车身焊接工艺

1、 汽车车身是由薄板构成的复杂结构件，薄板先冲压成形，再经过电阻焊（可能包括CO2气体保护焊）等焊接工艺，将成百上千个组件焊装而成的。 焊接的实质是：将两个分离的固体表面无限靠近，使其原子间产生足够的吸引力而连接在一起。 对于汽车车身装焊，除去焊接技术水平外，设计定位迅速和准确的装焊夹具等也是我们装焊工艺设计的主要任务。 电阻焊又称接触焊，压力焊 是汽车车身的主要焊接方法之一。大家在工厂中生产实习参观时见到的装焊线，其中的绝大多数为电阻焊其中最主要的又是点焊。一辆轿车有5000多个焊点，焊缝总长度可以达到40米上。如图3-1所示。 一、定义 图3-4，先将置于两电极之间的工件加压，并在工件焊接处

2、通以电流，利用工件本身的电阻热效应来加热，使其形成局部熔化，并在压力继续作用下断电冷却凝固而形成牢固的接头。这种工艺过程称为电阻焊。 电阻焊的技术参数只有： 压力 电流（包括通电时间）热效应 电极直径 二、分类 电阻焊的种类较多。 按接头形式分为搭接电阻焊和对接电阻焊 其中搭接电阻焊又可以分为： 点焊简单连接；凸焊； 缝焊用于气密性焊接结构。 而对接电阻焊也可以分为： 电阻对焊； 闪光对焊。 如图3-4所示，板件3由铜合金电极2压紧，通电加热至工件内部形成应有尺寸的熔化核心4，断电，熔核降温冷却凝固后去除压力。 被焊接的两块板料就依靠此尺寸不大的焊点形成牢固接头。按对工件供电方式，点焊可又可分

3、为： 双面点焊 图3-4所示，工件两侧供电，可用双电极或一个电极、另一导电垫板。 单面点焊 图3-5所示，单侧供电。 对焊均为对接接头形式，常用有： 电阻对焊与闪光对焊，如图3-8所示。它们的区别主要在于通电在加压的前后。 闪光对焊是将焊件置于钳口中夹紧后，先接通电源，再将焊件缓慢靠拢接触，因端面个别点的接触而形成火花，加热达一定程度(端面有熔化层，并沿长度有一定塑性区)后，突然加速送进焊件，并进行顶锻。 1)因是内部热源，热量集中，加热时间短促，在焊点形成过程中始终被塑性环包围，故电阻焊冶金过程简单，热影响区小，变形小，易于获得质量较高的焊接接头，特别是在汽车车身大型覆盖件上，易于满足焊接质

4、量。 2)电阻焊焊接时，在工件的焊缝区不加任何填充材料，不但节省金属材料，降低成本，而且生产率也高。 3)电阻焊时，不放出有害的气体和强光，劳动条件较好 易于安排在生产线中。 4)电阻焊操作简单，可通过多点焊、夹具和自动传送装置的联合使用，较易实现机械化和自动化。 5)使用电阻焊时，由于电压低(几伏)、 电流大(达几十千安培)， 要求电源功率大，有的高达1000kVA以上，因而一般馈电网负荷困难。 电阻焊是利用被焊接件的电阻热效应来加热熔化的。根据焦耳定律，发热量： 上式将电流和电阻看成为常数，积分所得。式中： t 焊接通电时间, Sec; R(t)、R两电极之间的总电阻，； i2(t)焊接区

5、的瞬时电流值，A。tRIdttRtiQt202 其中电阻值R，与焊接方法有关，一般都由三部分组成：式中： Rbj两电极与板件间的接触电阻； Rc两板件之间的接触电阻； Rb板件本身电阻。 bjcbRRRR2 如图3-9所示，实际的接触面因为凹凸不平而部分接触，电流通过些接触点时，由于导电面积突然减小，造成电流密度增大，形成接触电阻。 焊件内部电阻的热效应，是主要热源。 图3-10焊件电阻Rb与电极直径，d 焊件厚度， 电极压力，P一、焊点形成过程 每个焊点的形成过程都由这四个基本阶段组成预压、通电加热、锻压、休止。1、预压 电极开始加压焊接电流开始接通之前的阶段。 作用：使焊件的焊接处有良好接

