第7讲：汽车装焊工艺

TSINGHUAUNIVERSITY第7讲汽车装焊工艺TSINGHUAUNIVERSITY•概述•电阻点焊•焊接自动装置•车身装焊工艺•车架装焊工艺•其它汽车焊接结构的焊接TSINGHUAUNIVERSITY概述•汽车生产中装焊结构产品分为：车身装焊；车门的装焊；车架的装焊接；其他部位的焊接（如油箱、排气管、轮毂、传动轴、水箱、后桥外壳等）。•汽车焊接构件装焊生产过程，比一般的机械产品的焊接更为复杂。–就车身装焊而言，因外部形状是由型面或型线组成，其零部件几乎都是薄板冲压件，且尺寸较大，刚度又小，使装焊过程的难度加大。–使用高精度的装焊胎（夹）具，选用先进的焊接方法与焊接设备以及自动化，电子化程度高的装焊生产线才能适应当代汽车生产的要求。TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY汽车焊接的发展过程•小批量生产的历史已经过去–50年代，车架的中厚板用焊条电弧焊，车身薄板以氧乙炔焊和手工电弧点焊为主–焊接质量低，焊接变形大，焊渣难以清除，体力劳动繁重，生产环境恶劣。•第一次变革：大生产、高质量的要求–CO2焊接、电阻点焊被广泛运用。–提高了机械化程度，如采用反作用焊枪步进式仿形焊钳、气动夹具、自动输送生产线和多点焊机等–问题：还是工艺方法上的变革，仍然存在投资大、生产周期长、劳动强度大的现象TSINGHUAUNIVERSITY•第二次变革：更大规模的生产、更高质量的要求（如焊件的表面平整光洁，焊接质量和焊接规范的恒定）、更快速度适应多品种上场的要求以及更文明生产要摆脱高度疲劳程度和有害气体环境而改善工作条件的要求。–焊接机器人–七五期间，一汽、二汽、南汽分别承担了机器人技术这一国家重点科技攻关项目TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY焊接制造技术发展：自动化程度的提高•要求产品设计不断改进–零件形状要尽量简单，便于装配定位和夹紧，零件不要分得太碎小，尽量采用整体冲压件，以简化装焊工序，提高装配质量，如IVECO汽车的门框采用了整体冲压件，给驾驶室的装配定位带来了很大方便。–在焊接方面，在满足结构形状刚性和强度的前提下要使焊接量降到最少（并非焊点越多越好），以减少焊接变形和简化焊接设备，同时要使接头设计能适应机器人点焊。TSINGHUAUNIVERSITY•生产制造简化，柔性–缩短车身总焊线的长度，减少总焊线的工作量，改进车身制造程序。•目前国外设计已把车前整个总成或部分零件装焊工位移入底板装焊线，使底板总成带有车前总成和前围总成，减去了前围焊装线，南汽厂引进的IVECO汽车底板总成就是这样的结构，也可以认为已逐步向轿车的底板结构发展，完全改变了我们过去的生产方式。–使生产线具有柔性，能实现多种变型车的生产，利用现代电子技术，在变换车型品种时能自动识别，将信号自动通知全线各个工位，以适应新品种的生产。TSINGHUAUNIVERSITY一、电阻点焊TSINGHUAUNIVERSITY1、电阻焊•将焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。TSINGHUAUNIVERSITY•优点：–冶金过程简单，生产率高，表面质量好，–热影响区小，变形小–焊缝不需填充金属，操作简便–劳动环境干净–易于实现自动化，适于大批量生产。•缺点：–设备费用高，投资大–耗电量大，需大功率供电网–焊件的接头形式与断面形状及尺寸受到较大限制，不宜焊接较厚工件。TSINGHUAUNIVERSITY2、电阻点焊SpotWelding•焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属形成焊点的电阻焊方法TSINGHUAUNIVERSITY点焊循环•点焊循环：一个焊点的形成过程•点焊循环图：反映了点焊中电极压力和焊接电流与时间的关系。–预压：通过电极对焊件施加压力，使焊接处相互紧密接触。–焊接：熔核逐渐形成并长大。