汽车制造中的焊接工艺

汽车制造中的焊接工艺汽车制造四大工艺中，焊装尤其重要，而在焊装的前期规划中，车身焊接夹具的设计又是关键环节。工装夹具的设计是一门经验性很强的综合性技术，在设计时首先应考虑的是生产纲领，同时还必须熟悉产品结构，了解钣金件变形特点，把握零部件装配精度及容差分配，通晓工艺要求。只有做到这些，才能对焊接夹具进行全方位的设计，满足生产制造要求。汽车焊接生产线也是是汽车制造中的关键，焊接生产线中的各种工装夹具又是焊装线的重中之重，焊接夹具的设计则是前提和基础。设计工装夹具时，不仅要考虑生产纲领，还必须要熟悉产品结构，了解钣金件变形特点，通晓工艺要求等诸多内容。生产纲领即合格产品的年产量，它决定了焊接夹具的自动化水平及焊接工位的配置，是通过生产节拍体现的，是焊接夹具设计首先应考虑的问题。生产节拍由夹具动作时间、装配时间、焊接时间、搬运时间等组成。夹具动作时间主要取决于夹具的自动化程度；装配时间主要取决于冲压件精度、工序件精度、操作者的熟练程度；焊接时间主要取决于焊接工艺水平、焊接设备的自动化程度、焊钳选型的合理化程度等；搬运时间主要取决于搬运的自动化程度、物流的合理化程度及生产现场管理水平等。只要把握以上几点，就能合理地解决焊接夹具的自动化水平与制造成本的矛盾。汽车车身的结构特点与焊接的关系汽车车身一般由外覆盖件、内覆盖件和骨架件组成，覆盖件的钢板厚度一般为0.8～1.2mm，有的车型外覆盖件钣金厚度仅有0.6mm、0.7mm，骨架件的钢板厚度多为1.2～2.5mm，也就是说它们大都为薄板件。对焊接夹具设计来说，应考虑如下特点：1.刚性差、易变形经过成型的薄板冲压件有一定的刚性，但与机械加工件相比，刚性要差得多，而且单个大型冲压件容易变形，只有焊接成车身壳体后，才具有较强的刚性。以轿车车身大侧围外板为例，一般材料厚度为0.7～0.8mm，绝大多数是0.8mm，拉延形成空腔后，刚性非常差，当和内板件焊接形成侧围焊接总成后才具有较强的刚性。2.结构形状复杂汽车车身都是由薄板冲压件装焊而成的空间壳体，为了造型美观，并使壳体具有一定的刚性，组成车身的零件通常是经过拉延成型的空间曲面体，结构形状较为复杂。特别是随着现代汽车技术的发展和消费者对汽车品质和外观时尚的要求越来越高，车身结构设计也越来越复杂。3.以空间三维坐标标注尺寸汽车车身产品图以空间三维坐标来标注尺寸。为了表示覆盖件在汽车上的位置和便于标注尺寸，汽车车身一般每隔200mm或400mm划一坐标网线，而整车坐标系各有不同，这里举轿车为例，一般定义整车坐标系坐标原点是：X轴：车身的对称平面与主地板的下平面之间的交线，向车身后方为正，前方为负。Y轴：过前轮的中心连线且垂直于车身地板下平面的平面与车身对称平面之间的交线，向车身右侧为正，左侧为负。Z轴：过两前轮中心且与主地板平面垂直的直线，向上为正，向下为负。装配精度装配精度包括两方面：外观精度与骨架精度，外观精度指门盖等开闭件装配后的间隙面差；骨架精度指三维坐标值。货车车身的装配精度一般控制在2mm内，轿车控制在1mm内。焊接夹具的设计既要保证工序件之间的焊装要求，又要保证总体的焊接精度，通过调整工序件之间的匹配状态及容差分配来满足整体的装配要求。车身焊装夹具设计方法6点定则是汽车车身焊装夹具设计的主要方法，其含义是指限制6个方向运动的自由度。在设计车身焊装夹具时，常有两种误解：一是认为6点定位原则对薄板焊装夹具不适用；二是看到薄板焊装夹具上有超定位现象。产生这种误解的原因是，把限制6个方向运动的自由度理解为限制6个方向的自由度。焊接夹具设计的宗旨是限制6个方向运动的自由度，这种限制不仅依靠夹具的定位夹紧装置，而且依靠制件之间的相互制约关系。只有正确认识了薄板冲压件焊装生产的特点，同时又正确理解了6点定则，才能正确应用这个原则。1.保证门洞的装配尺寸门洞的装配尺寸是整车外观间隙阶差的基础，当总成焊接无侧围分块时，门洞必须作为主要的定位基准。在分装夹具中，凡与前后立柱有关的分总成装焊都必须时，则门洞应在侧围焊接夹具上形成，总装焊时以门洞及工艺孔定位，且从分装到总装定位基准也应统一。直接用前后立柱定位，而且从分装到总装定位基准应统一；当总成焊接有侧围分块2.