重庆大学材料成型毕业设计1Word格式.docx
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Resistancewelding，cardoors，weldingprocess
中文摘要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
1绪论1
1.1电阻焊的特点及在汽车制造中的运用情况1
1.1.1电阻焊的工作原理和特点1
1.1.2电阻焊在汽车制造中的运用2
1.2电阻点焊工艺2
1.2.1电阻焊功率计算2
1.2.2影响电阻焊质量的工艺参数3
1.2.3点焊焊接参数的选取方法5
1.3电阻焊设备及电阻焊焊接质量的检测以及电阻焊夹具在汽车中的应用6
1.3.1电阻焊设备6
1.3.2电阻点焊焊接质量的检测技术7
1.3.3电阻焊夹具在汽车中的应用7
1.3.4汽车焊接生产线的介绍8
1.4本课题的意义9
1.5本课题的主要研究内容10
1.5.1设计（论文）的主要内容10
1.6本课题的实现途径10
2长安之星（CM5）汽车车门焊接材料的焊接性分析11
2.1长安之星（CM5汽车焊接板材的化学成分和性能11
2.2板材焊接性分析12
3长安之星（CM5）汽车车中门焊接工艺分析、研究13
3.1焊接夹具13
3.1.1内蒙皮夹具的组成13
3.1.2分析夹具的定位和装夹作用15
3.2长安之星（CM5）汽车中门现行焊接工艺的分析、研究16
3.2.1长安之星（CM5）汽车中门内蒙皮焊接零部件17
3.2.2长安之星（CM5）汽车中门外蒙皮焊接零部件17
3.2.3长安之星（CM5）汽车中门的焊接工艺分析20
3.2.4长安之星（CM5）汽车中门焊接质量检测22
4长安之星（CM5）汽车车中门焊接设备的分析与选用23
4.1焊机23
4.1.1焊机的特性与相关参数23
4.1.2焊机的操作与相关维护24
4.2电源25
4.3焊钳26
4.4电极26
5长安之星（CM5）汽车中门薄板电阻焊焊接工艺的设计28
5.1长安之星（CM5）中门薄板电阻焊焊接的流程及注意事项28
5.1.1焊前准备28
5.1.2焊接过程28
3.4.3焊后工作28
3.4.4正确使用电极28
5.2长安之星（CM5）中门薄板电阻焊焊接参数的确定29
5.2.1焊接电流29
5.2.2焊接压力29
5.2.3焊接时间29
5.2.4焊件表面情况30
5.2.5电极的材质及接触面的形状30
5.3保证长安之星（CM5）中门薄板电阻焊焊接质量的主要方法31
5.3.1如何保证正常的焊接电流31
5.3.2如何保证正常的焊接压力32
5.3.3如何保证正常的焊接时间32
6结论33
7致谢34
参考文献35
1绪论
1.1电阻焊的特点及在汽车制造中的运用情况
1.1.1电阻焊的原理和特点
电阻焊作为一种高效、廉价且机械化和自动化程度较高的连接技术，非常适合在薄板的焊接之中，目前广泛应用于低碳钢板、高强钢板和镀层钢板的焊接。
而汽车车身的成型方式主要是由薄板焊接而成，因此在汽车工业中电阻焊得到非常广泛的运用。
无论是在汽车车身组装中，还是汽车零部件的生产中，电阻焊工艺都占据了相当重要且相当数量比例。
电阻焊的工作原理
电阻焊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，如图1所示。
每个焊点的形成都要经历三个阶段：
1）预压阶段。
紧密接触工件的焊接处，保证所需的接触电阻。
2）通电加热阶段。
电流通过挤压在电极间的工件，产生热量，加热工件达到融化状态，形成溶核。
3）冷却结晶阶段。
焊点溶化形核后，在冷却结晶过程中伴随着相当大的收缩，在这个阶段一定要延迟解除电极的压力，使焊点在未完全冷却前，在电极压力作用下得到更加致密的组织。
图1电阻焊接原理示意
电阻焊的特征及优点：
电阻焊的主要特征为：
1）工作时间短效率高、使用材料少成本低；
2）在焊接处不会发生内部应力及变形，使车身的可靠性增加；
3）氧化的影响小，所以可以进行各种金属的焊接。
与通常熔焊工艺相比，电阻焊具有如下的优点：
1）热量集中、加热时间短、焊接变形小。
2）冶金过程简单，一般不需要填充材料和熔剂，不需要保护气体。
