汽车车身焊接技术(讲课资料).ppt

汽车车身焊接工艺技术 汽车焊接工艺 一 车身装焊工艺1 焊接工艺特点 1 1 常用的焊接方法 1 2 特点 1 电阻焊最多 占整个焊接工作量的60 以上 有的车身几乎全部采用电阻焊 长安大约80 以上 2 必须使用多点定位 压紧的装焊夹具 3 车身焊接是由若干个小总成组焊成较大的总成 再由较大的总成组焊成大总成 最后各大总成组焊成车身总成 长安汽车产品后碰撞横梁总成焊接流程图 4 车身装焊方式与生产率密切相关小批量生产 手工装焊方式 装焊夹具少 装焊工作在一个或少数几个工位完成 大批量生产 装焊工作是在具有定位迅速准确的装焊夹具和完善的质量控制手段的自动化生产线上完成的 有的自动线上还大量使用了焊接机器人 以适应快的生产节奏和保证稳定的焊接质量 2 电阻焊2 1 电阻焊及其特点2 1 1 电阻焊概念 又称接触焊 将置于两电极之间的工件加压 并在焊接处通以电流 利用电流通过工件本身的电阻产生的热量来加热而形成局部熔化 断电冷却时 在压力继续作用下而形成牢固接头 这种工艺过程称为电阻焊 2 1 2 电阻焊特点 1 利用电流通过工件焊接处的电阻而产生的热量对工件加热 即热量不是来源于工件之外 而是内部热源 两电极间的次级电压仅几伏 通过的电流达到上万安培 2 整个焊接过程都是在压力作用下完成的 即必须施加压力 3 在焊接处不需加任何填充材料 也不需任何保护剂 2 1 3 电阻焊的分类按接头形式可分 搭接电阻焊对接电阻焊搭接电阻焊又分 点焊 缝焊 凸焊 1 点焊的分类A 按供电方向分 不同形式的双面点焊图单面点焊双面点焊B 按同时完成的焊点数分 单点 双点 多点焊 长安公司普遍使用的电阻焊形式 双面单点焊 少数多点焊 单面点焊 2 缝焊的分类类似于连续点焊 是以旋转的滚盘状电极代替点焊的柱状电极 所以缝焊实质是由许多彼此互相重叠的焊点组成 连续缝焊 断续缝焊和步进式缝焊等 适应范围 要求气密性的焊缝 例如汽车油箱 3 凸焊凸焊是点焊的一种变型 它是利用零件原有的能使电流集中的型面 倒角或预制的凸点来作为焊接部位的 凸焊主要用于将较小的零件凸焊 如螺母 垫圈等 焊到较大的零件上 对接电阻焊分类 又称对焊 对焊是电阻焊的另一大类 它是把焊件整个接触面焊接在一起 接头均为对接接头 对焊分为 电阻对焊和闪光对焊 2 1 4 电阻焊的优缺点电阻焊与其它焊接方法比较有一些显著优缺点 优点 1 焊接质量好 2 生产率高 3 省材料 成本低 4 劳动条件好 不放出有害气体和强光 5 操作简单容易实现机械化和自动化 缺点 1 焊接设备费用较高 投资大 2 需要电力网供电功率大 一般电阻焊机的功率为几十甚至几百千伏安 3 焊件的尺寸 形状和厚度受到设备的限制 厚度一般在2毫米以下 长安公司焊件厚度一般为0 8mm 1 2mm 3 点焊3 1 点焊的热源及焊点形成热量为 W I2wRtw式中 Iw 通过焊接区的平均电流值 安 R 两电极间总电阻的平均值 欧 tw 通过焊接电流的时间 秒 3 2 点焊时的电阻点焊时的总电阻 R 2Rjb 2Rb RC式中 Rjb 电极与焊件间的接触电阻 欧 Rb 焊件内部电阻 欧 RC 焊件与焊件间的接触电阻 欧 通常焊接电流Iw与通电时间tw都是选定的 总电阻由接触电阻和焊件电阻组成 这两部分电阻在焊接过程中起着不同的作用 1 接触电阻接触电阻的形成 任何零件表面都不是绝对光滑 从微观来看都是凹凸不平的 既使两焊件在压力作用下互相压紧时 也不可能沿整个平面相接触 而只在个别凸点上接触 放大来看如右图所示 当电流从这些凸点通过时 由于导电面积突然减少 