保证前后悬置孔的位置准确度车身前后悬置孔的位置准确度是车身整体尺寸精度的关键所在，保证和控制车身整体尺寸在公差范围内必须确保前后悬置孔的位置准确度。车身底板上的悬置孔一般冲压在底板加强梁上，装焊时要保证悬置孔的相对位置，以便使车身顺利地下落到车架上，这也是后序涂装和总装工艺悬挂和输送的基础。3.保证前后风窗口的装配尺寸窗口的装配尺寸是车身焊接中的关键控制项，涉及整车外观，前后风窗口若尺寸控制不好，会直接影响前机盖与前翼子板、后侧围与行李厢盖的装配及外观质量。前后风窗口一般由外覆盖件和内覆盖件组成，有的是在前后围总成上形成，在分装夹具上要注意解决其定位；有的在总装夹具上形成，一般在专门的窗口定位装置对窗口精确定位，以保证风窗口的装配尺寸，从而保证整个车身的整体尺寸受控。焊接装配线在汽车制造企业的流水线上，最核心的生产流水线是车身生产流水线，其中关键工段是车身焊接。将各个车身部件焊接在一起，必须有夹具固定部件位置。夹具是非常重要的辅助工具，它的合理性不但影响加工位置的精确性、焊接质量，也影响到工作效率和生产成本。FBL要利用三套昂贵且高精度的夹具（如图中红色），它们从外面固定住加工车身，从车体的左、右和上方等三个位置将车体固定住，然后由机械手臂或者人工对车身进行焊接。这些托架与车身一起移动，直到完工为止。当一辆轿车车体上线时，传送机械从头顶上方的储放区运来三个一组的夹具，将它们运送到车身组装线的位置。如果顺序生产的下一部车是不同的车型，那么该系统将取来另外一组夹具，并将它们运送到组装线上。GBL将三套夹具缩减为一套，它的运行方式就是在车体内部由一台夹具支撑并固定车体。夹具从敞开的顶部伸入，在要焊接的地方固定住车身的侧面。当侧面焊接完毕后，夹具从车体中抽出，车体则随着生产线上移动到下一工位，以便进行下一步不需要特殊工具支撑下操作的焊接，并安上车顶盖。这样，制造每一种车型只需要一个夹具装置，不仅简化了操作，而且增强了灵活性──多种车型可以在同一生产线生产。当然，这需要相当精确的定位尺寸的配合。这条生产线可以重复不断地将一架佳美或亚洲龙或其它型号汽车的车身恰到好处地摆在机器人面前，机器人在不同车型上执行数以千计的点焊指令，对它们来说，唯一的改变只是软件。总而言之，汽车焊接生产线是汽车制造中的关键，焊接生产线中的各种工装夹具又是焊装线的重中之重，焊接夹具的设计则是前提和基础。我们在焊接夹具的设计中，要掌握夹具的基本工作原理和设计准则，不断地学习和探讨先进的设计思路和方法，把持汽车制造技术和工艺装备水平不断优化和提高的核心，顺应汽车制造潮流的发展。只有这样，我们才能设计出满足用户需要的好的夹具，我们也才能制造出满足汽车消费者近乎苛刻要求主要的汽车焊接工艺电阻焊目前电阻焊机大量使用交流50Hz的单相交流电源，容量大、功率因数低。发展三相低频电阻焊机、三相次级整流接触焊机(已在普通型点焊机、缝焊机、凸焊机中应用)和IGBT逆变电阻焊机，可以解决电网不平衡和提高功率因数的问题。同时还可进一步节约电能，利于实现参数的微机控制，可更好地适用于焊接铝合金、不锈钢及其他难焊金属的焊接。西南交通大学针对一工厂铝合金车圈对焊研制成车圈焊接PLC(可编程控制器)智能控制器，对原机进行了改造，解决了铝合金车圈的焊接质量问题，提高了焊接生产率。后又同一工厂研制了PLC缝焊控制器，解决了对一般清理要求制件的缝焊问题。通过这两项控制器的研制，证明了PLC比单片微机控制器抗干扰能力强，可靠性高；比工控机控制器体积小、成本低，使用通用的单相工频交流电阻焊机完成了高难度的对焊及缝焊工作。电阻焊(resistancewelding)是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊、对焊，（见图)。一、点焊点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两柱状电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。点焊主要用于薄板焊接。点焊的工艺过程：1、预压，保证工件接触良好。2、通电，使焊接处形成熔核及塑性环。3、断电锻压，使熔核在压力继续作用下冷却结晶，形成组织致密、无缩孔、裂纹的焊点。