汽車車身一般由外覆蓋件、內(nèi)覆蓋件和骨架件組成，覆蓋件的鋼板厚度一般為 0.8～1.2 mm，骨架件的鋼板厚度多為1.2～2.5 mm，也就是說大都為薄板件。車身同時(shí)也是汽車上所有內(nèi)外飾零件的安裝本體，因其結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，整車尺寸大，搭接接頭多，剛性差，易變形，尤其是一些尺寸大、剛度小的薄
板沖壓件，在焊接過程中產(chǎn)生的大的應(yīng)力和變形，嚴(yán)重影響到車身制造質(zhì)量和穩(wěn)定性，因此也關(guān)系到汽車整車的裝配精度及整車性能。電阻焊是汽車車身焊裝技術(shù)中應(yīng)用最多的，其中車身點(diǎn)焊是電阻焊的主要形式之一，汽車車身焊裝用的點(diǎn)焊設(shè)備占全部電阻焊產(chǎn)品的 90 % 以上。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每輛汽車的車身（車身總成及車身部裝件）大約有 4000～5000 個(gè)焊點(diǎn)。焊裝生產(chǎn)線主要由輸送部分、工裝夾具部分、設(shè)備及其他輔助設(shè)備等組成，是實(shí)現(xiàn)從沖壓零部件到焊接組合件到白車身總成的重要工藝，以往國內(nèi)車身焊接設(shè)備主要以勞動(dòng)強(qiáng)度較大、生產(chǎn)效率低的懸掛式手工點(diǎn)焊鉗為主，但隨著消費(fèi)者對汽車質(zhì)量和性能要求的不斷提高，高質(zhì)量、高水平的自動(dòng)化焊接變成了現(xiàn)代車身焊接技術(shù)的發(fā)展方向。自動(dòng)焊鉗是一種應(yīng)用于汽車車身焊裝線上的新型點(diǎn)焊設(shè)備，它是由汽缸等機(jī)械裝置驅(qū)動(dòng)焊鉗實(shí)現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)的焊接，與傳統(tǒng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)相比，它具有使用可靠、故障少、性能穩(wěn)定、焊接質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)；與點(diǎn)焊機(jī)器人相比，具有成本低、回報(bào)高、結(jié)構(gòu)輕巧、焊接接近性好的特點(diǎn)。因此，自動(dòng)焊鉗滿足了我國車身焊裝技術(shù)的發(fā)展需求，現(xiàn)在上汽通用五菱汽車股份有限公司焊裝生產(chǎn)線上得到越來越廣泛的應(yīng)用，例如 N5(SPARK)、N200(五菱宏圖)、N300（五菱榮光）和 CN100 等車型均應(yīng)用該技術(shù)。

1、自動(dòng)焊鉗的結(jié)構(gòu)和種類

自動(dòng)焊鉗由鉗體、電極臂和氣缸三部分組成。焊鉗鉗體是采用優(yōu)質(zhì)銅材、預(yù)埋紫銅冷卻水管澆鑄而成，鉗體要求強(qiáng)度高，導(dǎo)電性良，冷卻性好，以保證焊鉗在正常使用時(shí)的良好冷卻效果；電極臂采用優(yōu)質(zhì)鉻鋯銅（CuCrZr- 1）加工而成，具有導(dǎo)電性能好、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，保證了焊接性能的穩(wěn)定性和提
高了焊鉗的使用壽命；氣缸一般采用鋁合金制成，要求火塞桿的加工精度高，表面進(jìn)行鍍鉻處理，增加了耐磨性，密封性好，保證在焊接的過程中不發(fā)生漏氣現(xiàn)象，從而保證焊接的電極壓力。

自動(dòng)焊鉗按結(jié)構(gòu)分主要為 C 型焊鉗和 X 型焊鉗，按加工方式分鑄造式和銅管式兩種。

1.1 C 型自動(dòng)焊鉗

A.電極臂; B.電極；C.握桿夾頭；D.軟電纜接線端；E.反應(yīng)指針；F.汽缸前安裝座；G.雙行程汽缸；H.尾端安裝座；I.彈簧 ；J.軛；K.調(diào)節(jié)彈簧 ；L.安裝端面；M.導(dǎo)向桿；N.調(diào)節(jié)螺桿