6、触，为接通焊接电流作准备。 预压力的大小要保证有合适的接触电阻。 这是整个焊接循环的关键阶段，熔核随通电加热逐渐形成并长大，达到既焊透又不烧穿。 图3-13 两电极接触面间的金属柱内的电流密度较大，加热速度快；金属柱外电流密度小，加热速度较慢。 电极是铜质电阻小热效应低，并且是由水冷的散热快升温小。 形成图3-13所示的温度分布。低碳钢在15000C左右开始熔化，在中心似四方形区域内，希望温度分布在120015000C 范围内达到熔融状态 在压力下形成熔核。 切断焊接电流以后，应维持一定的锻压时间。4、休止 此时，电极提升，移动焊件，准备下一个点的焊接。 主要包括：焊接电流Iw和通电时间tw

7、、电极电压P 、电极直径d。1、焊接电流Iw和通电时间tw 图3-15所示为通电时间与焊点强度的关系： 曲线AB段较陡，其中焊接区未达到焊接温度，焊点只是在塑性状态下焊接的，未形成 熔核，属于未熔化焊接。焊点强度b 低且不稳定；焊接电流和通电时间微小变化会引起强度较大变化。 在曲线的B点，金属开始熔化，形成熔核。 曲线BC段较平缓，属熔化焊接。 在曲线的C点附近达到热平衡，继续通电加热，焊点升温和金属散热加快同时存在，熔核增长速度不大，焊点强度较稳定。 通过改变电极压力可以调整加热强度和控制塑性变形的范围和强度。 电极压力大小的选择与被焊材料、焊件厚度、焊接规范有关，被焊材料的高温强度大，材料

8、厚度大和焊接规范硬等都应加大电极压力。 点焊低碳钢时：常用平面电极，其工作表面直径可根据板厚选用。d = 2 + 3 式中： 焊接板厚 如果采用球面电极：球面半径40100mm。 点焊接头形状关系到焊接质量、甚至能否施焊等。 图3-16 汽车车身覆盖件中常见的点焊结构形式：单剪搭接接头（a）双剪搭接接头（b）带垫片对接接头（c）弯边搭接接头（d）其中，以单剪搭接接头和弯边搭接接头应用最广。 另外，根据接头的强度、零部件的结构要求，焊点可用单排、双排、多排等，点焊接头的某些结构参数如表3-2/3-3所示。1、重要性 车身点焊质量直接影响汽车的使用性、安全性、可靠性和使用寿命等。 焊接质量不仅仅是

9、焊点强度（当然b是最重要的)，另外如焊点的外观质量，以及有些不容易直接反映到焊点强度的某些内在质量，但会影响焊接接头的某些使用性能等。 1）点焊缺陷分析 点焊缺陷主要分两类： 表面缺陷； 内部缺陷等。 其中表面缺陷一般可以经过“目视”来检验，但微细的表面裂纹还可以用渗透着色探伤和萤光探伤等。 内部缺陷一般需要无损探伤，如X-RAY、超声波和接头电阻率等。 2) 点焊质量检验方法 目前车身装焊生产线上检测点焊质量的常用方法是破坏性工艺试验：扭转试验和撕开试验。 任何工艺过程和生产过程，质量控制都非常重要。 对于车身点焊质量的控制，书中列出了：表面清理、装配、分流电流和选择合适的点焊规范等四方面。

10、 1、工艺分块 车身覆盖件分块是根据冲压工艺的可行性来执行的，而不是先考虑焊装工艺的需要。 车身上有孔洞类的零件（门洞，风窗口等，图3-19），其装焊最好是整体结构或至少有一层整体结构来作为骨架，便于定位以减少装焊误差。 例如，轿车侧围分总成设计为整体冲压件。1）点焊工作量应尽量放在分装工位上 例如，货车驾驶室：前围、后围、顶盖和底板等先分装完成最后一次总装。2）点焊设备根据焊件形状、焊点位置来正确选择点焊设备，做到物尽其用。例如，零件较小的搭接接头，焊点分布在零件边缘固定点焊机；而零件大，焊点处于合件中间部位时： 焊点少：常用带焊枪的悬挂式点焊机，如图3-20 a)， 或采用反作用焊枪 b)

11、； 焊点多：宜采用多点焊机 c)。3）固定点焊工艺的选择 通用类固定点焊机，用不同的机臂和焊接辅具来进行各种大小件焊接。 如图3-21所示。4）悬点焊工艺的选择 图3-22所示，利用不同形式的焊钳，对大的合件或总成随行焊接，尽量选用双面点焊工艺。 不论什么类型的点焊机，都由电源（供电系统）和电器控制、加压机构和焊具等辅件（包括冷却系统等）组成。 书中列举了固定式点焊机、悬挂式点焊机和多点焊机。一、概述 人们采用非常低廉的CO2气体（用前需经过干燥和过滤杂质）来保护那些要求稍低的焊接过程，主要用于低碳钢的焊接。 气体在高温电弧作用下发生分解： CO2 CO+ O Me + O MeOMeO +

