长安之星（CM5）汽车中门电阻焊工艺的分析和研究毕业设计

1、摘 要 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，广泛应用于低碳钢板、高强钢板和镀层钢板的焊接。 正是由于电阻焊在薄板焊接方面有着其它焊接工艺难以比拟的优势，并且它易 于学习和操作，焊接工艺成熟可靠，所以电阻焊承担了长安之星汽车中门的整 个焊接过程，但同时电阻焊在焊接的过程中也容易出现未焊透或焊穿等缺陷。 本文就是分析保证车门焊接质量、效率的焊接设备和工艺参数，并分析这些工 艺参数是如何保证车门的焊接质量，分析这些参数对焊接质量影响的关系，寻 找解决这些缺陷的方案、措施，设计优化的焊接工艺。 长安之星（）汽车中门使用的材料是低碳钢薄板。焊接的方法全

2、是 电阻点焊。文中首先是对中门焊接生产线的内外蒙皮结构及焊接零部件的分析， 其次分析了夹具在车门焊接过程中的定位夹紧作用。然后选取了合适的焊接设 备，在分析电阻焊电源、焊接原理的基础上，结合长安之星汽车中门现行的焊 接工艺，重点分析电阻焊工艺参数的变化对焊接质量的影响，提出保证汽车中 门焊接质量的措施，最终设计出了优化的焊接工艺。 关键词：关键词： 电阻焊，汽车车门，焊接工艺 abstract resistance as an efficient, low-cost and higher degree of mechanization and automation of the connect

3、ion technology, is very suitable for welding thin plate, and is currently widely used in low-carbon steel, high strength steel and welding steel plate coating.because resistance welding in the light gauge welding has a very big advantages.compared to the other welding method. and it is easy to learn

4、 and operate, welding technology is very mature and reliable. therefore, resistance welding is used to the star changan automobile middle door of all the welding process. but at the same time the resistance welding process of welding is also prone to lack of penetration or welding defects such as we

5、ar. the purpose of the issue through the chongqing changan automobile group three factories changan star (cm5)of the existing car door weiding procuduces analysis and research. analysis how to ensure the doors of welding quality and efficiency of welding equipment and the process parameters and expl

6、aine the process parameters is how to ensure that the doors of the welding quality,analysis these parameters is how to influence the doors of the welding quality, to find a solution and measure to these shortcomings.finally can desigin an optimized welding process . changan star (cm5) car doors use

7、mild-steel sheet for material.the welding methond is resistance welding. in the paper, first analysis stressed-skin construction and welding parts.and then,analysis the welding fixture how to clamping and position select the suitable welding equipment,analysis resistance weldings electrc power sourc

8、e, fundamentals of the welding and process parameters, to combine the changan star active welding process, then analysis the principal factor of influencing the weiding qualitity. to find a solution to ensure the welding qualitity.according to the process parameters is how to influence the weiding q

9、ualitity. finally, desigin an optimized welding process . key words： resistance welding，car doors，welding process 目目 录录 中文摘要. abstract. 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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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、

16、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 30005000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

17、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

18、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

19、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

20、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。 ）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

21、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。 ）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，

22、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

23、 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。 .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。 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

24、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。 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,

25、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. 电极压力

26、 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. 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

27、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 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。 电阻焊电源 电阻焊

28、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 240ka，在铝合金点焊或钢轨对焊时甚至可以达到 150200ka，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

29、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 63 kva 以上，最高的达 400 kva 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

30、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 24 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 50 hz 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，

31、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。

32、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。 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。

33、 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

34、夹具的基本结构,对其选 用及设计标准化、缩短设计周期、降低制造成本具有非常重要的意义。 汽车焊接夹具的设计成功, 提高了焊接的焊接精度和焊接的可靠性, 为汽 车制造业打下了良好的基础。随着汽车工业的发展, 各汽车生产厂家对车身焊 装设备的要求越来越高, 而且汽车车身焊接夹具的设计与冲压件、工序件结构 及精度关系极为密切, 充满了丰富的特殊性, 在设计时, 除了考虑遵循一般的 规律性外, 还必须具体问题具体对待。 车门焊装夹具大都以冲压件的曲面外型、在曲面上经过整形的平台、拉延 和压弯成型的台阶、经过修边的窗口和外部边缘、装配用孔和工艺孔定位, 这 就在很大程度上决定了它的定位元件形状比较特殊,