3）能适合多类同种及异种金属的焊接，包括镀层钢板的焊接。
4）工艺过程简单易于实现机械化和自动化，上岗前无需对焊工进行长时的培训。
5）焊接生产效率高、成本低。
6）劳动环境好，污染少。
1.1.2电阻焊在汽车制造中的运用
电阻点焊的特征和优点决定它特别适合于汽车车身的大规模自动化生产，也是当前车身焊装生产的最主要工艺方法。
在汽车工业中，电阻焊主要运用在汽车车身和汽车零部件的焊接。
车身的焊接，如车身底板、侧围、车架、车顶、车门及车身总成等部分的焊装中，都大量采用电阻点焊工艺。
据统计，每一辆轿车车身上，约有3000—5000个电阻点焊焊点。
汽车零部件的焊接，油箱、制动蹄、传动轴平衡块的焊接。
1.2电阻点焊工艺
1.2.1电阻焊功率计算
根据材料电阻热计算的焦耳定律，工件区域产生的热量由下列公式计算：
Q=I2Rt
其中:
Q--工件区域焊接时的总热量;
I--焊机的输出电流;
R--工件区域的接触电阻（材料本身电阻不计）;
t--焊机的通电时间;
从以上公式中看出,在外力（F）一定的情况下（工件表面一致）,接触电阻R是定值
影响焊接能量的因素主要是焊接电流（功率）。
1.2.2影响电阻焊质量的工艺参数
通电焊接电流
为保证使工件达到焊接强度的热输入量Q,从焦耳定律:
Q=I2Rt可以看出热输入量Q同电流I的平方成正比关系,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变化或因在次级回路中引入了不同量的磁性金属。
对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。
除焊接电流总量外，电流密度也对加热有显著影响。
通过已焊成焊点的分流，以及增大电极接触面积或凸焊时的凸点尺寸，都会降低电流密度和焊热接热，从而使接头强度显著下降。
所以增加焊接电流是提高焊接能力的最有效手段。
在焊接工件一定的情况下.选取最短的焊接通电时间,通过增加焊接电流提高焊接能力,可以提高生产效率。
在焊机功率一定和满足焊接熔核成形的情况下,选取较短的焊接通电时间和较大的焊接通电电流,对改善焊件表面热损伤,减轻焊件变形都是优先考虑的工艺方法。
通电焊接时间
单位以周波为单位，1周波=0.02S，一般焊接时间在5-30个周波之间。
这个阶段是焊件加热熔化形成熔核的阶段。
焊接电流可基本不变（指有效值）,亦可为渐升或阶跃上升.当焊接参数恰当时,可获得尺寸波动小于15%的熔化核心.在此期间可产生下列现象:
a、液态金属的搅拌作用:
如通电时间太短，搅拌不充分将产生旋涡状的非均质熔核,产生脱焊.B、飞溅:
飞溅按产生时期可分为前期和后期两种,按产生部位可分为内飞溅（处于两焊件间）和外飞溅（焊件与电极接触侧）两种.前期飞溅产生的原因大致是:
焊件表面清理不佳或接触面上压强分布严重不匀,造成局部电流密度过高引起早期熔化,此时因无塑性环保护必发生飞溅.防止前期飞溅的措施一般有：
加强和保证焊件表面的清洁质量。
要有适当的预压时间和焊接压力,当预压时间较短,焊接压力不足时,会导致较大的焊接飞溅,严重的会烧伤工件表面。
注意预压前的对中,可采用渐升电流或增加预热电流来减慢加热速度,避免早期熔化而引起飞溅。
焊接电极表面要保持清洁。
后期飞溅产生的原因是:
熔化核心长大过度,超出电极压力有效作用范围,从而冲破塑性环在径向造成内飞溅,在轴向冲破工件表面造成外飞溅.这种情况一般产生在焊接电流较大,通电时间过长的场合,可用缩短通电时间及减小电流的方法来防止。
焊接时间可以分为预压时间和维持保压时间两部分。
１）预压时间。
这个阶段包括电极压力的上升和稳定两部分.为保证通电时电极压力恒定,预压时间必须保证,尤其是连续点焊时,须充分考虑焊机运动机构动作所需时间,不能无限缩短。
当多点焊接时,为确保各焊点压力均匀和通过的焊接电流一致,预压时间要相应长些。
焊接过程中,为提高焊接效率,在保证焊接模具取放方便的条件下,上下电极的开口距离要尽量的小,从而减少上电极的运动时间,缩短预压时间。
预压的目的是建立稳定的电流通道,以保证焊接过程获得重复性好的电流密度.所以预压时间的设定直接影响工件的焊接质量。
２）维持保压。