–锻压：凝固收缩的熔核在电极压力作用下产生挤压变形，形成致密的核心。–休止：准备下一个点的焊接TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY点焊分流现象•点焊分流现象：焊接新焊点时，有一部分电流会流经已焊好焊点，使焊接电流发生变化，影响点焊质量。TSINGHUAUNIVERSITY•影响分流的因素：–点距与材料：焊件厚度越大，导电性越强，点距要越大。–焊件的层数–焊件的厚度–焊件表面状态–焊接压力TSINGHUAUNIVERSITY点焊的规范参数•焊接电流和焊接时间TSINGHUAUNIVERSITY–强规范：焊接电流大而通电时间短。用于铝合金、低碳钢及不等厚的焊件•焊点压痕浅；•加热区窄，焊接变形小；•电极软化，磨损小；•生产率较高•焊缝质量稳定性差；•飞溅倾向大–弱规范：焊接电流小而通电时间长。用于低合金钢及耐热合金的点焊。•加热平稳，易保证熔核尺寸的一致性•温度场分布平缓，塑性区宽，可减小熔核内的飞溅、缩孔及裂纹的倾向；•有预热缓冷的加热倾向，减小淬火倾向的材料冷裂纹倾向；•加热区宽，焊件变形大；•电极磨损快TSINGHUAUNIVERSITY•电极压力–调整加热强度–决定了塑性变形的温度和强度–取决于被焊材料种类、厚度和焊接规范•电极直径TSINGHUAUNIVERSITY点焊的接头形式TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY点焊质量•未焊透•飞溅•压痕过深•缩孔和气孔•裂纹TSINGHUAUNIVERSITY车身覆盖件点焊结构工艺性•分块应尽量减少焊件件数•孔洞件最好设计成整体结构•为减少分流，应采用合适的点距•点焊接头型式应合适TSINGHUAUNIVERSITY汽车焊接用点焊机•固定点焊机：–一般用于焊点布置在靠近零件的边缘，且接头的开敞性好的小型组合件焊缝。–如支柱和盖板的焊接。•专用多点焊机：–有单面点焊和双面点焊两种。–对于焊点布置在零件中间，焊点多且排列整齐，生产批量的车身组合件或部件，若结构上下开敞好，采用双面多点焊方式，否则采用单面点焊方式。TSINGHUAUNIVERSITY•悬挂式点焊机：–带焊枪式•若零件小，焊点少，装配要求不高，则采用带手动焊枪的悬挂点焊机进行装焊，不需夹具。•若零件大，焊点平面布置距离大，生产批量小，不宜采用专用多点焊机焊接的部件或组合件，采用带气焊枪的悬挂点焊机焊接。–带焊钳式•带焊钳式的悬挂点焊机主要用于对大型部件和车身总成的装焊，一般设置在车身装焊总成或部件的生产线上。•悬挂式点焊机的焊钳有气焊式和液压式两种，气压式动作快，生产效率高，但压力不稳定，焊钳上TSINGHUAUNIVERSITY点焊在车身焊接中的优势•车身材料具有良好的电阻点焊可焊性–电阻系数较大（比铜大8—10倍）；–塑性变形温度范围宽；–结晶温度范围窄，不易产生热裂纹；–淬火倾向小，不易产生冷裂纹，•大批量生产中可采用硬规范（大电流、短时间），能获得较高的生产效率。•电阻点焊设备操作简便。•易于实现机械化和自动化。•搭界接头型式有利于提高装配速度，对零部件互换性要求可以降低。TSINGHUAUNIVERSITY缺点•电阻点焊必须要求的搭接接头型式，承载能力低，并增加车身结构重量。•电阻点焊焊具的可达性差，要求接头处结构开敞性好；•设备投资较大。TSINGHUAUNIVERSITY3、其它电阻焊方法•缝焊SeamWelding–焊件装配成搭接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。–密封性好，但分流现象严重–应用：焊接3mm以下薄板、有密封要求的较规则焊缝，如油箱、小型容器和烟道等结构产品。TSINGHUAUNIVERSITY•对焊ButtWelding：将焊件装配成对接接头进行的电阻焊方法TSINGHUAUNIVERSITY•电阻对焊UpsetButtWelding–将焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法。