35、 很少能用标准元件8。焊 接夹具上要分别对各被焊接工件进行定位, 并使其不互相干涉, 在设置定位元 件时要充分利用工件装配的相互依赖关系作为自然的定位支承。有的工件焊接 成封闭体,无法设置定位支承, 可要求产品设计时预冲平台、翻边作为定位控制 点, 总之, 对于要求不严格的装配, 尽量不使用焊接夹具。定位块间距既要保 证定位精度, 又要保证焊钳伸入的方便性。 车门冲压件装配后,使用电阻焊工件不受扭转力矩, 当工件的重力与点焊时 加压方向一致, 焊接压力足以克服工件的弹性变形, 并仍能保持准确的装配位 置与定位基准贴合, 此时可以省去夹紧机构。焊接通常在两个工件间进行, 夹 紧点一般都比较多,

36、电阻焊是一种高效焊接工艺, 为减少装卸工件的辅助时间, 夹紧应采用高效快速装置和多点连动机构。对于薄板冲压件, 夹紧力作用点应 作用在支承点上, 只有对于刚性很好的工件才允许作用在几个支承点所组成的 平面内, 以免夹紧力使工件弯曲或脱离定位基准。夹紧力主要用于保持工件装 配的相对位置, 克服工件的弹性变形, 使其与定位支承或导电电极贴合。 1.3.4汽车焊装生产线的介绍 现代汽车车身装焊技术主要有定位迅速准确的装焊夹具、日益精湛的焊接 技术、日臻完善的质量控制手段、立体布置的自动化生产线和大量焊接机器人 的应用。汽车车身在装焊过程中有两个最明显的特点：一是具有程序性, 指车 身制件装焊的先后顺

37、序；二是装焊过程中, 需使用专门的夹具来确定零件或合 件的相对位置, 并将其夹紧贴合进行焊接。因而汽车焊装生产线主要是由各工 序上的定位夹紧单元、焊接装置以及各工序间进行产品传输的传动机构组成。 随着汽车改型的加快, 产品不断增加, 生产效率越来越高, 汽车车身焊装生产 方式也不断更新, 由原来的手工装焊生产方式发展为装焊流水线生产方式，甚 至全自动生产方式,即自动装卸、自动焊接、自动传送及自动控制。但这种发展 不是跳跃式的, 是在原有生产线的基础上加以改进和延伸的。经过对长安汽车 公司三工厂的参观，发现中门的焊装生产线的特点是其采用的全部是手工装焊， 焊接工艺全部为电阻点焊。车门和零件的装夹

38、全是工人手工放置在夹具上的， 然后再进行夹紧，零件之间的传输也是利用人工。焊接设备采用的也是悬挂式 点焊机。经过实际对生产线的考察发现长安之星二代汽车中门的结构简单，上 述焊装线的工艺布局已经能够满足它的生产及精度要求 1.4本课题的意义 使普通的板材成为一个完整的车身，需经过很多环节，其中最重要的环节 就是将冲压成型后的车身零件组合成完整车身的过程。早期的工艺是通过铆接， 这种工艺不仅生产效率低，而且车身不美观，更重要的是车身的可靠性较低。 随着技术的进步和机械化大生产的需要，电阻焊工艺应用到车身的制造领域。 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

39、之中，其接头质量高，生产效率高，因此目前广泛应用于低 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。车门作为汽车车身的 重要组成部分，所用的焊接均是由电阻焊来完成。长安之星汽车车门由前门、 中门和背门组成，他们主要采用的焊接手段都是电阻焊，而其中又以中门最能 体现电阻焊在汽车工业中的运用现状，能更快、更好的实现本设计的目的达到 以点带面的作用。 本课题通过研究现代工业中薄板焊接最广泛采用的电阻焊，分析它的原理、 结构和展望。然后再在对长安之星汽车车门焊接工艺分析中一一体现。并在工 厂现行生产工艺的基础上，分析影响产品质量

