过慢，都会影响熔滴的脱离和过渡，引发飞溅。

四、飞溅的抑制措施

（一）优化焊接参数

1. 合理匹配电流与电压

通过大量的试验和数据分析，建立不同焊接材料和焊接位置下焊接电流与电压的匹配关系数据库。在实际焊接过程中，根据焊件的材质、厚度以及焊接工艺要求，从数据库中选取合适的电流和电压参数，并结合现场焊接情况进行微调，确保焊接过程中电弧稳定，熔滴过渡顺畅，减少飞溅的产生。例如，在焊接Q235钢板时，对于厚度为3mm的焊件，采用MIG焊接方法，当焊接电流为180 - 200A，焊接电压为22 - 24V时，焊接过程较为稳定，飞溅较少。

2. 选择合适的焊接速度

根据焊接电流、电压以及焊件的材质、厚度等因素，通过计算或经验公式确定合适的焊接速度范围。在实际焊接过程中，通过试验对焊接速度进行优化，使焊接速度与焊接热输入相匹配，保证熔池的形成和凝固过程正常进行，减少飞溅。例如，在焊接较薄的铝合金板材时，由于其导热性好，需要较高的焊接速度以减少热输入，防止板材烧穿和产生过多飞溅。一般情况下，焊接速度可控制在30 - 50cm/min。

（二）改进焊接材料

1. 选用优质焊丝

选择质量可靠、符合国家标准的焊丝供应商，确保焊丝的成分均匀、直径精度高、表面质量良好。根据不同的焊接工艺和焊件要求，选择合适成分的焊丝。例如，对于要求较高的汽车车身焊接，可选用含脱氧剂的低飞溅焊丝，以有效减少飞溅的产生。

2. 优化保护气体

根据焊接工艺和焊件材质，选择合适的保护气体种类和配比。在MIG焊接中，对于碳钢和低合金钢的焊接，常用的Ar - CO₂混合气体中，Ar的含量一般在80% - 90%，CO₂的含量在10% - 20%，这种配比既能保证电弧的稳定性，又能减少飞溅。同时，要确保保护气体的流量和纯度符合要求。

结语：

本文通过对汽车车身机器人焊接中飞溅产生的原因进行深入分析，并提出了一系列针对性的抑制措施，经过试验验证，取得了良好的效果。在实际生产中，应根据具体的焊接工艺和生产条件，综合运用这些抑制措施，不断优化焊接过程，以满足汽车车身制造对高质量、高效率焊接的需求。未来的研究可以进一步深入探索焊接过程中飞溅产生的微观机制，以及开发更加智能化的飞溅检测和控制技术，为汽车车身机器人焊接技术的发展提供更有力的支持。

参考文献：

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