張浩，彭立媛

（廣汽菲亞特克萊斯勒汽車有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410010）

1 本文的背景與意義

激光焊接時(shí)，是用激光作為熱源進(jìn)行加工的制造技術(shù)，在歐美系汽車白車身制造行業(yè)已廣泛應(yīng)用，其中頂棚和兩個(gè)側(cè)圍的連接方式采用激光釬焊成為歐美合資企業(yè)主流，圖1是激光釬焊的基本原理，通過(guò)激光源產(chǎn)生激光，通過(guò)光纖傳送到機(jī)器人終端的激光頭上，利用激光聚焦的熱源融化送絲機(jī)構(gòu)上的焊絲，將側(cè)圍和頂棚進(jìn)行連接，與傳統(tǒng)定位焊相比，焊接強(qiáng)度和美觀性更高。

圖1 激光釬焊原理圖

同時(shí)，激光釬焊由于設(shè)備復(fù)雜多樣，夾具精度要求較高，對(duì)焊接質(zhì)量的把控也較為復(fù)雜，有可能出現(xiàn)咬邊、針孔等焊接問(wèn)題，需要在激光工序后設(shè)置人工檢查工位進(jìn)行返修處理。本文介紹的是國(guó)內(nèi)某知名汽車制造企業(yè)，針對(duì)新車型K8白車身頂棚激光釬焊工位出現(xiàn)的焊縫針孔問(wèn)題進(jìn)行的原因分析，多輪參數(shù)改善并最終攻克的一系列活動(dòng)。

2 頂棚激光釬焊問(wèn)題改善

2.1 問(wèn)題描述

焊縫多針孔問(wèn)題發(fā)生在新車型K8的預(yù)生產(chǎn)階段，在焊裝車間合拼線，頂棚和側(cè)圍激光焊接工位，左右兩側(cè)整條焊縫都有可能發(fā)生，無(wú)特定的位置，該問(wèn)題從2018年6月到2019年8月斷斷續(xù)續(xù)發(fā)生，不良率10%，平均焊接質(zhì)量評(píng)分87分（3個(gè)針孔扣一分）。

為防止涂裝電泳后出現(xiàn)留痕問(wèn)題，人工返修工位對(duì)有針孔的焊縫需要進(jìn)行補(bǔ)焊和打磨處理，公司質(zhì)量部要求在新車型投產(chǎn)前解決針孔問(wèn)題，設(shè)定平均焊接質(zhì)量評(píng)分不低于96分的量產(chǎn)目標(biāo)。

2.2 原因分析

產(chǎn)生焊縫針孔的因素較多，如激光的功率、板件的間隙、焊接移動(dòng)速度、焊絲的直徑等，因此，我們先通過(guò)4M1D法進(jìn)行原因分析，如表1所示。

表1 4M1D分析表格

通過(guò)各個(gè)因素排查，確認(rèn)設(shè)備參數(shù)是造成針孔問(wèn)題的主要原因，因此，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過(guò)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置來(lái)杜絕焊縫針孔問(wèn)題。

2.3 設(shè)備參數(shù)優(yōu)化

總結(jié)了所有可調(diào)節(jié)的設(shè)備參數(shù)，主要有：

（1）激光功率 當(dāng)前參數(shù)：4000W （參數(shù)范圍：3800～4000W）；

（2）機(jī)器人速度 當(dāng)前參數(shù)：3.9m/s （參數(shù)范圍：3.4～3.9m/s）；

（3）送絲速度 當(dāng)前參數(shù)：4.0m/s （參數(shù)范圍：3.4～3.9m/s）；

（4）熱絲電流 當(dāng)前參數(shù)：130A （參數(shù)范圍：100A～150A）。

當(dāng)前，K8設(shè)備參數(shù)基于老車型K4的設(shè)備參數(shù)，實(shí)際兩個(gè)車型側(cè)圍和頂棚的合拼夾具不同，板件間隙不同，車身材料也存在差異，因此，需要優(yōu)化參數(shù)配置，工藝技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行范圍內(nèi)的單獨(dú)微調(diào)，如圖2所示，都無(wú)法達(dá)到目標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖2 單個(gè)設(shè)備參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

將每個(gè)參數(shù)調(diào)整到最高分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的參數(shù)值（激光功率：3800，機(jī)器人速度：3.4，送絲速度：4，熱絲電流：150），批量焊接15臺(tái)車進(jìn)行驗(yàn)證，針孔問(wèn)題明顯改善，但是仍有20%的概率產(chǎn)生針孔孔需要返修，樣本質(zhì)量平均分94.7分，離目標(biāo)分?jǐn)?shù)仍有差距?？紤]到各個(gè)設(shè)備參數(shù)存在相互作用，再次盲目調(diào)節(jié)參數(shù)無(wú)法得到最優(yōu)配置，工藝團(tuán)隊(duì)決定使用DOE法進(jìn)行分析，找到最合適的設(shè)備參數(shù)。

2.4 使用DOE方法參數(shù)優(yōu)化

DOE法是通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，找到所有因素中的關(guān)鍵因素，同時(shí)可以擬合最佳的參數(shù)設(shè)置。因此，首先要篩選出所有影響激光釬焊品質(zhì)的因子，進(jìn)行建模。如圖3所示。

圖3 因子篩選

按照PS 50002/7標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每個(gè)參數(shù)按質(zhì)量影響程度進(jìn)行打分，我們篩選出4個(gè)重要因子，其他因子為離散或連續(xù)的噪音輸入；實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪遣捎?因子、2水平的篩選試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，首先，對(duì)所有噪音輸入如光斑直徑，激光波長(zhǎng)，板件間隙進(jìn)行控制，確保合理性和一致性。然后針對(duì)四個(gè)輸入因子，在參數(shù)范圍內(nèi)使用隨機(jī)的15組參數(shù)進(jìn)行激光焊接，最后，采集所有數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使用MINITAB軟件進(jìn)行DOE分析。從DOE分析結(jié)果可看到，因子之間的相互作用是影響質(zhì)量的第二關(guān)鍵因素，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合，DOE也給出了最佳的設(shè)備參數(shù)組合。如圖4、圖5所示。

圖4 關(guān)鍵因子篩選分析

圖5 DOE優(yōu)化數(shù)據(jù)

激光功率：3800，機(jī)器人速度：3.4，送絲速度：4，熱絲電流：100。

使用該參數(shù)組合又進(jìn)行15臺(tái)車的批量激光焊接驗(yàn)證，基本無(wú)針孔產(chǎn)生，平均質(zhì)量得分97.1，達(dá)到設(shè)定的質(zhì)量目標(biāo)，持續(xù)監(jiān)控3個(gè)月后，針孔問(wèn)題很少發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)復(fù)雜的工藝設(shè)備環(huán)境，如何控制各種影響因素，以最少的投入，換取最大的質(zhì)量收益是當(dāng)今汽車制造業(yè)一大難題；使用DOE方法可以從眾多的影響因素中找出影響輸出的主要因素，分析影響因素之間交互作用影響的大小，并通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、比較，找出達(dá)到最優(yōu)化方案，改善質(zhì)量及設(shè)備問(wèn)題，可以在制造業(yè)進(jìn)行大力推廣。