汽车点焊工艺.docx

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汽车点焊工艺

汽车点焊工艺

毕业设计总结

参考文献

摘要

电阻点焊是一种被广泛应用的生产工艺，尤其被广泛应用于现代制造业及其它一些高科技产业与领域，如汽车制造、飞机制造及航空航天领域等。

点焊是现在汽车车身及其它部件的主要连接工艺方法，在汽车制造工业中发挥着不可替代的重要作用。

汽车车身点焊的连接质量决定了汽车的整体结构刚度和完整性，所以检测和保证点焊的连接质量具有重要的实际意义。

本文基于超声检测的基本原理，进行了汽车车身焊点连接质量的检测和评价研究。

在微型车车身装配焊接中，电阻焊占有相当重要的地位。

但是在焊接过程中所出现的缺陷给汽车装配带来一定的影响，这些问题如到了总装流水线上装配才发现，需要进行补焊、补漏、校正，变形，影响流水线的作业进度，因此消除焊接缺陷，对汽车装配具有重要意义。

通过深入分析点焊工艺过程,结合基于事例推理的特点,将点焊工艺事例属性划分为两类:

事例特征Ⅰ和事例特征Ⅱ。

设计了相似点焊工艺事例的检索策略:

在事例特征Ⅰ的约束下,以事例特征中Ⅱ所包含的材质的热物理性质和板厚作为检索相似事例的依据。

应用模糊推理的方法对检索到相应的相似事例库中所含有的工艺知识、规则进行提取、总结,进而指导对新的点焊工艺事例的求解,从而较好的解决了点焊工艺设计中基于事例推理时,难以建立合适的模型对检索到的相似事例进行修正的难点,使点焊工艺参数的智能求解过程更加符合领域专家的思维,过程更加灵活,具有开放性。

现代轿车的白车身都是通过冲压件焊接连接而成，焊接质量的好坏直接关系到车身的可靠性，因此研究车身焊点的质量非常重要。

锌钢板虽具有较好的抗腐蚀性能，但点焊过程中，与无镀层钢板相比，存在以下问题：

先于钢板熔化的锌层形成锌环而分流，致使焊接电流密度减小；锌层表面烧损、粘连、污染电极而使电极寿命降低；锌层电阻率低，接触电阻小；容易产生焊接飞溅、裂纹、气孔或组织软化等缺陷。

对于生产企业来说，合理选择工艺参数则是控制焊点质量的最主要途径。

本文通过一种既能减少试验次数，又能获得可靠结果的多因素的优选方法——正交试验设计对点焊工艺参数进行优化，代替了传统的经验法，在确保试验结果可靠的基础上，提高了试验效率。

随着汽车工业飞速发展，电阻点焊己经成为轿车白车身装配的主要连接方法，因而点焊质量与焊接效率对轿车的质量与成本有着重要影响。

广阔的市场需求及严格的焊接质量要求对点焊质量控制提出了更高的要求，点焊的质量问题越来越多地受到关注。

由于点焊过程的复杂性，点焊质量的在线评估与质量控制一直是点焊技术领域中的难题。

针对这一问题，本文对汽车点焊过程的质量控制和评估方法进行了研究，重点研究了一种点焊质量的多变量综合监控技术，以保证焊点质量的稳定性，提高点焊合格率，从而达到降低生产成本和提高生产效率的日的。

第一章绪论

1.1研究背景及现实意义

电阻点焊是一种被广泛应用的制作金属板件连接装置的生产工艺，相对其它焊接方法，点焊的主要优点是高效、质量可靠、成本低、易操作、易实现焊接自动化，适用于大批量生产。

由于上述诸多优点，尤其被广泛应用于现代制造业及其它一些高科技产业与领域，如航空航天、汽车制造、能源、电子及轻工等领域，每年约占世界总焊接量的三分之一。

例如，一架（美国）飞机上有一百多万个点焊焊点。

点焊已经成为汽车制造工业中的主要连接工艺方法，在汽车制造工业中发挥着不可替代的重要作用[4-5]。

首先应用于车身焊装，如图1-1所示。

汽车车身焊装包括车身底板、侧围、车架、车顶、车门、车身总成等部分，在它的焊接过程中大量采用电阻点焊工艺。

例如，富康轿车白车身，属于无独立车架的承载式全焊接结构，是由20多个大总成、数百种薄板冲压件经焊接而成的复杂结构件；其焊接方法有电阻点焊、混合气体保护焊（MAG焊）、螺柱焊等，而主要采用电阻点焊模式，白车身上电阻焊焊点有3600多个[6]；上海大众“帕萨特”白车身上的焊点数达到5892点，三箱POLO车的整个车身共有3725个焊点，几乎遍及每一个总成[7]，因此保证点焊焊接质量成为汽车车身装配质量、控制车体误差的关键。

