用于汽车车身装配的单面电阻点焊

路边

电阻点焊广泛用于板材制作已几十年了。例如，汽车工业就最爱使用电阻点焊，因为它是一种简单、成本效果好的连接方法。在每一辆客车上，要完成几千个电阻焊焊点。每一个焊点对于质量和生产制造来讲都具有自己的重要性。由于一般电阻焊机的特征原因，被焊的板材必须放进上下两电极之间。然而，这里介绍汽车车身电阴点焊的几点足限性：
         1、 为了在车身底板上进行焊接，就需要一个大形的C型焊枪去接近这些焊点。有时，其焊枪的钳口尺寸大于1米。其结果是使用与维护十分困难。
         2、 许多焊点于密封部件中，一般电阻点焊机是制法接近的。在这些情况下，电弧和激光焊接技术可以取代电阻点焊，但这两种焊接工艺又有他们自身的弱点。电弧焊有热变形和质量控制问题。而激光焊接虽有它特点的优势，可费用昂贵。
         3、 对于最新的板材成型技术，需要新的连接技术，正常液压成形部件是很难用普通电阻点焊来焊接的，因为它需要很大的电极压力以及因为他们的几何形状的原因。
         本文着力谈到一种新开发的电阻点焊技术以及它改善传统电阻点焊所存在问题的力。这种新设计的焊接系统可用低的电极压力进行单面接触。从而实现焊接这种系统可以在有和无背垫板情况下，仅采用单面接触就可进行点焊。为了了解该系统这些特点，完成了各种各样的试验，同时也根据焊接时和焊接电流随着电极压力变化而测出的可焊性波形图。最后这一技术被用于许多汽车外壳装配生产中，且这些结果得到了论证。
         一、 实验装置
         实验步骤分两步：实验室定向试件试验和现场汽车部件实验。实验室定向试验按图1所示的拉伸剪切试件来进行。为了研究背垫对焊缝质量的影响。铜背垫（电极）采用了有孔和无孔两种形式。图1A所示为试件的尺寸与安装，图1B所示为在有背垫情况下单边点焊的实验装置。图1C为用一个开孔为30mm背垫去模拟无垫条件下的单边点焊。
图1用于拉伸剪切试件的实验装置
A——试件尺寸    B——有背垫时的单边点焊    C——无背垫时点边点焊

         用真实的汽车部件和机器人来作现场定向试验，且采用一个专门设计单边焊机来完成焊接。由于高质量的变压器和精确的逆变控制器，才使得次级电缆可以延长至20m。使用一个最大负载力为200kg的机器人系统以保持单边焊枪具有适当的作用力。图2为该系统的示意图。次级电缆分别连接在单边焊枪和地板上。机器人控制器整合和处理所有焊接动作和信息
         讨论与结果
         这部份所讲的结果叙述了该单边点焊机的特点和应用实例，对各种典型的密闭部件进行了试验且显示了良好的结果。同时也讨论了该系统几个足限性与问题。
         1、 可焊性耳垂曲线
         用各种汽车薄板组件进行了焊接（厚度为0.7-1.6mm；有涂层和无涂层；最新的高强钢；有和无背垫等）
         图3为单边点焊可焊性典型曲线图。1B所示的试验装置是用于涂层钢板（0.8t上层板,1.4t下层板）。由于下电极压力为500n，故在较低的电流下，即可获得满意的焊缝。
         2、带有支撑架和构件的大型底板
         为了将构件和支撑架焊在大型底板上，如汽车车身的中心底板，就需要一个大形的C型焊枪才能达到底板的中部。由于许多复杂的定位和夹紧装置在底板下面，故需使机器人以一个最佳的工作时间达到准确的位置是非常困难的（如图4A所示）。而采用单面点焊系统，则定位和夹紧装置的问题就明显降低了（如图4B所示）。由于很容易接近焊点，因此工作时间也能缩短了。
         3、液压成形部件
         由于液压成形汽车部件灵活的形状以及刚性，故使用越来越广泛。在车身部件中可以看到，许多支座被液压部件所替代。而最引人争议的问题是，在用于酸洗的车身中的液压部件如何与其他结构件连接，如底板，加强件和支架等，因为它们的密闭结构的形状。这里电弧焊和激光焊能定一个解决的办法，而单面点焊则定另一最好的解决方法，如将支架和折边焊在液压件上（图5所示），则用普通的单边点焊，这些部件是很容易装配的。
         4、预制件
         正常大型部件都是在最初的设备制造厂里装配的（OEM），这意味着OEM们需要具有复杂制造工艺的大型设备。如部件被作为一个预制组件来提供，那么用很少的生产单元就能获得一个低级装配线。如图6所示，用3个步骤即可装配组合托架。在这个例子中，首先焊好组合托架边板，然后装配好外侧板，这样就完成了车身侧的组装。而后，将已完成的这一组合件与组合托架在后一个装配站上装在一起。但是如组合托架的装配可以压缩，则制作工艺可减少至两步，即车身侧板组合件步骤和与组合托架组件的连接步骤。为了将组合托架板装在车身侧板上，需要用单面焊接技术。鉴于壁板边端的间隙问题，电弧焊和激光焊不可能是最好的解决办法，而单面点焊则具有满意的电极压力去控制这个间隙。
         5、 其它应用
         自从开发用于预制件焊接的单面点焊系统以来，已实现了各种其它用途。低电极力和长次级电缆系统很适用于汽车车身生产线并且有适当的工作周期。以下应用已被试验，且好处如下：
         1、 预制部件：可替代普通的单面焊工艺
         2、 无夹具成形机构（用于激光焊）：对于涂层钢板很容易控制间隙
         3、 生产线的灵活外形：对预制件没有多少限制
         4、 无压痕焊缝（背板边）：由于很低的电极压力焊缝，外观很美
         5、 组合不当的部件：间隙比较坚固/失配问题
         这些就是使用单面点焊系统的许多优点。它可提供一个简单系统结构和很容易接近的能
力。其它优点是，只需较小的设备，较短的工作时间，易维护，很简单的机器人示教等。
         6、 限制及问题
         诚然，点焊枪的单面接触给我们很多的优点，但为了保证获得很好质量的焊缝，不得不
几点限制和问题。首先上板的厚度必须小于1.4mm，在较厚的板可以进行焊接，但由于电极压力小，很难在两板之间形成一个点接触，在这点上熔核需要适当的电极强度。第二，下板必须具有一定的刚性，去承受单面电极压力。所以，下板的几何形状和厚度是非常重要的。原则上两薄板的焊接时建设除非了3-4层薄板的几何形状结构足以支持电极压力。
         结论
         本文介绍了一种汽车单面点焊系统且讨论了在汽车车身装配中的多种应用，可焊性耳垂曲线显示由于电极压力小，在较低的电流范围里发现了操作点。由于只需单面接触就能形成很好的焊缝。因此，在大形板件连接中可以看到大量的潜在优点，单面点焊系统还可用于许多场合。如难于点焊工件（液压成型或预制件）。由于系统结构简单且易接近的能力，工作周期又短，故生产率可以大大提高，且可减少维护。尽管存在一些限制，但这一技术仍是取代的普通单面薄板连接的重要方法。