造成电流线弯曲与收缩 使带电粒子运动时的碰撞和阻尼增强 从而形成了接触电阻 影响接触电阻大小的因素 电极压力表面状态加热温度电极压力的影响 焊件间的接触状态 电极压力增大 电极间金属的弹性与塑性变形愈大 焊件表面的凸出点被压溃 氧化膜也被破坏 使接触点的数量和面积都随之增加 因此接触电阻就减小 如图所示 RF焊件表面状态的影响 焊件表面存在氧化物和污物时 尤其是导电性很低的氧化物时 会严重阻碍电流的通过 因而接触电阻显著增加 加热温度的影响 焊接加热过程中 随着焊件温度的逐渐升高 接触点金属的压溃强度逐渐下降 接触点的面积和数目必然增加 接触电阻随之下降 接触电阻的作用 在焊接开始瞬间对热量的产生有一定影响 在形成焊点的总热量中 所占比重不大 不超过10 焊件与电极间的接触电阻Rjb对焊接是不利的 Rjb大 容易使焊件和电极间过热而降低电极寿命 甚至使电极和焊件接触面烧坏 因此焊件和电极表面在焊前必须仔细清理 尽可能减少它们之间的接触电阻 此外 电极必须具有良好的冷却条件 使此处热量能迅速导散 2 焊件的内部电阻焊件的内部电阻是形成焊点的主要热源 焊件电阻Rb s 式中 焊件厚度 mm s电极与焊件的接触面积 mm2 温度为T度时 焊件金属电阻系数 mm 影响焊件内部电阻的因素 电极压力增大 焊件间接触面加大 Rb会减小 温度增高时 材料压溃强度下降 使同一压力下接触点数目与面积增加 电流线分布均匀 故Rb会降低 但温度增同的同时 焊接区金属的电阻率 也增加 使Rb会略有增加 3 3 点焊时的加热点焊焊接区的温度场是由加热与散热这两个过程共同作用的结果 其热平衡方程式如下 Q Q1 Q2式中 T Q 电流产生的总热量Q1 形成熔核的热量Q2 损失的热量有效热量Q1与焊接时间无关 而损失热量Q2t随加热时间的增长而增加 因此 焊接时间越长 完成焊接所需的总热量也越多 焊接所需的平均热功率q 即单位时间内所产生的热量为 q 平均功率越大 加热越快 焊接时间就短 因此可以得出结论如下采用大功率焊机 焊接时间可以缩短 生产效率可以提高 这就是强规范或硬规范焊接 采用小功率焊机 则因焊接电流小 必须延长焊接时间 这就是所谓弱范 也叫软规范 如果焊机功率太小 尽管延长通电时间 也只能徒然增加损失热量 无法建立必须的温度场 不能进行焊接 因此 焊接一定厚度的焊件 焊机的功率必须足够大 长安固定式点焊机一般功率为 100 200KVA 悬挂式点焊机一般为 160KVA 3 4 点焊过程点焊循环 一个焊点形成的过程 反映点焊循环中电极压力和焊接电流关系的图叫点焊循环图 点焊循环由四个基本阶段组成 预压阶段F I焊接阶段锻压阶段休止阶段t 3 5 点焊工艺 1 焊点的一般要求焊点直径d的确定 d 5 6 mm 式中 被焊件的厚度 mm 例如 点焊0 8 1mm厚度的钢板时 焊点直径可取4 6mm 2 点焊规范参数及对焊接质量的影响点焊主要规范参数 焊接电流Iw焊接压力Fw通电时间tw电极端面几何形状与尺寸等 焊接过程各参数间不是孤立的变化 常常一个参数变化会引起另一个参数的变化 而几个参数按一定要求组合会得到不同加热效果 一般来说 焊接电流增大 发热量增加 熔核增大 焊接电流过大 产生飞溅 焊接压力增大 接触面积增大 电阻和电流密度减小 发热量减小 散热增强 总热量减少 焊接熔核尺寸减小 通电时间增加 发热量增加 熔核增大 通电时间过长 产生飞溅 电极端面尺寸增大 接触面积增大 电流密度减小 发热量减小 散热增强 总热量减少 焊接熔核尺寸减小 通常焊核直径d与电极工作表面直径ddj有如下关系 d 0 9 1 4 