[01074040]先进高强钢轻量化汽车车身点焊质量实时控制技术及应用

该项目属于先进制造技术领域。 汽车产业作为国民经济重要的支柱产业，是实现“中国制造2025”的重要载体。汽车车身由电阻点焊、弧焊等工艺装配而成，其中电阻点焊工艺完成了车身90%以上的焊装量，是车身制造的核心技术。 为满足节能减排法规要求，轻量化成为车身技术发展的重要趋势，对高强钢应用提出迫切需求。 然而先进高强钢碳当量高、对工件匹配状态敏感，使得车身点焊面临接头韧性差、飞溅严重、焊点尺寸波动大等问题，制约了高强钢在汽车车身中的大批量应用。由于点焊熔核在200～500ms内经历形核、长大和冷却结晶等复杂过程，如何在极短时间内实现熔核长大的有效控制成为高强钢车身制造面临的严峻挑战。该项目围绕先进高强钢车身点焊质量控制，在熔核组织和形态精细调控、焊点质量实时检测以及焊接参数自适应控制三方面实现了重要的技术创新与突破。主要创新如下： 1.提出外加磁场辅助与阶跃脉冲电流调制的电阻点焊新方法，实现先进高强钢点焊熔核宏微特征精细调控，显著提升了高强钢焊点的韧性：建立点焊过程多物理场耦合仿真模型，揭示感应磁场对熔核中流动、传热以及熔核生长的控制机制；提出外磁场辅助与阶跃脉冲电流调制的点焊新方法，通过电磁搅拌控制熔核凝固组织，通过阶跃脉冲电流控制熔核形态，实现了高强钢焊点的形性综合控制，接头韧性提高20～25%，显著降低了接头界面断裂风险。 2.提出多传感信息融合点焊质量实时评价方法，将焊点质量检测从传统离线人工抽检模式变革为在线自动全检模式，显著提高检测效率：揭示不同工况波动模式下点焊过程熔核生长与多传感动态信号的关联规律，利用稀疏自编码实现了信号波形质量特征自动提取与降维筛选，构建基于支持向量回归的熔核尺寸解析预测模型，实现了点焊质量实时精量化评价，飞溅识别精度高达98%，虚焊误报警率与国外同类技术相比降低90.9%，使质检效率提高20～30%，有效提升了生产节拍。 3.开发点焊质量自适应控制技术与装备，实现焊接工艺参数的快速精确控制，提升了高强钢焊点质量的一致性：开发了自适应点焊控制器，电流调节速率(5kA/ms)、反馈控制周期(≤0.5ms)等达到国外同类产品先进水平，电流控制精度(±1.5%)优于国外同类产品，实现了焊接参数的快速实时精确调控；提出基于多元感知信息的焊接工况快速辨识方法，实现工况波动的准确识别；建立焊接参数自适应控制策略，使点焊质量波动幅度降低65%，飞溅降低50%。 项目研发了先进高强钢轻量化车身点焊质量控制技术和系列装备，获授权专利14项(美国专利2项)、制订企业标准和规范6项、发表论文53篇，他引484次。成果近三年在上汽通用五菱宝骏、宏光和上汽通用君越等6个车型214.8万辆车中得到应用，新增产值7.5588亿元，新增经济效益1.9151亿元，推动了高强钢在企业的大批量应用。2017年“SGM点焊质量自动检测”获通用汽车公司全球卓越运营奖。