其次，点焊还应用于汽车零部件的生产，包括横梁总成车挡托架的装配点焊、燃油箱上固定件的点焊、滤清器点焊、液力变矩器平衡片点焊、汽车制动蹄点焊等。

虽然新的焊接方法的发展在汽车工业中逐步形成了规模，部分的取代了传统的电阻焊方法，用于汽车车身和零部件的装配焊接，但是电阻点焊在汽车制造中的主导地位在今后的一段时期内不会改变[8]，电阻点焊在汽车生产中的应用前景仍旧是非常广阔的。

中国的汽车工业已进入历史上少有的高速发展期，2004年汽车产量预计在500万辆以上，其中轿车将超过220万辆[8]。

点焊的完整性决定了汽车的整体结构刚度和完整性，故点焊的焊接质量直接关系到车身及汽车的质量；随着社会的发展，生活水平的提高，汽车向中高档方向发展，对焊装设备和焊接质量的要求都越来越高，而保证点焊的质量是提高汽车安全性能的方法之一；尤其是中国加入世界贸易组织的过渡期将要结束，汽车行业的竞争会更加激烈，我国的汽车工业面临巨大的挑战，提高产品质量是增强竞争力的有效途径，这同样需要保证汽车中几千个点焊焊点的连接质量。

随着新材料和新技术的不断出现以及应用领域的扩展，对点焊质量的要求也越来越高。

根据实际工作的需要，克服点焊的缺陷和不足成为当前点焊技术发展中的一个重要任务。

这些缺陷和不足的存在与否或多少直接关系到点焊的质量，而点焊质量直接关系到产品的质量。

因为利用点焊技术的生产的产品大多数是科技含量高、价格昂贵或作用至关重要的产品或零部件，所以必须要保证点焊的质量

1．2轿车车身铝合金点焊现状

汽车车身即白车身，是整个汽车零部件的载体，其制造质量的优劣对整车的质量起着决定性的作用引。

在汽车工业中，电阻点焊主要应用在车身底板、侧围、车架、车项、车门以及车身总成等部分的焊接装配中。

例如美国通用汽车公司车身底部、侧身、车项及龙门系统的焊接，日本三菱汽车公司车身底板、侧围及车身总成的焊接，德国福特汽车公司车身底板、侧围、车门及翼板的焊接等。

铝合金点焊时，应根据铝合金材料牌号及焊件厚度选用点焊机。

与电弧焊相比，电阻焊具有残余应力低、焊接变形小、焊接速度快、操作简便易掌握、产生的飞溅、烟尘及气体少等优点。

但由于铝合金上述的焊接特点使得其焊接工艺规范的选择较困难。

因此，铝及铝合金材料的焊接具有其特殊性，由于存在着氧化膜、接触电阻以及电极损耗等随机性对焊点质量的影响因素，所以在铝合金的点焊过程中容易产生飞溅、虚焊、脱焊等缺陷，使焊接工艺及设备的控制精度高、难度大。

在实际操作过程中，即使有经验的师傅严格按照工艺规程操作，点焊缺陷有时也难以避免。

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。

汽车车身焊装线上的电阻点焊设备主要有以下几类：

a．悬挂式点焊机。

目前车身焊装生产线上的主要设备。

一个车身焊装车间一．般有200-300台悬挂式点焊机，用于车身的各个部位的装配点焊，特别焊接位置复杂多变的部件。

b．点焊机器人。

为了适应现代汽车产品多样化生产的需要，提高车身焊装生产线的自动化程度，减轻操作者的劳动强度，提高工作效率，保证焊接质量，在现代化的车身焊接生产线上，采用点焊机器人代替笨重的悬挂式点焊机，以解放人的单调、重复、长时间的强体力劳动。

