汽车制造工艺基础-第三章白车身焊接

•焊接是现代机械制造业中一种必要的工艺方法，在汽车制造中得到广泛的应用。在汽车零部件的制造中，有点焊、凸焊、缝焊、滚凸焊、焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊、钎焊、摩擦焊、电子束焊和激光焊等各种焊接方法。本章主要介绍电阻焊和气体保护焊。第一节白车身焊接概述•一、白车身车间•白车身车间有分拼、总拼、四门二盖和装配调整四个工段。•分拼工段负责拼装前围、左右侧框合前底板；•总拼工段负责拼装后围和车身；•四门二盖工段负责拼装左右前后车门、引擎盖和行李箱盖；•装配调整工段则负责前三个工段拼装的各车身部件的整车装配调整工作。•白车身车间的主要生产工艺有焊接（拼装）、装配和调整，其中最主要的生产工艺是焊接，有点焊、二氧化碳气体保护焊和钎焊等。图3-2点焊图3-3钎焊•二、汽车工业焊接发展趋势•1．发展自动化柔性生产系统发展自动化柔性生产系统，在焊接方面，主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人。图为点焊机器人工作部位与机器人手臂。•2．发展轻便组合式智能自动焊机•三、宝马汽车的焊接流程第二节电阻焊•一、电阻焊的焊接原理•1.电阻焊的热过程点焊时，对焊件的加热是利用电流直接通过焊件内部及焊件间接触电阻产生的热量来实现。其关系式为：•Q=0.24I2Rt式中Q——所产生的热量（J）；I——两电极之间的电流（A）；R——两电极之间的电阻（Ω）；t——通电时间（s）•采用不同的电阻焊方法，两电极间电阻（R）是不同的。如上图。•2.接触电阻•（1）接触电阻的形成两焊件接触面上存在一定的电阻称为接触电阻。如图。•（2）影响接触电阻大小的因素接触电阻的大小与电极压力、材料性质、焊件表面状况以及温度有关。•3.焊点的形成过程•(1)预压阶段为避免接触电阻过大而使焊件烧穿或将电极工作表面烧坏，因此，一定要在焊件受到预压作用后方可通电。•（2）焊接通电加热阶段预压阶段结束后，开始通电加热，在压力的作用下该处金属发生塑性变形，晶粒破碎，在高温下破碎的晶粒强烈地进行再结晶，使焊件通过相互结晶形成共同晶粒，即完成塑性状态下的焊接。见图。•(3)锻压（维持）阶段当切断焊接电流后，电极继续对焊点进行挤压的工序称为锻压。•二、电阻焊的分类在工业中广泛采用的电阻焊的方法有点焊、缝焊（滚焊）和对焊三种。这里只重点介绍点焊。点焊的接头形式时搭接。点焊过程原理见图。•1.点焊的电极•（1）纯铜电极紫铜具有良好的导电性和导热性，但由于硬度和屈服极限较低，因此寿命很短。•（2）镉青铜电极铬青铜具有较好的力学性能和导电性（为纯铜的90%），常用来制造焊接黑色金属的电极和有色金属电极。•（3）铬青铜电极铬青铜电极具有相当高的硬度，并有良好的导电性和较好的抗氧化能力，它的使用寿命长，因此被广泛用于耐热钢和不锈钢的焊接。•2.点焊的接头形式•3.焊件的焊前清理•焊前必须清除焊件表面的油脂、脏物及氧化膜。•清理前，选用有机溶剂（汽油、丙酮等）或碱性溶液除去焊件表面的油漆、油脂，然后再去除表面的氧化膜，一般可用纱布、铜丝刷或喷砂处理。•4.点焊工艺参数的选择•点焊时，主要的工艺参数有焊接电流、通电时间、电极接触面积和电极压力等。常用的低碳钢点焊工艺参数见表3-1。•5.点焊基本操作•1）启动点焊机。•2）在焊件上划焊点位置线。•3）进行点焊。•4）检查焊点质量。•6.点焊时飞溅严重，甚至使工件烧穿造成严重质量事故的原因•1）焊接规范选择不当。•2）电极末端形状不正确，或两电极有偏差。