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汽车白车身的焊接方法和机器人应用 什么是白车身 白车身 Body in WhiteBIW 是指尚未进入涂装和内饰件总装阶段之前的车身 故不包括发动机和内饰件 白车身是轿车的动力系统 行驶系统 电气系统 内外装饰件等轿车子系统的载体 是轿车动力性 舒适性 平顺性等轿车性能的载体 是轿车外观形象 外观质量的载体 所以白车身的制造是轿车总车制造中的一项关键技术 白车身主要构成部件如下图 白车身焊接 焊接方法 目前主流的车身结构是以钢制冲压件为主的单体式车身 一辆轿车由数百个薄板冲压件通过焊接 铆接 螺接及粘接等工艺连接成一个完整的车体 钢制冲压件的厚度一般在3mm以下 长期的实践表明最适合这种薄钢板的连接就是电阻焊 采用电阻焊 车身焊接变形小 由于电阻电焊为内部热源 冶金工艺简单 且加热集中 热影响区小 容易获得优质的接头 白车身焊接 焊接方法 电阻焊 电弧焊 特种焊接 15 80 20 5 白车身焊接 焊接机器人 汽车车身焊接生产线上的焊接设备主要有手工焊设备 自动焊专机及焊接机器人 其中焊接机器人是机体独立 动作自由度多 程序变更灵活 自动化程度高 柔性程度极高的焊接设备 焊接机器人具有多用途功能 重复定位精度高 焊接质量高 一致性产量 抓取重量大 运动速度快 动作稳定可靠等特点 是焊接设备柔性化的最佳选择 在汽车白车身焊接中应用广泛 焊接机器人 分类 按照按照在焊装车间的用途可以分为 点焊机器人 弧焊机器人 涂胶机器人 螺柱焊机器人 装配及持件机器人和激光焊接机器人 按照在车身焊装生产线中的功能来分可分为 1 专用直角坐标形式的机器人RH型 侧面焊接机器人 被固定在底板上 完成车身侧面的焊接 RL型 底层机器人 具有传送设备功能 完成车身底部焊接 RS型 顶面移动机器人 悬挂在生产线的顶部 用来进行车身的上部和内部焊接 焊接机器人 分类 2 6自由度机器人6自由度的机器人具有6个轴 每个轴的旋转角度均为180 360 操作空间可达到周向360 高3m多 扩大了其工作范围 且6个自由度的运动由伺服电机驱动控制各轴 末端轴可用点焊钳或弧焊焊枪进行施焊 6自由度焊接机器人可实现全位置焊接 达到全柔性 适用各种车型车身的任何部位的焊接 因此 6自由度的机器人是车身焊接生产线柔性化的最佳选择 焊接机器人 选用方法 焊接机器人 选用原则 对机器人的选用基本应考虑以下原则 1 选择与自动生产线结构相匹配 最合适的机器人 2 根据能保证接头焊点焊接质量和产生效率高的焊接工艺 选择不同的机器人末端轴承载力 3 选择操作范围和技术性能参数能满足工件施焊位置的机器人 4 在满足生产规模 生产节拍 保证焊接质量前提下 工艺设计方案既要先进可行 又要经济合理 在关键部件 关键工序位 按需选配机器人数量 白车身焊接 电阻焊 电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间 通以电流 利用电流流经工件接触面及邻近区域生产的电阻热将其加热到熔化或塑性状态 使之形成金属结合的焊接方法 主要分为四类即点焊 凸焊 缝焊 对焊 在白车身制造中 通常电阻焊技术在白车身制造领域应用最多的是点焊工艺 其次是凸焊工艺 缝焊很少用于白车身焊接 仅用于燃油箱的焊接 下面分别重点介绍点焊与凸焊 1 点焊点焊工艺是白车身制造中应用最多的焊接方法 轿车白车身通常有3000 5000个焊点 例如东风标致307三厢白车身的焊点数是4281个 电阻点焊过程见下图 电阻焊 点焊 在点焊过程中 焊接电流 焊接压力 焊接时间是焊点形成的3个根本因素 焊点的具体焊接参数值是由钢板厚度和装配状态来决定 根据不同的钢板装配 表面状态 参考板厚 电流值从8000 13500A不等 焊接压力从2100 6000N不等 焊接时间值从8 40周波 1周波 0 02s 不等 焊点质量水平是衡量白车身质量的重要指标 不过影响焊点质量的因素比较多 如零件装配状态 钢板镀锌状况 焊点间距 零件结构 电极对中状态 焊钳冷却状态 电极帽修磨状态 夹具是否分流 程序转换开关是否失效 焊接参数值是否合理等 在出现焊接质量问题时应从多方面分析 电阻焊 点焊机器人 在汽车车身焊装工艺中 点焊机器人处主导地位 它的使用加速实现了车身制造的柔性化 Flexibility 产量化与自动化的进程 从焊装线的构成类型可以看出其应用广泛 1 悬挂式点焊机 固定式多点焊机类型在这种类型的车身厂焊装线上 80 的点焊机为悬挂式点焊机 图见后 其次 有几台套固定式多点焊机并辅以若干台固定座式单点焊机 图见后 采用传统的悬挂式单点焊机 固定式多点焊机的车身焊装线的主要优点是成线投资少 因此多为大厂建厂初期或一般小厂采用 其最大缺点是 车身焊装基本是人工作业 劳动强度大 质量受人为因素的干扰 点焊机器人 悬挂式点焊机 局部点焊机器人类型在这种类型的车身厂焊装线上 大部分的点焊机仍为悬挂式点焊机 