ddj 3 焊接规范选择应遵循的基本原则 A 材料的物理性能 导电 导热性好的材料 选用焊接电流大 通电时间短的硬规范 易淬火材料 则选用软规范 B 焊接过程中不应产生飞溅 C 产品结构与质量要求大型薄壁结构焊接时 应采用硬规范 减少变形 刚性较大装配不良的结构 则采用软规范 例如 1 1mm厚度钢板点焊其硬规范如下 电极压力 2 25 KN 焊接时间 8 周 0 16秒 焊接电流 8 8 KA 熔核直径 5 8 mm 当一个工件中个别焊点出现1 1 1mm三层钢板点焊 大多数焊点为1 1mm两层点焊时如何处理 一种方法是增加一把焊钳 专门另调规范参数点三层焊 若场地不允许挂焊钳 可采用另一种方法 用点两层焊的焊钳 在三层焊点处每个焊点分别重复焊两次 长安叫加重焊 可达到焊牢目的 4 车身装配点焊的质量控制A 焊件表面清理焊件表面质量对焊接电流影响很大 油污 锈蚀 污物等减小焊接电流 B 控制零件装配间隙装配间隙过大会产生飞溅 装配间隙要求 0 1 0 2 mm 一般不应大于 0 5 0 8 mm C 点焊分流与焊点间距点焊时 不经过焊接区 未参加形成焊点的那一部分电流叫分流 分流对焊接质量的影响 造成未焊透 焊核形状畸变等缺陷 相邻两焊点的中心距称为焊点间距 焊点间距越小 分流越大 一般低炭钢厚度为1mm时 点焊间距为 30 50 mm 此时分流达25 40 焊点布置 二层低炭钢点焊时的点距一个焊件的厚度mm12346最小点距mm1525304060一般情况下 点距不能小于焊点直径的3倍 焊点中心到板边的最小尺寸 一个焊件的厚度mm12346到板边最小距离mm812182530三层低炭钢点焊时的点距一个焊件的厚度mm12346最小点距mm2030405080 5 焊点质量强度要求单点最小拉剪载荷 F N 与熔核直径要求材料10钢熔核直径板厚 mm 20钢 mm 0 38002 5 10 514503 0 10 831003 5 11 040004 0 11 580006 0 12 0110007 0 1 52 5150008 0 1 53 0190009 0 1 5焊点压痕深度要求 不超过板厚20 焊点强度检验方法 分为破坏性检验和无损检验两大类 破坏性检验 A 撕破或斜楔检验用简单工具在现场对点焊工艺试片进行剥离 斜楔等 可获得焊点直径 强度等大致印象 但不能得到较准确的性能数值 工厂常用斜楔方法检验焊点强度 若确认合格 可将楔开的工件敲回再用 不合格 应重焊 B 低倍检验工艺试片作低倍磨片腐蚀后 用10 20倍放大镜观察 可获得有关熔核直径 焊透率等准确数值 C 金相检验通过焊点金相组织变化情况 有无过烧 晶粒粗大等 改进工艺获得最佳点焊接头 D 机械性能试验点焊常用方法有 拉剪试验 拉伸试验 疲劳试验等 剥离法 斜楔法 无损检验 目视检验 X光检验 超声波检验 涡流检验和磁粉检验等 点焊质量问题表名称质量问题产生的可能原因改进措施熔核未焊透或电流小 通电时间短 调整规范尺寸熔核尺寸小电极压力过大缺陷电极接触面积过大修整电极表面清理不良清理表面焊透率过大电流过大 通电时间过调整规范长 电极压力不足电极冷却条件差加强冷却 改换导热好的电极材料外部焊点压痕过深电极接触面过小修整电极缺陷及表面过热电流过大 通电时间过调整规范长 电极压力过大电极冷却条件差加强冷却焊点表面粘损电极材料选择不当调换合适电极材料电极端面倾斜修整电极 焊点脱开焊件刚性大而又装配不良调整板件间隙 注意装配 调整规范裂纹 缩松焊接时间过长 电极压力调整规范缩孔不足 锻压力加得不及时熔核及近缝区淬硬选择合适的焊接循环内部大量喷溅清理表面 