此阶段焊接电流停止,焊接点处于冷却阶段.由于液体金属处于封闭的塑性空间内,如无外力,金属冷却收缩时将产生三维拉应力,从而产生缩孔,裂纹等焊接缺陷.特别是对于板材较厚,线材较粗或材质含碳量较高的工件,尤其易产生这些焊接缺陷,造成脱焊。
电极压力的影响
电极压力对两电极间总电阻R有显著影响，随着电极压力的增大，R显著减小。
此时焊接电流虽略有增大，但不能影响因R减小而引起的产热的减少。
因此，焊点强度总是随着电极压力的增大而降低。
在增大电极压力的同时，增大焊接电流或延长焊接时间，以弥补电阻减小的影响，可以保持焊点强度不变。
采用这种焊接条件有利于提高焊点强度的稳定性。
电极压力过小，将引起飞溅，也会使焊点强度降低。
电极形状及材料性能的影响
由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，因而电极的形状和材料对熔核的形成有显著影响。
随着电极端头的变形和磨损，接触面积将增大，焊点强度将降低。
工件表面状况的影响
工件表面上的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻。
过厚的氧化物层甚至会使电流不能通过。
局部的导通，由于电流密度过大，则会产生飞溅和表面烧损。
氧化物层的不均匀性还会影响各个焊点加热的不一致，引起焊接质量的波动。
因此，彻底清理工件表面是保证获得优质接头的必要条件。
1.2.3点焊焊接参数的选取方法
当采用工频交流电源时,点焊参数主要有焊接电流,焊接（通电）时间,电极压力和电极尺寸。
①焊接电流Iw:
焊件析出热量与电流的平方成正比,所以焊接电流对焊点性能影响最敏感.在其它参数不变时,当电流小于相应的值时,熔核不能形成,造成脱焊.超过此值时后,随电流增加熔核快速增大,焊点强度上升,而后因散热量的增大而熔核增长速度减缓,焊点强度增加缓慢.如进一步提高电流则导致产生飞溅,焊点强度反而下降.所以一般建议选用对熔核直径变化不敏感的适中电流来焊接.在实际生产中,焊接电流的波动有时甚大,其原因有:
A.是网电压本身波动或多台焊机同时通电。
B.铁磁体焊件伸入焊接回路的变化。
C.前点对后点的分流等;
D.导电性焊接工装同焊机电极接触导致分流。
②焊接时间tw:
通电时间的长短直接影响输入热量的大小,在目前广为采用的同期控制点焊机上,通电时间是以周波数为计量单位（我国一个周波为0.02s,有的焊机厂家如采用计算机控制器,通电时间用半个周波数为计量单位）的整倍数.在其它参数固定的情况下,只有通电时间超过某一最小值时才开始出现熔核,从而实现工件的焊接联结.随通电时间的增长,熔核先快速增大,拉剪力亦提高.当选用的电流较大时,则熔核长大到一定极限后会产生飞溅.
为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以互为补充。
为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间（强条件，又称强规范），也可以采用小电流和长时间（弱条件，又称弱规范）。
选用强条件还是弱条件，则取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。
但对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都仍有一个上、下限，超过此限，将无法形成合格的熔核。
选取尽可能短的焊接时间是焊接过程优先考虑的工艺,但是,根据不同的焊机功率,焊接工件形式,焊接工件材质,焊点数量等因素,焊接时间必需满足熔核的形成条件.
③电极压力F:
电极压力的大小一方面影响工件接触电阻的数值,从面影响析热量的多少,另一方面影响焊件向电极的散热情况.从节能的角度来考虑,应选择不产生飞溅的最小电极压力.
在多台焊机连续焊接时,要特别注意气源的压缩空气流量和压力输出的稳定性.当流量和压力输出不稳定时,极易产生飞溅或脱焊.
④电极工作面尺寸:
焊接电流一定时,较小的电极工作尺寸使得电流密度增加,增强了焊接能力.因此,必须在焊接一定的时间后,对焊机电极进行及时的修理,以保证焊接电流密度的一致性,从而保证焊接质量的稳定性.
电极工作面尺寸对焊件表面美观,焊核尺寸的稳定都有重要影响,要特别注意.