12、C Me + CO1）生产率高 CO2保护焊常用于车身骨架（如图3-30所示）焊接时，多采用细焊丝焊接。 生产率高于手工电弧焊12倍。2）生产成本低 除去一般需要专用焊机外，采用廉价的CO2保护。 其焊接成本仅为手弧焊的40%左右。3）焊接质量高 焊接过程中，CO2气体经过滤除杂质和严格的干燥脱水，是一种低氢的焊接方法。 CO2气体保护焊，在汽车制造业中，主要用于车身骨架焊接，如图3-30所示。 焊接工艺参数主要包括：焊丝直径、焊接电流Iw、电弧电压、焊接速度v 和焊丝伸出长度等。 合理选择焊接工艺参数有利于：稳定焊接、焊接质量和生产率等。1、焊丝直径 主要根据焊件厚度、施焊位置和生产率等条件

13、选择。例如，客车车身骨架焊接大多选用：0.8-1.2mm的焊丝。焊丝直径（mm)焊接电流（A）0.870-1001.090-1201.2100-140 焊接电流的大小影响着焊缝的熔深和加强高等。 车身骨架的板厚只有1.5-2mm，焊接电流不必过大。 电弧电压与焊接电弧长度有关。 车身骨架都为薄板件常采用低电弧电压的方式焊接。 一般选用电弧电压为20V左右。半自动化焊接时，常选择15-40 m/h 。 客车车身骨架、顶盖等，大多采用异型钢材或板料冲压的零件组成。 常见的接头形式有： 图 3-31 十字接头（在各接缝处都需焊接大多数为角焊） ，常用于客车的前、后或侧围等。 图 3-32/3-33

14、分别为T型接头和双T型接头。 汽车车身常由内、外覆盖件（板厚 0.81.2mm ）和骨架件（板厚1.22.5mm）等组成。 一般来说，车身结构复杂、刚性差易变形。 为保证装焊质量，焊接时零件不致错位和保证构件空洞的尺寸和形状位置等必须采用适当的装焊夹具来保证。 1) 对于冲压零件装焊后应具有互换性的车身合件及总成，应使车身的各配合部位，特别是孔洞的形状尺寸要符合技术要求。 2) 能快速准确地进行装配定位、夹紧，被焊部位要便于操作，松开夹紧机构后，焊件能从夹具上方便地卸下，且安全可靠。 3) 在设计装焊夹具时，要注意夹具上的某些零部件的导电、绝缘等问题，以提高车身的装焊质量。 4) 由于车身结构

15、复杂，因此，对所设计的定位件、夹紧件等要充分考虑其加工工艺性及零部件的通用化和标准化，便于更换易损件和恢复原设计精度。 5) 车身总成的装焊夹具比较复杂、笨重，在制造使用中常需用调整样架来进行调整校正。 每个被焊合件，焊接过程中常采用6个自由度限制： x 、 y 、 z三个平移自由度； 和、 、三个旋转自由度。 六点定位原则是指车身装焊夹具设计时要考虑的基本问题， 但是，总体来说要求遵循以下一些基本原则：1）薄板件与定位件接触 这样可以在外加力作用下，使被焊接结构形成刚体。2）薄板件应尽量避免过定位 由于车身常用薄板类零件，刚性差，有时需要增加辅助定位点。 定位基准是指装夹工件时，使工件在夹具

16、中占有正确位置所采用的基准。 定位基准选择得正确与否，直接影响到工件的装配精度。 以货车驾驶室为例，讨论装焊定位标准的选择原则： 驾驶室的分总成有：前围、后围、底板、顶盖。每个分总成由较多的大小不同的冲压件装焊而成。 大量生产中，装焊驾驶室需要几十套大型装焊夹具，这样定位基准的正确选择尤为重要。 驾驶室结构特点： 两侧装车门 门洞； 前后装风窗玻璃窗口；他们的装配关系较复杂、尺寸要求高； 底板上留有悬置孔固定到车架上，是整个驾驶室与底盘的连接处。 这三类部位是重要的装配位置，装焊时选定位基准时要特别重视。1、定位方法 车身装焊的主要对象是冲压件，其形状复杂和容易变形；装焊夹具设计时主要应考虑的