40、的主要因素，从而达到优化焊接 工艺和的目的。 长安之星汽车车门焊接过程中的很多参数都经过工厂技术人员多方考虑， 无数实验后确定的。它们既要能保证焊接质量，同时要考虑焊接速度、效率及 焊接成本等很多因素。所以说他们所采用的焊接设备、方法及工艺参数都优中 取优的，并且是相当的复杂，不易了解。但通过我的学习、查阅，我尽可能的 了解工厂采用这些焊接设备、方法及工艺参数的目的和意义，指出他们这么做 的原因及结果。前提是建立在我对电阻焊相关知识的理解上。 本课题的顺利实现，不仅能够对已学焊接知识（特别是电阻焊方面）的巩 固，加深对它的理解。使自己能够真正意义上的理解整个焊接过程，并不像想 象中的简单，无论

41、从焊接材料的选用；焊接方法的确定，再到焊接设备的准备 （焊机电源、电极等），还是工艺参数的确定；焊接质量的保证，无一不要全 面的知识、细心的思考和全局的掌握。这对今后的工作和学习都将得到极大的 帮助。 1.5 本课题的主要研究内容 长安之星（cm5）电阻焊在其生产过程中占有很大的比例。使普通的板材成 为一个完整的车门，需经过很多环节，其中最重要的环节就是将冲压成型后的 车门零件组合成完整车门的过程。其焊接过程是由电阻焊来完成。本文就是分 析和设计长安之星（cm5）汽车中门的电阻焊焊接工艺。 .1设计（论文）的主要内容：设计（论文）的主要内容： 长安之星（cm5）汽车车门材料的焊

42、接性分析； 现行长安之星（cm5）汽车车门焊接工艺的分析、研究； 焊接设备（电源、电极、控制装置等）的分析与选配； 长安之星（cm5）汽车车门薄板电阻焊焊接工艺设计。 1.6 本课题实现途径 系统的学习焊接尤其是电阻焊方面的知识，了解电阻焊的原理及特点， 并 了解电阻焊在国内外的发展现状以及在汽车制造领域中的应用 对长安之星汽车车门材料的焊接性分析，并了解长安之星的车门结构 选取合适的焊接设备，并对长安之星车门现行的焊接工艺进行分析研究 在分析电阻焊电源、焊接原理、结构及工艺参数的基础上，结合长安之 星 汽车中门现行的焊接工艺，分析影响焊接质量的主要因素，寻找车门焊接质量 的以保证的途径。 根

43、据工艺参数对焊接质量的影响曲线关系，提出可行的保证车门焊接质 量 的措施，并设计出优化的焊接工艺。 2 长安之星(cm5)汽车车门材料的焊接性分析 2.1 长安之星(cm5)汽车焊接板材的化学成分和性能 长安之星（cm5）汽车主要使用宝山钢铁股份有限公司的冷连扎低碳钢板。 其具体的化学成分和性能要求如下： 化学成分 表 2.1： 板材的化学成分 表 2.1 牌号c mn p s alta dc01(st12)0.10 0.50 0.035 0.025 0.020 dc03(st13)0.08 0.45 0.030 0.025 0.020 dc04(st14,st15)0.08 0.40 0.0

44、25 0.020 0.020 a、对于牌号 dc01、dc03 和 dc04，当 c0.01 时 alt0.015 b、可以用 nb 代替部分 ti，此时 nb 和 ti 的总含量0.20 力学性能 表 2.2： 板材的力学性能 表2.2 断后伸长率（l0=80mm,b=20mm）% 不小于 公称厚度 （mm） 牌号屈服强度 mpa 拉伸强 度 mpa 不小于 0.70.7111.61.6 r 值 不 小于 n 值 不 小于 dc01(st12) dc03(st13) dc04 (st14st15) 130260 120240 120210 270 270 270 28 32 36 30 34