–焊前接头端面要平滑、清洁–一般用于截面简单、直径小于20mm和强度要求不高的棒材和线材。TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY•闪光对焊FlashButtWelding：–特点：•接头强度较高，承载能力强。•在焊口周围有大量毛刺，结合面处有较小凸起；•焊件需留较大余量；•焊接时火花飞溅，需隔离防护；•焊后需清理接头处的毛刺。–应用：适用于承受较大载荷零件或重要零件的焊接。TSINGHUAUNIVERSITY二、汽车装焊自动化装置TSINGHUAUNIVERSITY仿形自动焊TSINGHUAUNIVERSITY装焊用机器人•工业机器人的定义：“一种能够自动定位控制，可重复编程的，多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。（国家标准GB/T12643－90）•外表看起来与人完全不一样，但它具有人的手和脚的运动功能，能够完成人所做的某些工作。–第一代机器人:示教再现型工业机器人，这类机器人对环境的变化没有应变或适应能力。–第二代机器人:在示教再现机器人上加视觉、力觉、触觉等感觉系统，具有对环境变化的适应能力。目前已有部分传感机器人投入实际使用；–第三代机器人:智能机器人，能以一定方式理解人的命令，感知周围的环境、识别操作的对象，并自行规划操作顺序以完成赋予的任务。TSINGHUAUNIVERSITY表5.1工业机器人的分类分类方法驱动方式用途操作机构的位置机构形式应用机能操作机轴数类型液动式机器人气动式机器人电动式机器人搬运机器人喷涂机器人焊接机器人装配机器人专门用途机器人直角坐标型机器人圆柱坐标型机器人球（极）坐标型机器人关节型机器人顺序控制机器人示教再现机器人数值控制机器人智能机器人4轴机器人5轴机器人6轴机器人7轴机器人TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY•机器人控制有三种信息：–顺序信息即各程序步中单元动作的配合及步进顺序；–位置信息即到各点的坐标值；–时间信息即各程序步所用的时间，这也可表示为完成各动作的速度。TSINGHUAUNIVERSITY•点位控制机器人:如点焊机器人、上下料机器人和搬运机器人。这里控制的仅仅是精确的坐标位置，它与NC机床的点位控制较为相似。–每个运动轴通常都是单独驱动的。各个运动轴相互协调运动，实现各个坐标点的精确控制。–在示教状态下，操作者使用示教盒上的控制按钮，分别移动各个运动轴，使机器人臂部到达一个个控制点，按下示教盒编程按钮存储各个控制点的位置信息。–再现或自动操作时，各个坐标轴以相同的速度互不相关地进行运动。哪个运动轴移动距离短便先到达控制点，自动停止下来等待其它运动轴。就这样，完成一个控制点的运动。–点位控制时控制点之间所经过的路线不必考虑，也很难预料。TSINGHUAUNIVERSITY•连续轨迹控制机器人:如涂装、弧焊机器人–与NC机床的不同•许多连续轨迹机器人控制系统中没有插补器。•取代插补器的办法是将机器人运动的一系列连续轨迹进行离散化处理，用许多小间隔的空间坐标点表示将这些坐标点存储在存储器内。–在示教时，操作者可以直接移动机器人或使用示教臂，引导机器人通过预期的路径来编制这个运动程序，控制器按一定的时间增量记下机器人的有关位置，时间增量可在每秒5至80个点的范围内变化。–存储时，不仅要将位置信息、动作顺序存储起来，还必须将机器人动作的时间信息一起存储到磁带和磁盘上，以便控制机器人的运动速度。–再现时，磁带或磁盘作等速运动，机器人运动的位置信息从磁带或磁盘上读出，送到控制器去控制机器人完成规定的动作。TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY装焊线的传送–滑滚传送–往复式传送–悬吊式传送–链式传送TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY车身装焊生产线•自动生产线是由几台甚至几十台自动机床按照加工顺序排列，利