增大电极压力缺陷板间有金属电流过大 电极压力不足调整规范溢出 内部喷板间有异物或贴合不紧清理表面 提高压力溅 边距过小改进接头设计气孔表面有异物 镀层 锈等 清理表面 6 作业指导书 点焊操作示意图 纵梁底部焊接纵梁侧面焊接侧围铜板焊侧围窗框焊接 车门增焊前风窗焊接 作业指导书格式 如上图所示包含内容 编号 工位号 夹具名称 夹具代号 产品代号 零部件名称 零部件号 作业前 设备安全 工装 互检 作业中 焊接过程描述 车型变化提示 规范参数 作业后 自检内容 检查方法 检测工具 处理措施编制审核批准时间附作业零部件图及组成明细表 夹具开关图附工位焊点分布图附点焊操作图 长安焊接车间点焊规范参数表 钢板厚度1毫米左右 3 6 点焊设备分类按用途分 通用 专用点焊机 专用点焊机主要是多点焊机 通用点焊机按安装方法不同分 固定式点焊机悬挂式点焊机按电源不同分 脉冲点焊机工频点焊机变频点焊机按加压方式不同分 脚踏式点焊机电动凸轮式点焊机气压传动式点焊机液压传动式点焊机 1 固定式点焊机用途 点焊小总成 特点 焊机不动 每焊完一个焊点后焊件移动一个焊点距 以进行下一个焊点的焊接 选择焊机原则 A 板厚低炭钢额定功率 KVA 负载持续率 频率 赫 2 5 2 5mm以下7520工频4 4mm以下 10020工频6 6mm以下 20020工频长安工厂为了适应范围宽 足够过载和高的生产率 低炭钢2 5 2 5mm以下也选择额定功率100KVA或200KVA焊机 B 工件外形尺寸 中 小件 电极臂长250 350mm左右大件 电极臂长600mm左右 保证工件所有焊点能焊完 操作要领 A 按工件外形尺寸 调整两电极臂间的开档尺寸和电极伸出长度 使工件上每个焊点都能正确焊到 B 选择正确电极并装在电极杆上 电极头部直径6毫米左右 C 焊前通冷却水 D 用试片调整出最佳焊接规范参数 E 清理工件表面污物与锈蚀 按工艺要求正确进行点焊 F 工作中视焊点状态修整电极直径 使其保持直径6毫米 G 焊接结束 关闭冷却水 电源 气源 2 悬挂式点焊机作用 大型薄板焊接总成件的点焊 特点 焊接变压器 控制箱 焊钳 通水电缆等悬挂在空中 优点 移动方便 灵活 劳动强度低 缺点 二次回路长 功率损耗大 焊机组成 器衡平 焊枪 通水电缆 焊接变压器与控制箱 焊机选择原则 板厚低炭钢3 3mm以下额定功率 KVA 负载持续率 特性次级空载电压 V 16050工频14 19低炭钢3 3mm以上的 悬挂式焊机一般不适宜 若工件局部出现时 可用CO2保护焊处理 长安使用悬挂式焊机一般额定功率为 160KVA 操作要领 A 按工件外形尺寸 选择合适焊枪 使工件上每个焊点都能正确焊到 焊枪在夹具中能顺利进出 操作方便 B 选择正确电极并装在焊枪电极臂上 保持头部直径6毫米 C 选择正确平衡器 一般焊枪为15 20公斤 电缆9 15公斤 以焊枪 电缆能用手轻松调节就行 D 焊前通冷却水 E 用试片调整出最佳焊接规范参数 F 清理工件表面污物与锈蚀 G 按工艺要求正确进行点焊 H 工作中视焊点状态修整电极直径 使其保持直径6毫米 I 焊接结束 关闭冷却水 电源 气源 焊枪 分类 C型焊枪X型焊枪 电极 电极材料 电极制造 元车 少量加工用 非标电极 强度低 质量差 费材料 寿命短 价格高 一般十二元左右一个 冷压力镦制 质量好 省材料 强度高 寿命长价格便宜 一般十元左右一个 电极与悬挂式焊机电极臂或固定式焊机电极杆联接方式 1 10锥度电极选择原则 工件材料 工件形状和几何尺寸 焊钳结构 焊机结构 固定式焊机或悬挂式焊机 电极使用要领 