二、缝焊(SeamWelding)缝焊的过程与点焊相似，只是以旋转的圆盘状滚轮电极代替柱状电极，将焊件装配成搭接或对接接头，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。缝焊主要用于焊接焊缝较为规则、要求密封的结构，板厚一般在3mm以下。三、对焊(ButtWelding)对焊是使焊件沿整个接触面焊合的电阻焊方法。四、凸焊(ProjectionWelding)凸焊是点焊的一种变型形式;在一个工件上有预制的凸点，凸焊i时，一次可在接头处形成一个或多个熔核。1、电阻对焊(ResistanceButtWelding)电阻对焊是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，然后断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法，电阻对焊主要用于截面简单、直径或边长小于20mm和强度要求不太高的焊件。2、闪光对焊(FlashButtWelding)闪光对焊是将焊件装配成对接接头，接通电源，使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点，在大电流作用下，产生闪光，使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。闪光焊的接头质量比电阻焊好，焊缝力学性能与母材相当，而且焊前不需要清理接头的预焊表面。闪光对焊常用于重要焊件的焊接。可焊同种金属，也可焊异种金属；可焊0.01mm的金属丝，也可焊20000mm的金属棒和型材。电阻焊接的品质是由以下4个要素决定的：1.电流，2.通电时间，3.加压力，4.电阻顶端直径电阻焊的优点1、熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单。2、加热时间短，热量集中，故热影响区小，变形与应力也小，通常在焊后不必安排校正和热处理工序。3、不需要焊丝、焊条等填充金属，以及氧、乙炔、氢等焊接材料，焊接成本低。4、操作简单，易于实现机械化和自动化，改善了劳动条件。5、生产率高，且无噪声及有害气体，在大批量生产中，可以和其他制造工序一起编到组装线上。但闪光对焊因有火花喷溅，需要隔离。电阻焊的缺点1、目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。2、点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量，且因在两板焊接熔核周围形成夹角，致使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。（3)设备功率大，机械化、自动化程度较高，使设备成本较高、维修较困难，并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的平衡运行。电阻焊基本原理焊接热的产生及影响产热的因素点焊时产生的热量由下式决定：Q=I″Rt(6-1）式中Q——产生的热量(J)I″——焊接电流(A)的平方R——电极间电阻(Ω)t——焊接时间(s）1.电阻R及影响R的因素式（6-1）中的电极间电阻包括工件本身电阻R。，两工件间接触电阻R},电极与工作间接触电阻R点焊时的电阻R=2Rw,-l-Rc-I-2Rm(6-2)分布和电流线当工件和电极已定时，工件的电阻取决于它的电阻率。因此，电阻率是被焊材料的重要性能。电阻率高的金属其导热性差（如不锈钢），电阻率低的金属其导热性好（如铝合金）。因此，点焊不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难而散热易。点焊时，前者可以用较小电流（几千安培），后者就必须用很大电流（几万安培）。主要参数对焊接的影响1.焊接电流的影响从公式(1)可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此，在点焊过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因回路的几何形状