只在关键的某些工位 例如车身总成合 上采用了点焊机器人 图见下一页 这样做的目的是想充分利用人力资源 节省一次投资 全点焊机器人类型整个车间全部由点焊机器人 弧焊机器人 还有专门负责上下物料的搬运机器人 以及各种传送链 自动焊装夹具组合成无人 全自动车身车间 实现了车身装焊的全线 柔性化 全点焊机器人车身柔性生产线 电阻焊 凸焊 2 凸焊凸焊实际上是点焊的一个变形 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 倒角等作为焊接时局部接触部位 电阻焊 凸焊 凸焊在白车身制造领域主要用于焊接螺钉 螺母类零件或小件 通常情况下 白车身螺钉或螺母件的数量超过200个 凸焊焊接时由于电流集中 克服了点焊时因零件厚度不同易造成的熔核偏移 零件的厚度比可以超过6 1 而点焊工艺不同零件的厚度比不超过4 1 凸焊时 电极要随着凸点或凸环的被压溃而迅速下降 否则会因为压力不够而产生喷溅或炸电极 因此凸焊设备的电极随动性要好焊接螺钉或螺母类零件的时候 焊接参数值通常采用大电流 短时间 否则会容易引起螺纹变色和精度下降的问题 因而凸焊设备功率也比常用点焊设备功率大许多 白车身焊接 弧焊 弧焊技术由于弧焊工艺在焊接时工件容易变形 尺寸不好控制 另外实现机械化和自动化的难度大 所以不是白车身焊接的主要方式 目前 国内汽车生产厂家通常采用的弧焊工艺方法是熔化极气体保护焊 根据不同的保护气体和焊丝 熔化极气体保护焊分为三类即CO2气体保护焊 MAG焊 氩气加少量CO2或O2 和MIG焊 惰性气体氩气或氦气 其中CO2气体保护焊 MAG焊应用的比较多 MIG焊由于成本高 在生产中应用的不多 除了熔化极气体保护焊之外 还有一种特殊的电弧焊工艺即电弧螺柱焊 弧焊 熔化极气体保护焊 1 熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊是采用连续等速送进可熔化的焊丝于被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝和母材金属 形成熔池和焊缝的焊接方法 由于CO2气体保护焊具有焊接速度快 成本低和易于全位置焊接等特点 在大多数汽车生产厂家应用最广泛 不过CO2气体保护焊的缺点也很明显 即飞溅大 烟尘大 焊缝成型不良 冲击韧性低 对于飞溅大的问题 国内有些厂家使用防飞溅液涂抹在工件表面来避免金属飞溅颗粒粘附在工件上 焊后用抹布把防飞溅液和金属飞溅颗粒一起擦去 弧焊 熔化极气体保护焊 MAG焊和CO2气体保护焊的焊丝通常采用H08Mn2SiA 低碳钢中添加了硅 锰元素以补偿电弧燃烧时引起的焊缝合金元素的烧损 另外 为防止焊丝生锈 同时减少送丝软管的送丝阻力 焊丝表面被镀上一层很薄的铜 白车身的工件厚度通常在0 67 3 0mm之间 对于厚度小于1 0mm的工件而言 使用MAG焊容易引起工件烧穿现象 为了避免工件发生烧穿 可在厚度小于1 0mm的工件上使用MIG焊 焊丝成分为铝青铜合金 保护气体为纯氩气 从使用的效果来看 MIG焊对于焊接厚度小于1 00mm的工件 避免了工件易烧穿现象 2 螺柱焊螺柱焊 studwelding 是将螺柱一端与板件 或管件 表面接触 通电引弧 待接触面熔化后 给螺柱一定压力完成焊接的方法 螺柱焊接具有快速 可靠 操作简单等优点 可以替代铆接 钻孔等工艺 螺柱焊主要有储能式 电容放电 和拉弧式2种方式 储能式螺柱焊的焊接时间 焊接电流不可调 熔深很浅 在汽车行业的应用很少 弧焊 螺柱焊 目前 汽车行业应用最多的是拉弧式螺柱焊 在螺柱接触工件后 扣动焊枪开关 螺柱被拉起 离开工件 然后工件与螺柱之间产生电弧 电弧产生的热量熔化螺柱顶部法兰和工件表面 随后螺柱下降浸入工件表面形成的熔池里 设备断电 熔池冷却形成焊接接头 焊接完毕 螺柱焊接时间非常短 通常在20 40ms之间 所以汽车行业采用的这种螺柱焊接工艺也称为短周期螺柱焊 焊接过程见下图 弧焊机器人 在汽车的承载部分 要求精度和强度都比较高 因为关系整车安全性和稳定性 而且 车身的承载部分板件 如车架 都比较厚 2 0mm 3mm 故弧焊机器人多用于车架焊接 与手工弧焊相比 机器人弧焊具有如下优点 1 生产效率高 2 焊接质量好 3 焊接稳定性好缺点有 1 弧焊过程释放热量大 而机器人焊接速度快 短时间内热量集中影响板件材质和形状 2 短时间受热过大导致板件变形严重 弧焊机器人 影响机器人弧焊大量应用的原因是焊接变形对精度影响大控制机器人弧焊焊接变形的方法有 1 夹具进行反变形 2 控制一次焊接的连续焊缝长度 对连续长焊缝做拆分 3 适当调整焊接顺序 白车身焊接方法 激光焊接 激光焊接技术激光焊是以激光器输出并经光源聚焦的高能量密度的激光作为热源 对金属进行熔化焊或钎焊 激光焊接时不与工件接触 灵活性高 接头可以是搭接也可以是对接 激光焊接的特点是能量密度高 被焊工件变形小 焊缝深宽比大 热影响区窄 激