经常保持头部直径6毫米左右 必须通水使用 联接锥度光整 常用电极形式 焊枪组成 焊枪极臂材料 铸造黄铜焊枪内部 铸造有流水通孔 焊枪选择原则 工件外形及几何尺寸 焊钳能到达工件需要点焊的部位 在夹具中焊接 要考虑顺利进出 操作方便 焊接完成后 能方便从工件退出 在满足能焊完需要的焊点前提下 焊枪愈小巧 愈轻便愈好 焊枪操作要领 必须在通水前提下使用 在正确的焊接规范参数下使用 不能锤击电极臂 电极 电极臂 气缸 介绍几种焊枪图 变压器与焊枪做成一体的称为一体化悬挂式焊机 优点 节能 分体机功率160KVA 一体化焊机只要45KVA 缺点 操作不如分体式方便 焊工直接与380伏焊机接触 危险性较大 控制箱与变压器做成一体的称为同体式悬挂焊机 优点 体积小 占地面积小 悬挂式焊机的安装 横向滑轨 纵向滑轨 焊枪 变压器与控制箱 水 电 压缩空气源 构架 运输电葫芦 平衡器 焊接设备常见故障 悬挂式点焊机 天津七所 总的来说不如南京小原好 表现在 1 主板坏一年左右出现坏 表现为电流不稳 2 电磁阀输出常通 3 监控系统滞后 4 控制箱可控硅寿命不如小原长 控制箱HCW 5 变压器接线盒两支脚断 6 关水阀关不住水 7 控制箱到显示器连线坏 人工到构架上去调 焊钳 温州 1 内部通水是铜管 易掉影响冷却 小原是软管 2 爆缸 擦缸 缸拉毛 一年左右出现 漏气 压力不足 电缆 柳州铜线硬 中间断线 有的半年出现 小原二年未出现 CO2半自动焊机 唐山 一般较好 有时2 3个月出现下面的问题 1 主板坏 2 体积大 移动不便 与美国林肯焊机比较 3 可控硅坏 4 接触器坏 4 凸焊在焊件上预先加工出凸点 或利用焊件上原有的能使电流集中的型面 倒角等作为焊接时的局部接触部位与板件焊接在一起的方法 4 1 凸焊与点焊比较的特点 1 单位面积上的压力与电流更大 2 分流小 表面的氧化膜易破裂 电流集中 3 生产效率高 一次可多点焊 4 焊接变形小 5 零件表面无压坑 电极寿命长 6 焊前准备工作多些 预先制出凸起部分 4 2 常见的凸焊接头形式长安公司常见的有 车门内蒙皮上的凸焊螺母 纵梁上的凸焊螺母 凸焊图例5 二氧化碳气体保护焊5 1 概念二氧化碳气体保护焊是一种熔化极气体保护电弧焊接方法 它利用焊丝与工件间产生的电弧来熔化金属 由CO2气体作为保护气体 并采用光焊丝作为填充金属 5 2 与其它电弧焊相比具有的优点 1 生产率高焊丝可连续自动送进 电流密度大 焊丝熔化快 焊后没有熔渣 变形小 熔深大 2 操作性能好 因为是明弧 3 焊接质量高 热量集中 焊缝金属含氢量低 抗裂性好 4 焊件表面清理不严格 对铁锈敏感性小 5 成本底 6 易于实现机械化 自动化 7 适应性强 应用范围广 8 怕风 露天作业性差 9 弧光和热辐射强 10 不能采用交流电源焊接 11 焊缝气孔较多 5 3 原理焊丝送到导电嘴 与工件接触产生电弧 气瓶中的CO2气体经预热 干燥和减压后以一定的流量从喷嘴流出 把电弧和熔池与空气隔离开来 防止了空气中氧气对熔化金属的有害作用 CO2气体是一种活性气体 具有很强的氧化性 在电弧高温作用下 CO2CO OCO2和分解产生的氧原子O 对熔化的铁 锰 硅等元素都有氧化作用 这种氧化作用 是在熔池中和电弧区域内同时发生的 以铁为例 其氧化反应式为 Fe OFeOFe CO2FeO COFeO CFe CO硅 锰等合金元素同样也发生上述反应 这种氧化反应一方面使焊缝中的合金元素烧损 引起焊缝机械性能和物理性能的降低 另一方面 熔池中生成的CO气体 在熔池凝固时如来不及逸出 将导致焊缝中形成气孔 为防止氧化 