圖 1 C 型自動(dòng)焊鉗結(jié)構(gòu)圖

1.2 X 型自動(dòng)焊鉗

A.電極；B.電極臂；C.握桿夾頭；D.軟電纜接線端；E.雙行程汽缸；F.連接軸；G.調(diào)節(jié)螺桿；H.握桿夾頭；I.安裝托架

圖 2 X型自動(dòng)焊鉗結(jié)構(gòu)圖

2、自動(dòng)焊鉗的選型

自動(dòng)焊鉗是為焊裝特定零件而設(shè)計(jì)、制造的專用焊接設(shè)備，安裝在支座上實(shí)現(xiàn)的多把焊鉗同時(shí)動(dòng)作進(jìn)行焊接。自動(dòng)焊鉗的選型，涉及到生產(chǎn)節(jié)拍的限制、設(shè)備布置空間需要和夾具的有效占用空間及輸送機(jī)構(gòu)等因素，故需要進(jìn)行三維焊鉗與夾具的焊接過程動(dòng)態(tài)模擬，以提高選型的準(zhǔn)確性，減少在焊接生產(chǎn)線調(diào)試過程中更換焊鉗的現(xiàn)象。

自動(dòng)焊鉗的選型步驟：

（1）工藝設(shè)計(jì)人員對焊點(diǎn)進(jìn)行分析，確定焊點(diǎn)的主要參數(shù)，包括數(shù)量、位置、幅度、重要程度等，涉及到與安全和法規(guī)有關(guān)的焊點(diǎn)除外；

（2）根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍和工位布置以及設(shè)備等因素，確定焊點(diǎn)在每個(gè)工位的焊接數(shù)量；

（3）對每個(gè)工位的焊點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行分組，即將 1 把焊鉗在 1個(gè)工作節(jié)拍內(nèi)完成的焊點(diǎn)分為 1 個(gè)焊點(diǎn)組，方便以后編制焊接生產(chǎn)工藝；

（4）焊點(diǎn)分組完成后即可進(jìn)行焊鉗選型。要確定焊點(diǎn)組的數(shù)量即焊鉗型號(hào)的最小數(shù)量，確定那些焊點(diǎn)適合人工點(diǎn)焊，那些焊點(diǎn)不方便采用人工點(diǎn)焊或者不符合人機(jī)工程，需要采用自動(dòng)焊接完成；根據(jù)工件的形狀及尺寸確定自動(dòng)焊鉗的形式（X 形,C 形）及喉深、喉寬、汽缸行程、電極形狀；自動(dòng)焊鉗的安裝形式根據(jù)焊點(diǎn)分布位置和操作位置以及工件輸送機(jī)構(gòu)等確定；根據(jù)選定的焊鉗型譜進(jìn)行焊鉗型號(hào)的選擇，對于在型譜中找不到合適焊鉗焊接的焊點(diǎn)，則需要重新設(shè)計(jì)焊鉗與之匹配，自動(dòng)焊鉗型號(hào)在夾具總圖設(shè)計(jì)完成之前應(yīng)予確定。

3、自動(dòng)焊在 CN100 下車體焊裝線上的應(yīng)用

注：前底板焊合總成板厚為 0.8mm；右大梁焊合總成板厚為 3.6mm

圖 3 焊點(diǎn)截面示意圖

圖 4 CN100 車型下車體 3# 自動(dòng)焊拼臺(tái)

CN100 車型的下車體生產(chǎn)線分為 9 個(gè)焊接工位，在下車體 3# 工位主要實(shí)現(xiàn)前底板焊合總成零件的安裝和定位焊接。為提高生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，以及滿足生產(chǎn)節(jié)拍和節(jié)約成本的要求，故采用空中輸送小車來完成該零件的輸送和安裝，利用自動(dòng)焊接技術(shù)完成該零件與左右大梁翻邊的定位焊接（左右各 6 點(diǎn)），余下的焊點(diǎn)在下車體 4# 補(bǔ)焊工位完成，這樣在下車體 3# 工位減少了操作工，在保證焊接質(zhì)量和生產(chǎn)節(jié)拍的同時(shí)，節(jié)約了成本。