45、 38 32 35 39 34 36 40 - - - - 1.5 0.18 拉伸应变痕 表 2.3： 板材的拉伸应变痕 表 2.3 牌号拉伸应变痕 dc01(st1 2) dc03(st1 3) 钢板及钢带在室温条件下储存，在制造后 3 个月内，保证使用时不 出现拉伸应变痕。 钢板及钢带在室温条件下储存，在制造后 6 个月内，保证使用时不 出现拉伸应变痕。 dc04(st14,st15) 钢板及钢带在室温条件下储存，在制造后 6 个月内，保证使用时 不出现拉伸应变痕。 表面质量 钢板及钢带表面不得有结疤、裂纹、夹杂等对使用有害的缺陷，钢板及钢 带不得有分层。其表面质量要求为：表面允许有少量不

46、影响成型性及涂、镀附 着力的缺陷，如轻微的划伤、压痕、麻点、辊印及氧化色等。 2.2 板材的焊接性分析 低碳钢的含碳量低于 0.25%。其电阻率适中,需要的焊机功率不大；塑性温 度区宽，易于获得所需的塑性变形而不必使用很大的电极压力；碳与微量元素 含量低，无高熔点氧化物，一般不产生淬火组织或夹杂物；结晶温度区间窄、 高温强度低、热膨胀系数小，因而开裂倾向小。这类钢具有良好的焊接性，其 焊接电流、电极压力和通电时间等工艺参数具有较大的调节范围。所以，通常 情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和 冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采 用

47、热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。 a、当屈服现象不明显时采用 rp0.2,否则采用 rrl b、对于牌号dc04其r值，n值为r90和n90；当厚度1.6mm时，r值允许 降低0.2；当厚度2.0mm时，r值和n值不作保证。 3 长安之星(cm5)汽车中门现行焊接工艺的分析、研究 3.1 焊接夹具 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

48、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,分析长安之星汽车中门焊接夹具选用及如何保证零件的装夹 定位，对保证车门的电阻焊工艺的稳定以及降低制造成本具有非常重要的意义。 通过对长安三工厂焊接车间长安之星汽车中门焊接生产线分析可知，汽车 车门由内蒙皮、外蒙皮分别通过电阻焊焊接后成型的。内蒙皮有两个焊接夹具 总成：中门内板焊接总成夹具、中门内蒙皮焊接总成，每种共两套，分别为车 门内蒙皮左和车门内蒙皮右两套，结构极其相似，每套夹具都需两个工人来操 作。本文以内蒙皮夹具为例来分析。 3.1.1 内蒙皮夹具的组成 中门内蒙皮的焊接是在两个工

49、位上完成的，故有两个焊接总成，在这里我 只分析中门内蒙皮焊接总成。 除外蒙皮加强件、中央加强件是在中门内板焊接总成夹具上完成焊接的， 其它 6 中零部件：中门内蒙皮上加强件、中门上臂加强件、中门下臂加强件、 中门关门限位器加强件、中门铰链加强件、中门锁加强件均是在中门内蒙皮焊 接总成上焊接成型的。 长安三工厂焊接车间长安之星汽车中门焊接生产线焊接所采用的焊接总成 基本数据如表 3.1 所示： 中门内蒙皮焊接总成基本数据 表 3.1 中门内蒙皮焊接总成 制造厂商 外形尺寸 天津福臻工业装备有限责任公司 1460mm，1190 mm，1050mm（高度） x：350 mm，y：1850 mm，z：

50、750 mm坐标基准 总重量594kg 中门内蒙皮焊接总成这个工位是车门焊接过程中最复杂、用时最多（约占 内蒙皮焊接总时间的 70%） 、工人操作量最大的一个工位。因此在这一个工位上 所 需的焊接设备也就最多，除基本的夹具地板外，所用夹具也达到了 16 个。其夹 具编号、质量如图 3.1，如表 3.2： 车门蒙皮（左）所需的夹具的基本参数 表 3.2 名称序号图号零部件名称数量质量（kg） 1 rd02l/r-01 1 号夹具1/14.2 2 rd02l/r-02 2 号夹具1/13.7 3rd02l/r-03 3 号夹具 1/114.5 4rd02l/r-04 4 号夹具 1/123.8 5