一般采硅锰合金焊丝 常用的为H08Mn2siA 其中的硅 锰作为还原剂和合金剂 5 4 焊接设备分类 自动焊机半自动焊机设备主要包含如下内容 焊接电源送丝机构焊枪气路系统控制系统 推丝式焊枪 拉丝式焊枪 二 车身装焊夹具1 概念 为完成装配和焊接工作 用以夹持并确定工件位置的工具和装置 2 作用 保证产品质量 提高劳动生产率和减轻劳动强度 EQ1090驾驶室总成随行夹具与总装夹具 门框装焊夹具图如下 3 基本要求 1 保证焊件焊后能获得正确的几何形状和尺寸 2 使用时安全可靠 3 操作简单 轻便灵巧 焊枪可到性好 4 保证有足够的刚度和强度 5 便于制造和维护 6 成本低 4 使用夹具装焊工件的程序 1 装配定位 2 压紧 3 焊接 4 卸压 5 托起取出5 夹具设计考虑的因素 1 定位选择定位的基本原则 A 优先选择孔作为定位 B 平面与曲面共存时 优先选择平面定位 C 优先选择零部件的设计基准作定位 2 定位元件挡铁 定位销 支承板 样板或胎模等 常用定位元件图如下 汽车车门胎模定位样板定位曲面支承板定位各种形式的挡铁定位定位销定位 3 压紧压紧的目的 A 使工件的定位基准与定位元件紧密接触 B 保持工件位置在焊接过程中不变动 确定压紧力大小的因素 A 能够克服零件的局部变形 使各装焊零部件能达到要求的相对位置 B 足以应付焊接过程中热应力引起的约束反力 C 当工件在夹具上翻转时 足以克服重力和惯性力 把工件牢牢地夹持在夹具上 D 需要在夹具上实现焊件预反变形时 夹具应具有使焊件获得预反变形量所需要的夹紧力 介绍几种手动压紧器 肘节压紧器快速压紧器弓形压紧器螺旋压紧器手动压紧器的缺点 A 效率低 B 压紧力低 优点 经济 维修简单 长安公司90 以上是使用气动压紧器 气动压紧器的优点 A 效率高 B 压紧力大 缺点 成本高 对气缸气密性能等要求高 长安公司一般用日本SMC公司的产品 一个缸径50mm的气缸一般上千元以上 大型气缸上万元 长安公司三工厂八万辆线焊接夹具南非柯马制造 时间一年左右 投资1 3亿左右 六万辆线天津福臻制造 时间六个月左右 投资二千四百万左右 五工厂CM8焊接夹具韩国宇信制造 从设计到试生产十个月左右 投资1 4亿左右 CV9焊接线德国库卡已中标 现正在设计制造中 估计时间十个月左右 投资7千万元左右 三工厂八万辆线 五工厂CM8线的车体焊接夹具 是通过式夹具 复杂系数高 目前国际上也算先进的水平 三 车身装配焊接生产线1 新产品开发焊接工程师做的工作 1 1 样车拆卸 解剖确定工艺路线 工艺流程 焊接夹具数量 焊接工艺 1 2 工程化SE分析与样车制作进一步确定工艺路线 工艺流程 SC6350前地板工艺路线如下 前地板焊接工艺流程示意图 验证产品的工艺性 比如焊枪是否可达到要焊接部位 产品零部件结构工艺性能如何 是否好焊接 焊点数量与布局是否合理 验证确定的焊接夹具与工艺可行性 1 3 拟定焊接生产线招标焊接生产线平面设计 焊接生产线邀标 招标 定标 1 4 焊接生产线预验收 终验收 1 5 编制焊接工艺 1 6 试生产 小批量生产 批量生产 2 焊接生产线平面设计 SC6350八万辆生产线为例 1 方案设计依据 2 车间任务和生产纲领SC6350和SC6370两种平台系列车体的装配 焊接等工作 车体总成及白车 8万辆 年 良品率 95 3 协作关系 4 工作制度 年时基数及开工条件全年工作254天 每天2班 每班8小时设备 4064小时工人 2032小时开工率 85 作业能率 90 返修率 5 生产节拍 Tn 141秒 辆计算方法如下 全年工作天数X每班工作小