•3）焊件在两电极中安放倾斜、焊件表面处理不良或表面污染等。•三、电阻焊的设备•1.点焊机的分类•1）按使用的电源不同，可分为工频点焊机、脉冲点焊机、直流冲击波点焊机、电容储能式点焊机以及变频点焊机等。•2）按加压机构传动方式的不同，可分为脚踏杠杆式、电动凸轮式、气压传动式、液压传动式以及复合式点焊机等。•3）按电极的运动形式不同，可分为垂直行程式和圆弧行程式（如图）。•4）按一个焊接周期完成的焊点数不同，可分为单点式、双点式和多点式。•5）按焊机安装形式的不同，可分为固定式、移动式或悬挂式。•2.点焊机的主要技术数据•常用DN2系列气压传动点焊机技术数据见表3-2。•3.点焊机常见故障及排除方法故障特征产生原因排除方法焊接时无焊接电流（1）焊接程序循环停止；（2）焊接变压器初级或次级开路（1）检查时间调节器电路；（2）检查和清洁回路焊接时电极不下降（1）脚踏开关损坏；（2）压缩空气压力调节过低；（3）气缸机械卡死（1）修理脚踏开关；（2）调高压力；（3）拆修气缸焊件大电流烧穿（1）预压时间过短；（2）电极下降速度太慢；（3）焊接压力未加上；（4）上、下电极不对中心；（5）焊件表面不清洁（1）调节预压时间，使其大于电极下降时间；（2）检查气阀是否正常，气缸活塞是否涨紧；（3）检查电极间距离是否太大，气路压力是否正常；（4）校正电极；（5）清理焊件•4.电阻焊机的使用、维护及安全注意事项•1）焊机工作前，对各有关传动部分加油，保证润滑良好；•2）焊机通水后方可进行操作；•3）要经常保持接触器触点清洁；•4）电极与焊件接触处应保持光洁，必要时用细砂纸磨光；•5）焊后应及时清理焊机上的飞渣，防止金属飞渣落入焊接变压器线圈中发生短路；•6）焊机在摄氏零度以下工作完毕后，应使用压缩空气吹除冷却管路中的冷却水。气体保护焊•一、气体保护焊概述•1.气体保护焊的原理•以外加气体作为电弧介质并保护电弧及焊接区的电弧焊法，称为气体保护焊。•气体保护焊按电极是否熔化可分为两种：不熔化极气体保护焊和熔化极气体保护焊。•2.气体保护焊接特点•在焊接过程中，保护气体是以一定压力向外喷射地，不受空间位置地限制，适宜全位置焊接，有利于实现机械化和自动化焊接。但气体保护焊室外作业须有专门的防风措施，否则会影响气体保护效果；电弧光辐射较强；焊接设备较复杂。•3.保护气体的种类•常用的保护气体主要有：氩气（Ar）、氦气（He）、氢气（H2）、二氧化碳（CO2）等。既可使用单一气体，也常采用混合气体，以提高电弧的稳定性，改善焊接效果。•4.气体保护电弧焊的分类•根据电极是否熔化，可分为不熔化极（钨极）气体保护焊和熔化极气体保护焊；按照保护气体的种类不同可分为氩弧焊、氦弧焊、氢原子焊、二氧化碳气体保护焊等；按操作方式不同可分为手工、半自动、自动气体保护焊。•二、二氧化碳气体保护焊•1.概述•（1）CO2气体保护焊的焊接过程•（2）CO2气体保护焊的特点•CO2气体来源广，价格低，而且焊接耗电少,故成本低,约为手工电弧焊的40%左右；•对铁锈敏感性小，不易产生气孔；•焊缝含氢量低，抗裂性好；•焊接电流密度大，生产率较高，通常比手工电弧含高1～4倍，但大电流焊接时飞溅较多，影响焊缝表面成形；•CO2气体具有较强的氧化性，不能焊接易氧化的有色金属材料；•在焊接中易使合金元素烧损，还易产生气孔和飞溅，需在焊丝中加硅、锰等脱氧元素，选用合理的工艺参数，并保证CO2气体的纯度，防止产生气孔。•2.焊接设备•CO2焊接设备由焊接电源、焊枪、送丝机构、供气系统、控制系统等组成。•（1）焊接电源•（2）焊枪•（3）送丝机构•CO2半自动焊地送丝为等速送丝，送丝应均匀平稳。