※需要说明的是,点（排）焊时各参数是相互影响的,针对不同的焊接材料和工作条件,对大多数场合均可选取多种各参数的组合。
1.3电阻焊设备及电阻焊焊接质量的检测技术
1.3.1电阻焊设备
①点焊机
点焊机是由机座，加压机构，焊接回路，电极，传动机构和开关及调节装置组成，其中主要部分是加压机构，焊接回路和控制装置。
加压机构是电阻焊在焊接是负责加压的机构。
焊接回路焊接回路是指除焊接之外参与焊接电流导通的全部零件所组成的导电通路。
控制装置控制装置是由开关和同步控制两部分组成，在点焊中开关的作用是控制电流的通断，同步控制的作用是调节焊接电流的大小，精确控制焊接程序，当网路电压有波动时，能自动进行补偿。
②电阻焊电源
电阻焊常采用工频变压器作为电源，电阻焊变压器的外特性采用下降的外特性，与常用变压器及弧焊变压器相比，电阻焊变压器有以下特点。
1）电流大电压低
常用的电流是2~40KA，在铝合金点焊或钢轨对焊时甚至可以达到150~200KA，由于焊件焊接回路电阻通常只有若干微欧，所以电源电压低，固定式焊机通常在10V以内，悬挂式点焊机才可达到24V。
2）功率大可调节
由于焊接电流很大，虽然电压不高，旱机仍可达到比较大的功率，大功率电源甚至高达1000KW以上，为了适应各种不同焊件的需要，还要求焊机的功率应能方便调节。
3）断续工作状态无空载运行
电阻焊通常在焊件装配好之后才接通电源的，电源一旦接通，变压器就在负载状态下运行，一般无空载运行的情况发生，其他工序，如装载，夹紧等，一般不需要接通电源，因此变压器处于断续工作状态
目前，汽车制造厂商所采用的阻焊设备的次级输出主要是工频交流和直流两种，其额定功率一般在63kVA以上，最高的达400kVA或更高，电能消耗较大。
WDK或HW系列控制器对电流的控制精度较高，约为±
3%，同时具备了多脉冲焊接功能，基本能满足低碳钢或镀锌板的焊接。
点焊电极的使用寿命直接影响着汽车制造成本和焊接质量，在镀层钢板的焊接中尤其严重。
点焊电极材料主要包括：
铬锆铜、弥散强化铜、铍青铜等。
弥散强化铜合金材料，其常温和高温硬度、导电率均优于铬锆铜材料。
采用弥散强化铜电极其使用寿命是铬锆铜电极的2~4倍。
但其成本高于铬锆铜材料。
在国内，汽车制造厂主要采用铬锆铜电极，有少部分合资公司采用弥散强化铜电极。
目前，电阻焊机大量使用交流50Hz的单相交流电源，其容量大、功率因数低。
发展三相低频电阻焊机、三相次级整流焊机（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。
另外，还可进一步减轻设备质量。
目前，由于国产逆变点焊机的性能还不能满足使用要求，因此国内所用逆变点焊机主要依赖于进口。
在载货车车身制造中，所采用的材料为08Al和镀锌板，采用常的点焊机即可。
但在轿车车身制造中，随着铝镁合金的使用量不断增加，只有采用逆变点焊机才能获得较好的点焊质量。
1.3.2电阻点焊焊接质量的检测技术
在汽车制造中，焊接质量的优劣是制造商和用户共同关注的焦点，焊接质量主要依靠焊接设备来保证。
对车身点焊而言，主要由控制器保证设定焊接参数在一定的波动范围内，从而获得稳定的焊点质量。
以恒流控制方式为主的国产控制器基本能满足软钢和镀锌钢板的焊接，但其控制精度还需进一步提高，对焊接电流的控制仍是开环控制，随工况的变化其焊点质量的一致性很难保证。
为了获得可靠的焊接质量，焊接检验必不可少。
在车身制造中，焊点检测方法采用非破坏性抽样检查，可能开焊的焊点未被检查出来，严重影响产品的质量。
因此，点（凸）焊质量的在线检测与控制技术对保证点（凸）焊质量的可靠性和一致性非常重要。
①点焊质量控制技术的发展趋势
1）控制模式。
由单模式控制发展为多模式控制，动态电阻监控、动态电极位移监控都是实现这种控制的综合模式，即动态电阻差值与动态电阻变化速率相综合；
最大位移与位移速度相综合。
由一种监控方法发展为多种监控方法。
2）调节参量。
由初始的单变量调节（焊接时间或焊接电流）发展为多变量调节，即在焊接过程中同时对焊接电流、焊接时间和焊接压力进行调节。
3）在控制决策上，已由常规的控制决策方式（由被控制参数的偏差值通过查表确定其控制参数的调节量）向人工智能（神经网络、模糊逻辑等）决策方式发展。
1.3.3电阻焊接夹具在汽车制造中的应用
焊接夹具是焊装工艺的重要组成部分,它在焊接过程中确保车身形状、尺寸、精度符合产品图样技术要求,同时焊接夹具的自动化程度还是影响汽车生产批量的关键因素。
由于车身零件为薄板弹性体,易变形,在焊接过程中常采用工件型面过定位的方式对它设置定位夹紧点,以增加其刚性,这就决定了车身焊接夹具的数量繁多;
同时车身各位置断面形状的差别又使对它定位的夹具结构具有多样性。
针对这一特点,本文分析长安之星II汽车中门焊接夹具的基本结构,对其选用及设计标准化、缩短
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