宋亮

摘 要：鋁合金弧焊工藝開發(fā)過程中，人機工程遇到的主要問題是操作高度、焊接視線、弧光干擾等。本文介紹了鋁合金車身CMT/MIG焊接工藝中涉及人機工程的主要難點問題，并重點分析人機工程問題產生的原因，同時本文結合奇瑞新能源鋁合金車身工藝開發(fā)實踐，簡要分析如何從人機標準、設備選型、工藝設計等途徑尋找和制定解決方案。

關鍵詞：鋁合金CMT/MIG焊;人機工程

1 引言

全鋁合金車身是新能源汽車較為理想的車身形式，在滿足性能前提下，比鋼車身減重25%以上，是新能源汽車實現(xiàn)輕量化、長續(xù)航里程的關鍵技術之一。據市場研究機構分析，2015年全球僅有1%的汽車為全鋁車身;預計到2025年，這一比例將達到18%以上。

鋁車身連接技術通常有鋁鉚接、點焊、弧焊、激光焊、膠接等，其中鋁合金CMT/MIG弧焊因技術難度相對較低、人工或自動化皆宜、投資較低而獲得了較廣泛的應用。

鋁合金CMT/MIG焊工藝難點，主要是鋁焊接變形、焊縫氫氣孔、操作人機性等方面。鋁焊接變形通常從焊接工裝、產品結構上尋找措施，氫氣孔通過鋁焊接生產線采用控濕除塵進行控制，而操作人機涉及產品開發(fā)和工藝設計諸多方面。

鋁合金弧焊工藝開發(fā)過程中，人機工程主要問題是操作高度、焊接視線、弧光干擾等。本文將結合奇瑞鋁車身工藝開發(fā)實踐，探討鋁合金弧焊工藝設計中人機工程遇到的問題及解決方案。

2 操作高度

某全鋁車身焊接線，在最初工藝設計時，將座椅梁焊縫操作時人員站立的高度設為1000mm，這個高度基本符合人機標準。

實際調試時，操作者反饋持槍作業(yè)費力。經調查，燒焊時人手握槍的高度比焊縫高50-120mm，踏臺設計時，座椅梁處焊縫高度1000mm，燒焊時實際人手操作高度1120mm。

此高度雖然比標準高度高出20mm，但深層分析發(fā)現(xiàn)還有其他原因。

從設備角度看，CMT/MIG焊機配套的焊槍比普通CO2焊槍尺寸和重量大25%左右，二次線纜重量大一倍以上。這些重量由操作者承擔。當作業(yè)面高度在900-1000mm，手持焊槍處在人體重心處較為有利，當高度超過1100時，手持焊槍明顯高于人體重心。鋁合金手工弧焊兼具精密作業(yè)和負重作業(yè)（長時間、大負荷）的特點，長期手持焊槍明顯高于人體重心作業(yè)會產生較明顯的疲勞感，影響工作效率、降低焊接質量。

從負重作業(yè)高度標準反向推導即可得到作業(yè)面最佳高度宜選擇在800mm左右。

3 焊接視線

由于鋁合金車身連接焊縫大都為周圈焊縫，工藝設計上不可避免會有出現(xiàn)機艙內、轉角、底盤的焊縫。在實踐中確實出現(xiàn)過一些部位的焊縫的的操作者視線條件較差的問題。

如現(xiàn)場調度階段，底部焊接工位員工反饋后減震器座仰焊時觀察視線不良，不能完全看到焊縫位置。

SE階段采用DELMIA模擬的結論為：（1）視線：焊縫位置可視;（2）空間：頭部距周邊零件27-50mm。從結果看，操作是可行的。但現(xiàn)場調試階段，戴上防護罩后，由于防護罩尺寸較大與周邊零件干涉。

經分析，實物與數(shù)據模擬最大的區(qū)別在于操作者戴的防護帽。不戴防護帽時，人在后減震器座正下方可完整觀察焊縫位置，人的頭部需沿Y向往車外移50mm，此時視線中只能看到后減焊縫的邊緣。當戴上防護帽后，由于帽子尺寸較大與周邊零件干涉，如果頭部沿Y向往外移50mm，防護帽與周邊零件不干涉，但視野中不能完全看到焊縫（焊縫沿搭接兩側勉強能看到一邊）。

這類問題的解決思路，比較直接的是通過改變操作者的站位，改善視野。但最好的方式是通過產品結構的優(yōu)化，消除這種焊接盲區(qū)。鋁弧焊工藝設計時，產品上仰焊區(qū)、空間狹小區(qū)域，在SE模擬時與防護頭盔結合起來考慮。

4 弧光干擾

鋁CMT/MIG焊接時產生的強烈電弧，是弧焊工藝主要污染源之一。在焊機設備選型時即選配了防護頭盔。從實際效果看既起到防護作用，也不影響對弧焊熔池的觀察。但在調試階段卻遇到了另一個問題。

兩個人分別站在左右門洞處焊接地板面板。由于弧光干擾，左右對稱同時燒焊不可行。經交流，直接原因是：在地板燒焊區(qū)域，兩名員工相對站立，例如當左側操作者開始燒焊時，會對右側操作者發(fā)出弧光干擾，導致右側人員無法觀察自己焊縫的位置。

仔細分析防護頭盔的功能時發(fā)現(xiàn)：鋁弧焊防護頭盔所用的防護罩目鏡有弧光自適應功能，即具備平光和弧光保護雙模式。正常工作光線環(huán)境下目鏡是平光模式，可正常觀察工件;當開始焊接（或周邊有焊接，即目鏡視野中有電弧光）時，目鏡自動切換到弧光模式，這時只能觀察弧光區(qū)，操作者視野中其他地方顯示黑色。

這類問題的解決措施，是從操作人員站位、焊接順序等方面考慮。例如本案例中，工藝方案是調整兩名操作者的站位，同時優(yōu)化作業(yè)順序。左側門洞處員工從地板前段中間開始焊;右門洞處員工從前地板后段中間處開始焊。這樣焊接開始時，兩名操作者是背靠背操作。

如果兩名操作者燒焊區(qū)域調整后仍然有“面對面”的區(qū)域，從現(xiàn)場驗證來看不可避免會導致互相影響，從而降低工作效率。在操作空間允許的情況下，在不同的操作區(qū)之間加遮光簾。后期生產線自動化提升時，采用機器人自動焊也是一種積極的改善方式。

鋁弧焊的這類問題，是以往傳統(tǒng)車身的CO2焊工藝所沒有的，這與鋁弧焊設備自身特性相關，因此工藝設計上要考慮弧光干擾對多個人員站位的影響，在SE階段通過產品結構、工藝、工裝優(yōu)化加以解決。

5 結語

通過鋁合金車身項目各階段工藝開發(fā)和實際生產運行，奇瑞制造工藝團隊初步掌握了鋁合金CMT/MIG弧焊工藝基本特點和要求，特別是對人機工程的主要難點有了較為深入的了解。

根據經驗，在后續(xù)項目開發(fā)過程中有效規(guī)避了同類問題，使得制造質量、生產效率各方面均有較明顯的提升。隨著新能源生產線的不斷發(fā)展完善，必將為中國市場提供更多、更優(yōu)質的產品與服務。

（備注：文中數(shù)據經過處理，僅供說明問題參考）