其送丝方式有拉丝式、推丝式和推拉式（如图3-22所示）三种，目前推丝式送丝机构应用较多。•（4）供气系统•供气系统主要由气瓶、干燥器、预热器、减压器和流量计等组成•（5）控制系统•控制系统的作用是对供气、送丝和供电等实行控制。•3.焊接工艺参数•（1）焊丝直径•焊丝直径选择见表3-4。焊丝直径（mm）焊件厚度（mm）焊接位置0.81～3各种位置1.01.5～61.22～121.66～25≥1.6中厚平焊、平角焊•（2）焊接电流•对于一定的焊丝直径，所使用的焊接电流有一定的范围，见表3-5。焊丝直径（mm）焊接电流（A）短路过渡颗粒过渡0.850～100150～2501.070～120150～3001.290～150160～3501.6140～200200～5002.0160～250350～600•（3）电弧电压•见表3-6。•（4）焊接速度•一般焊接速度在15～40m/h。•（5）焊丝伸出长度•焊丝伸出长度取决于焊丝直径，一般为焊丝直径的10倍，且不超过15mm。焊接电流（A）电弧电压（V）平焊位置立焊和仰焊位置75～12018.0～21.518.0～19.0130～17019.5～23.018.0～21.0180～21020.0～24.018.5～22.0220～25021.0～25.019.0～23.5•（6）CO2气体流量•CO2气体流量应根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度、喷嘴直径等选择，过大、过小都会影响保护效果。一般细丝焊接时为6~15L/mm，粗丝焊接时为20~30L/mm。•（7）电源极性•为了减少飞溅，保证焊接电弧的稳定性，CO2焊应选用直流反接。•（8）回路电感值焊丝直径（mm）0.81.21.6电感值（mH）0.01～0.080.10～0.160.30～0.70•4.CO2焊操作技术•（1）基本操作技术•1）引弧。•2）熄弧。•（2）焊缝的连接•焊缝接头的连接一般采用退焊法，其操作方法与手工电弧焊相同。•（3）左焊法和右焊法•CO2焊的操作方法按焊枪移动方向不同可分为左焊法和右焊法（如图）。•（4）运丝方式•运丝方式有直线移动法和横向摆动法。•（5）各种位置的焊接操作特点•1）平焊：一般采用左焊法，焊丝前倾角-10o～-15o。•2）T形接头和搭接接头的焊接：不等厚板的T形接头平角焊时，要使电弧偏向厚板，以使两板受热均匀。等厚板焊接时焊枪的工作角度为40o～50o（与水平板夹角），前倾角为-10o～-15o。当焊脚尺寸不大于5mm时，如图中的A所示；当焊脚尺寸大于5mm时，如图中的B所示。•3）立焊：CO2焊的立焊有两种方式，即向上立焊法和向下立焊法。•4）横焊：横焊时的工艺参数与立焊基本相同，焊接电流可比立焊时稍大些。第四节其他焊接技术•一、激光焊接•激光焊接越来越受到汽车制造厂的重视。图为车身正在进行激光焊接。•1.激光焊接简介•激光焊接采用偏光镜反射激光产生的光束，使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，如果焦点接近工件，工件表面会产生极高温度，在几毫秒内熔化，达到熔化结合的物理变化，也就是起到了点焊的作用，但是焊接的牢固性超过普通的点焊。•激光焊接设备的关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器，又称CO2激光器。•机器人激光焊系统由激光器、冷却系统、热交换器、光缆转接器、激光电缆、激光加工镜组和机器人等部分组成。•2.激光焊接优点•（1）对最终车身重量的减轻•（2）减少汽车零部件