51、rd02l/r-05 5 号夹具 1/116.2 6rd02l/r-06 6 号夹具 1/112.3 7rd02l/r-07 7 号夹具 1/112.3 8rd02l/r-08 8 号夹具 1/128.2 9rd02l/r-09 9 号夹具 1/141 10rd02l/r-10 10 号夹具 1/120.1 11rd02l/r-1111 号夹具1/117.7 12rd02l/r-12 12 号夹具 1/118.8 13rd02l/r-13 13 号夹具 1/115.4 14rd02l/r-14 14 号夹具 1/121.7 15rd02l/r-15 15 号夹具 1/114.8 中门内蒙皮 焊

52、接总成 16rd02l/r-16 16 号夹具 1/114.9 16 个夹具可以分为 2 类： 单独销定位夹具。 ， 气动夹具：气动夹具是指利用压缩空气作动力, 通过气缸推动夹紧机构来夹 紧 工件。 3.1.2 分析夹具的定位和装夹作用 由于夹具的数量过多，本文仅以 7 号夹具为例来分析。经过对中门内蒙皮 焊接生产线的分析，7 号夹具在整个焊接总成中，它所起到的作用是定位、加 紧中门上门框。它在中门内蒙皮焊接总成的位置如图 3.2 所示： 7 号夹具属于利用压缩空气作动力, 通过气缸推动夹紧机构来夹紧工件， 它的优点为：操作省时省力、工作效率高、夹紧力强。 夹具结构：7 号夹具由定位装置、夹紧

53、机构、辅助系统四大部分组成。组 成的零部件如图 3.3、表 3.3 所示： 图 3.1 中门焊接总成夹具编号 7 号夹具零部件及相关参数 表 3.3 图 3.3 7 号夹具的立体结构 7 号夹具零部件 编号名称数量质量 （kg） 材质 1转臂10.8q235-a 2压块10.145 3定位块10.245 4垫片1 5连接块12.2q235-a 6螺钉4 7连杆10.8q235-a 8铰支销1 9夹紧汽缸标准件 10基准销2 11夹具体1q235-a 图 3.2 7 号夹具在中门内蒙皮焊接总成的位置 7 号夹具夹紧过程：夹具打开，车门该装夹的位置放到压块和定位块之间。 由气压机注射气体在夹紧汽缸

54、中，推动汽缸中的活塞向上运动，连杆向上推动 转臂，形成一个“杠杆”在转臂的左端形成一个向下的压力，再传送给压块， 夹紧车门。形成夹具一个闭合的过程。 由此我们可以得出夹具的作用就是在保证焊件焊接后能获得正确的几何形 状和尺寸的条件下，使被装配的元件获得正确的位置和可靠的夹紧。 3.2 长安之星(cm5)汽车中门现行的焊接工艺的分析与研究 3.2.1 长安之星(cm5)汽车中门内蒙皮焊接零部件 通过对长安三工厂焊接车间长安之星代汽车中门焊接生产线分析可知，长 安之星汽车中门主要由内蒙皮和外蒙皮组成。 其中内蒙皮 9 种零部件（11 个零件）全部是由电阻焊焊接而成。如图 3.3 所示： 车门的焊接

55、的复杂程度主要有车门结构、零部件的多少等来决定，经过分 析比较内蒙皮的结构（图 3.5）最为复杂，前后需要 8 种零件通过电阻焊焊接 在中门内蒙皮上，这一过程中总共需要焊 55 个焊点，这 55 个焊点全部都是使 用 c-uc-2906 焊钳焊来完成接焊的，前后需要两个工位，使用了两套焊接夹具 (中门内蒙皮右/左各两套，共四套),每个工位由两个操作工人来完成焊接，故 每个工位有两套相同的焊机。 使中门内蒙皮焊接成型的 9 种零部件（表 3.6）全是采用 0.8mm 厚的冷扎 低碳钢板冲压件，由于长安之星汽车的市场定位比较大众化，车门所用的板材 并不是镀锌钢板，这样做可以保证低廉的制造成本，而且