比如法国雷诺汽车公司与日本日产汽车公司都采用了全机器人的驾驶室焊装线。

驾驶室的装配、涂胶、点焊全部由机器人完成。

c．多点焊机。

其目的是为了提高生产效率，减小焊接变形。

在车身焊装生产线上，车身底板的点焊装配多采用多点焊机，例如德国的奥迪BMW的车身底板自动化焊装线。

点焊机器人和多点焊机在白车身生产线上所占的比例体现了该生产线的自动化程度。

例如，上海大众“帕萨特"车身焊装线上，共采用294台悬挂式点焊机，6l台点焊机器人；而德国大众“帕萨特"车身焊装线上，在总共有3594个电阻焊焊点中，仅有40点是通过手工焊接的，其余都是通过机器人或多点焊机焊接的。

d．现代点焊机器人。

通常由机器人本体操作机、点焊钳、控制器等几部分组成。

现代点焊机器人采用逆变一体式点焊钳，大大降低了机器人体积和质量，具有控制精度高、响应速度快、节能、焊接工艺性能好等显著优点。

近年来出现了伺服式点焊钳（枪），采用新型电极驭动机构作伺服马达进行位置反馈。

当机器人运行时，机器人控制伺服钳作为其辅助轴之一，实现电极加压软接触和电极压力实时调节，在与焊接电流最佳配合后，消除飞溅，显著提高了点焊质量。

这种MOTOMAN点焊机器人已在日本、美国和欧洲获得应用。

而柔性化机器人或柔性化机器人焊接系统采用多种焊钳的自动快速更换技术，以适应焊装线的少批量多品种生产。

为集中管理和控制焊接质量，设计了自动化的焊接质量和产量控制系统，如机器人二维激光视觉系统、数字摄像控制系统、射线质量检测系统等。

而借助于CAE，CAM获取焊件构造、焊接条件和机器人机构等信息的新型离线示教机器人取代原再现式点焊机器人系统，来选定焊钳、配置机器人进行离线示教，示教时间短，焊接质量更稳定。

点焊机器人在国外汽车生产中的应用相当广泛，如美国通用汽车公司车身底部、侧部、车顶及车架龙门系统的焊接，同本三菱汽车公司底板、侧围及车身总成的焊接，德国福特汽车公司底板、侧围、车门及翼板的焊接，机器人焊点占焊点总数的80％'--90％。

近年来，国外许多汽车生产企业已将中频点焊机器人和伺服点焊机器人应用于轿车白车身装焊线。

尤其在欧洲，中频点焊机器人使用量已占4096，并扩大到铝合金轿车车身的点焊作业。

汽车制造的批量化、高效率和对产品质量一致性的要求，使机器人在汽车焊接生产中获得了大量应用。

我国的汽车制造业也紧跟发展的步伐，据2001年的统计，全国共有各类焊接机器人1040台，而汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的76％，成为工业机器人的最主要用户。

东风商用车车身厂第六焊装车间总装线采用了6台点焊机器人，3台自动焊机。

一汽车身厂十万辆新品驾驶室主焊线采用了2l台点焊机器人，点焊自动化率达95％。

东风车身厂六万辆新品驾驶室总装线采用了10台点焊机器人，1台自动焊机，但是点焊自动化率仍不足60％。

而且在国内，点焊机器人上所配备的焊钳均为气动焊钳，焊接时冲击力较大。

还有由于工件的重复精度较差，电极处于凸缘边缘时，焊钳易滑出，严重时会损坏被焊工件。

另外，电极磨损量的监控反馈精度较差，影响焊接质量。

在国外，机器人用焊钳已逐步采用伺服焊钳，焊接时冲击小，并能实现精确控制，提高焊接质量、

第二章电阻点焊焊概述

2.1电阻点焊简介

电阻点焊是焊件在接头处接触面的个别点上被焊接起来。

点焊要求金属要有较好的塑性。

如图1所示，为最简单的应用点焊的例子。

图1最简单点

焊焊接时，先把焊件表面清理干净，再把被焊的板料搭接装配好，压在两柱状铜电极之间，施加P力压紧，如图2所示。

当通过足够大的电流时，在板的接触处产生大量的电阻热，将中心最热区域的金属很快加热至高塑性或熔化状态，形成一个透镜形的液态熔池。

继续保持压力P，断开电流，金属冷却后，形成了一个焊点。

点焊由于焊点间有一定的间距，所以只用于没有密封性要求的薄板搭接结构和金属网、交叉钢筋结构件等的焊接。

如果把柱状电极换成圆盘状电极，电极紧压焊件并转动，焊件在圆盘状电极只间连续送进，再配合脉冲式通电。

就能形成一个连续并重叠的焊点，形成焊缝，这就是缝焊。

它主要用于有密封要求或接头强度要求较高的薄板搭接结构件的焊接，如油箱、水箱等

2.2点焊方法分类

对焊件馈电进行电焊时，应遵循下列原则:

①尽t缩短二次回路长度及减小回路所包含的空间面积.以节省能耗;②尽t减少伸入二次回路的铁磁体体积，特别是避