3.1 自動(dòng)焊單元的設(shè)計(jì)過程

在下車體自動(dòng)焊接單元的設(shè)計(jì)過程中，借助 UG 三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行工裝的建模，并對自動(dòng)焊的焊接過程進(jìn)行模擬分析，對可能出現(xiàn)的干涉部分等及時(shí)改進(jìn)和優(yōu)化，可提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約時(shí)間和費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、快速度、低成本的設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)焊點(diǎn)的分布情況確定自動(dòng)焊鉗的為 X 型，以及焊點(diǎn)離零件邊緣的距離（即 A 和 B）確定焊鉗的喉深和喉寬；其次，根據(jù)零件的厚度以及焊鉗的喉深確定焊鉗氣缸的直徑。由于CN100 焊裝線采用滑橇實(shí)現(xiàn)工件的水平輸送，為了避免自動(dòng)焊單元與車體輸送線干涉，3 個(gè)自動(dòng)焊鉗采用串聯(lián)回路，故采用二級運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，焊接時(shí)先平移前進(jìn)，再焊接；3 點(diǎn)焊接完成后，先平移退出，再平移滑動(dòng)，然后平移前進(jìn)，再焊接 3 點(diǎn)；焊接完成后，先平移退出，系統(tǒng)進(jìn)入下一工作循環(huán)，這樣保證輸送線的安全工作空間。

1.變壓器 2.安裝座 3.導(dǎo)電銅板 4.空冷無感電纜 5.自動(dòng)焊鉗 6.限位座 7.連接銅板 8.直線導(dǎo)軌 9.安裝架 10.汽缸 11.油壓吸振器 12.底座 13.汽缸 14.安裝底板 15.安裝托架 16.自動(dòng)焊鉗 17.自動(dòng)焊鉗

圖 5 自動(dòng)焊單元示意圖

3.2 自動(dòng)焊單元焊接過程中的動(dòng)作順序

圖 6 自動(dòng)焊單元焊接動(dòng)作順序圖

由控制柜 PLC 給控制箱第一次焊接信號(hào)，第一點(diǎn)焊接完成后，控制箱反饋給控制柜 PLC 完成信號(hào)，間隔 5s 后，控制柜PLC 在給控制箱第二次焊接信號(hào)，依次類推，焊接完第六點(diǎn)后，自動(dòng)焊鉗回到原位等待，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)工作（見圖 6）。

3.3 自動(dòng)焊接系統(tǒng)故障分析

（1）焊接時(shí)間分析；

（2）焊接壓力分析；

（3）焊接電流分析；

（4）氣缸 13 前進(jìn)到位分析；

（5）氣缸 10 平移前進(jìn)到位分析；

（6）氣缸 10 平移后退到位分析；

（7）氣缸 13 后退到位分析。

然而對于系統(tǒng)在運(yùn)行過程出現(xiàn)的各種故障，分別通過相應(yīng)的檢測開關(guān)來反饋給 PLC，再由 PLC 反饋到控制柜的觸摸屏，維修檢驗(yàn)人員便可方便及時(shí)準(zhǔn)確的排除故障，保證生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。

圖 7 自動(dòng)焊接系統(tǒng)故障分析圖

3.4 自動(dòng)焊系統(tǒng)控制圖（見圖 8）

圖 8 自動(dòng)焊系統(tǒng)控制圖

4、機(jī)械機(jī)構(gòu)的安裝

在進(jìn)行自動(dòng)焊接系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)安裝和調(diào)試過程中，導(dǎo)電銅板的接觸面要進(jìn)行打磨，確保銅板安裝面充分接觸，連接異性電極以及自動(dòng)焊鉗和安裝座之間的絕緣墊片和絕緣套要確保安裝要可靠，杜絕發(fā)生電流短路。連接好后要對焊鉗的回路系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)檢查，確保同級的電流相通，異極的電流為零；并且避免出現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中的干涉現(xiàn)象，安裝完畢后，先進(jìn)行手動(dòng)試運(yùn)行，沒有問題再進(jìn)行氣動(dòng)運(yùn)行。

圖 9 自動(dòng)焊接系統(tǒng)安裝示意圖

5 結(jié)束語

自動(dòng)焊接系統(tǒng)經(jīng)過在 SGMW 公司 N5(SPARK)、N200(五菱宏圖)、N300（五菱榮光） 和 CN100 等車型焊裝線生產(chǎn)中的運(yùn)用，結(jié)果表明能較好地解決實(shí)際生產(chǎn)遇到的諸如零件焊接困難、生產(chǎn)效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高等問題，并且在焊裝生產(chǎn)線的部分關(guān)鍵工位采用自動(dòng)焊接代替懸掛式點(diǎn)焊機(jī)的人工作業(yè)，可避免焊接質(zhì)量受人為因素的影響，提高了生產(chǎn)效率，減少了焊接變形，保證了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，使焊裝線更符合人機(jī)工程的要求，減少操作工人，節(jié)約了成本，實(shí)現(xiàn)了低投入和高回報(bào)，產(chǎn)生了顯著效益。