56、冷扎低碳钢板也具有 良好的焊接性，不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善 组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施。可以不考虑由镀锌层带来的电 极的损耗等影响。 中门内蒙皮焊接零部件 表 3.4 序零件代号零件名称数量生产厂家 16211111/12-e02 中门内蒙皮 1/1 26211155/56-e01 中门内蒙皮上加强件 1/1 重庆荣升汽车配件制造公司 36211114-e01 中门外蒙皮上加强件 1/1 重庆荣升汽车配件制造公司 46211116-e01 中门外蒙皮中央加强件 2/2 重庆荣升汽车配件制造公司 56211142-e01 中门上臂加强件 1/1 长安跨

57、越车辆有限公司 66211143/44-03 中门下臂加强 1/1 长安跨越车辆有限公司 76211145/46-e01 中门关门限位器加强件 1/1 新能汽车配件有限公司 86211151/52-e02 中门铰链加强件 1/1 长安汽车机械制造公司 96211153/54-01 中门锁加强件 1/1 长安汽车机械制造公司 3.2.2 长安之星(cm5)汽车中门外蒙皮焊接零部件 外蒙皮上 3 种零部件全部是由电阻焊焊接而成。如图 3.3 所示： 中门外蒙皮焊接零部件 表 3.5 序号零件代号零件名称 数量 16211101/02-e01中门外蒙皮(左右) 1/1 2 6211132-01中门上

58、窗框1/1 3 6211134-01中门下窗框1/1 图 3.3 中门内蒙皮焊接零部件的焊接位置 3.2.3 长安之星（cm5）汽车中门焊接工艺分析 汽车中门内蒙皮焊接操作顺序（图 3.4） ；零部件对应编号及所需焊点（表 3.6）： 内蒙皮焊接零部件及所需焊点 表 3.6 序号零件代号零件名称所需焊点 16211111/12-e02 中门内蒙皮(左/右) 26211155/56-e01 中门内蒙皮上加强件(左/右) 2 36211114-e01 中门外蒙皮上加强件 5 46211116-e01 中门外蒙皮中央加强件 42 56211142-e01 中门上臂加强件 4 66211143/44-

59、03 中门下臂加强件(左/右) 11 76211145/46-e01 中门关门限位器加强件(左/右) 4 86211151/52-e02 中门铰链加强件(左/右) 11 96211153/54-01 中门锁加强件(左/右) 4 图 3.4 中门内蒙皮焊接操作顺序 步骤： 1）在焊接 1 中当中门内蒙皮放到夹具（中门内板焊接总成夹具）上是，先放零 件于内蒙皮上，然后由夹具夹紧，其夹紧力为 10n。 2）再依次放上零件、，其夹紧力为 20n， 3）采用焊钳型号（c 型）为 c-uc-2906 的焊钳焊接，一共所需焊点为：39 个 4）拆卸部分焊好的内蒙皮转于到夹具（中门内蒙皮焊接总成）上，放上零件

60、 、2，夹紧力为 40n。仍然采用型号为 c-uc-2906 的焊钳焊接，所需 焊点 12 个. 5）拆卸并检测焊点质量。 汽车中门内蒙皮焊点工艺分析 由于车门内蒙皮焊接结构复杂，需焊零部件多，焊点集中。文中只选用中 门外蒙皮上加强件（图 3.5）与中门外蒙皮中央加强件（图 3.6）两件的焊点来 进行工艺分析。 图 3.5 中门外蒙皮加强件 图 3.6 中门外蒙皮中央加强件 x2 外蒙皮加强件以及外蒙皮中央加强件在中门内蒙皮中的焊接位置.如图 3.7 所示： 图 3.7 外蒙皮上加强件与外蒙皮中央加强件的焊接位置 外蒙皮中央加强件的两个焊点： 所需焊点：24（如图 3.8） 焊接夹具：夹具 1