17、定位部位有：1）曲面外形；2）曲面上经过 整形的平台；3）工件经拉深和压弯的成形台阶；4）经修边的窗口和外部边缘内、外边缘；5）装配孔零件组装时用，和工艺孔零件加工或分装时需要，由工艺设计而附设的孔。 冲压件外形复杂、公称尺寸大、刚性差，装夹过程中要求直接与定位元件接触。最常用的：1）定位块 形状简单 例如，装焊驾驶室门洞和前后窗口的定位基准，用定位本体（夹具或夹具架）和定位块分离设计加工分离设计加工的方法，方便加工和使用时的调节。2）定位销 是装焊夹具中最常用的定位方式。 图3-38 车身装焊时常用的二种定位销结构：固定式、活动式。 图3-39 冲压件曲面外形和工件装配关系。 工件2由特殊的

18、曲面定位板3定位。 工件1靠预冲小凸台与工件2直接定位。4）半圆形块 如有利于装焊夹具本身导电等。 车身装焊时，为克服工件 的弹性变形和其它外力的影响，保证车身冲压件的定位基准面与定位块紧密贴合紧密贴合，要用夹紧机构对工件施加夹紧力。 夹紧力要求恰到好处，保证不压坏焊接件。常用的有：1、手动铰链式 1) 固定夹紧钳 图3-40 a ) 常用于前后立柱夹紧点。螺旋夹紧机构作附加增力机构。 2) 活动夹紧钳 图3-40 b）用于其余夹紧点。其特点有灵活、方便、随处可夹。 图3-41 快速压紧器，其压紧力大、装卸迅速、无需气源。常用于大型复杂装焊夹具。1、夹具零件的尺寸标注 夹具尺寸和夹具在车身中的

19、坐标位置。 要求标出： 夹具上与车身直接接触的元件、夹具底板和形状特殊的支承座、立柱；同时标出他们本身的加工尺寸、在夹具上的坐标位置。 具体标注，参考 图3-43/3-44。 1）凸焊、对焊中使用的焊接夹具要求用良导体，常用青铜或电极合金。 2）焊钳点焊自成回路，其装焊夹具不需导电，图3-22。 3）夹具导电回路中，若有滑动或转动部位时，要求采取导电措施。 4）钢件电阻大，其装焊夹具设计要求导电回路不直接用钢件本身导电，而要附设铜质汇流片。5）多点同时焊接时，要保证各焊点的焊接电流基本一致。 6）设计导电元件的横截面尺寸，其依据是许用电流密度、导电元件的截面形式、 冷却条件。 7）电阻焊夹具中

20、应合理利用电流短路原理；不要让夹具上处处绝缘。1、车身总成装焊夹具的分类 按定位方式可分为：一次性、多次性定位两种。 1）一次装焊定位的总装夹具 指车身总成的主要装焊工作是在一台总装夹具上完成的。 车身的零件、合件、分总成等依次装到总装夹具上定位和夹紧直到车身总成的主要装焊工作完成从夹具上取下车身总成。 2）多次性装配定位的总装夹具 指车身总成的主要装焊工作是在二台以上的不同总装焊夹具上完成的。 这时，车身每通过一台总装焊夹具都要被定位、夹紧一次，定位和夹紧次数多。 主要用于有骨架驾驶室的装焊。 书中讨论了图3-48 EQ140驾驶室总装随行夹具（EQ140在二汽的产量最大），它是一种多次性装

21、配定位的总装夹具，适合于大批量流水线生产。 为提高产量、降低成本、节省人力，国内外正在向全自动生产线方式发展希望实现： 全盘自动化包括自动装卸、焊接、传送和控制。 选择自动化程度主要是由生产批量来决定的。 单机自动化装置主要可用于：熔化焊和电阻点焊等。采用机械化或自动化生产方式来装配某些合件或分总成。1、仿形自动焊 图3-51 机械仿型焊的示意图。 焊接小车可以水平方向运动。 由于被焊件在垂直方向有高度差，焊枪也需要跟踪焊件在垂直方向运动，这靠主模板3和行走滚轮1完成。 实际生产中采用的为图3-52 油压仿型装置。2、电气仿形 指由检测装置测出机械位移偏差、并将该偏差转换成电信号。 输入控制装

22、置，由控制装置输出修正量传给伺服执行装置，完成自适应焊接过程。 这类误差修正主要就是由检测装置、控制装置、修正装置这三部分实现。图3-53 位置编码器的工作原理： 位置编码器的触头将探测到的相对误差，经过位置编码器转换成数字脉冲信号。 缝隙板上有600条缝隙在转动中使光路通断而产生电脉冲每个电脉冲相当于触头的位移，事先标定为：0.2mm/脉冲。 工件位移误差的正、负是由双光路相位差来判断。 这是一种延时执行装置，保证焊枪位移到被测点时输出数据控制信号。 由位置编码器送来的电脉冲寄存在控制装置内。图3-54 它负责将最初由触头检测出的位移信号（电脉冲数）寄存到刚好焊枪到达此点时输出执行。 图3-

23、54 脉冲马达驱动装置3、电液脉冲马达4组成误差修正执行装置，完成焊枪对位移误差的修正。 装焊的工作量非常大，例如轿车点焊多达5000多点，焊缝总长达40米多，因此要求装焊线自动化程度很高。使线上人较少，还使用焊接机器人等。1、传送方式 根据工件形状、大小、生产批量和装焊工艺等选用。常用有：1）滑滚传送 比较简单，在各工位间用滚道、或带斜坡的滑道。没有传送位置精度。 图3-55 工作时，大油缸“1”驱动四连杆机构梁架升起 (升降时由四组滚轮导向；两端四组弹簧在梁架下降时缓冲、预压力利于升起) 将装焊台上的工件托起小油缸“2”的活塞杆伸出推动齿条前进齿条驱动不齿轮旋转与小齿轮同轴的大齿轮同时旋转

24、驱动(靠相垂直的滚轮在骨架上移动，使往复杆运动)往复杆上齿轮。 特点：结构简单， 传动平稳，工作定位准确，效果较好。3)悬吊式传送 如同运人的索道、缆车等。用于远距离传送零部件或被装件的传递。4）链式传送 图3-56 常用于车身、驾驶室的补焊调整线，这种传送形式在总装线上用得最普遍。 常用的有气动、电动和液压等。一般来说：1）气动 结构简单、成本低、容易维修；但传送位置不准确。 只用于传送轻、间距小的工件，装焊线上用得少。2）电动 简单、应用最广的传送动力方式。 最大优点是可以实现长距离传送、成本较低。3）液压 主要用于往复传送装置。 工作平稳、定位准确。 计算机软、硬件的发展，不断推动着焊接

25、机器人档次的提高。很多焊接研究所和工科院校在搞焊接机器人。 机器人实际上是多自由度可编程执行系统（其常用DK-Basic语言一种专供机器人编程用的高级语言）。可动部位装有伺服电机，按照控制系统所发的信号运动。 广州机床研究所研制的JRS-80型多关节机器人，已用在点焊解放CA-141驾驶室顶盖。如图3-57/图3-58/图3-59所示。 南汽依维柯装焊线上也采用较多的焊接机器人。 车身装焊生产方式除与技术水平有关外，主要取决于生产规模。 但总体来说，慢慢地从落后的手工装焊生产方式向装焊流水线方向发展。并且流水线的自动化程度也在不断地提高： 全自动线自动装卸、自动焊接、自动传送、自动控制。以适应

26、汽车工业的飞速发展： 汽车改型快、型号增多、生产率提高、降低成本。 1、根据汽车的产量确定车身装焊线的生产节奏： 单件小批量生产，只可能落后些，慢些不在乎，主要还是手工装焊。 2、根据车身各分总成的结构形状、大小和复杂程度，确定装焊生产线的形式和工件传送方式。 3、确定焊接方法，对于点焊来说，主要有：1）串接焊法 图3-60 熔核形成电流主要为：I2+ I32）间接焊法 图3-61 板厚大于1.5mm的工件，在串接焊法中，因板厚截面积大电阻小使上板分流 I1，不容易保证点焊的熔核尺寸。 间接焊法不存在上板分流问题 ，其中过桥电极用紫铜材料，本身电阻和接触电阻都小，不会引起较大的热效应形成熔核。 显然每次只能焊单点，生产率要低些。3）直接焊法 常采用悬挂式焊钳 P76 图3-22 直接点焊。 例如，EQ140驾驶室装焊线上较多采用焊钳直接点焊。 P98 表3-7 串接焊的上板分流值。 为保证点焊质量（热效应集中，熔核尺寸）串接焊点距不能太小，因而对于焊点较密的焊缝，可以采用： 移动工件或焊枪多次焊成；