汽車(chē)車(chē)身一般由外覆蓋件、內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(shuō)大都為薄板件。車(chē)身同時(shí)也是汽車(chē)上所有內外飾零件的安裝本體，因其結構形狀復雜，整車(chē)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(guò)程中產(chǎn)生的大的應力和變形，嚴重影響到車(chē)身制造質(zhì)量和穩定性，因此也關(guān)系到汽車(chē)整車(chē)的裝配精度及整車(chē)性能。電阻焊是汽車(chē)車(chē)身焊裝技術(shù)中應用最多的，其中車(chē)身點(diǎn)焊是電阻焊的主要形式之一，汽車(chē)車(chē)身焊裝用的點(diǎn)焊設備占全部電阻焊產(chǎn)品的 90 % 以上。

據統計，每輛汽車(chē)的車(chē)身（車(chē)身總成及車(chē)身部裝件）大約有 4000～5000 個(gè)焊點(diǎn)。焊裝生產(chǎn)線(xiàn)主要由輸送部分、工裝夾具部分、設備及其他輔助設備等組成，是實(shí)現從沖壓零部件到焊接組合件到白車(chē)身總成的重要工藝，以往國內車(chē)身焊接設備主要以勞動(dòng)強度較大、生產(chǎn)效率低的懸掛式手工點(diǎn)焊鉗為主，但隨著(zhù)消費者對汽車(chē)質(zhì)量和性能要求的不斷提高，高質(zhì)量、高水平的自動(dòng)化焊接變成了現代車(chē)身焊接技術(shù)的發(fā)展方向。自動(dòng)焊鉗是一種應用于汽車(chē)車(chē)身焊裝線(xiàn)上的新型點(diǎn)焊設備，它是由汽缸等機械裝置驅動(dòng)焊鉗實(shí)現多個(gè)點(diǎn)的焊接，與傳統懸掛式點(diǎn)焊機相比，它具有使用可靠、故障少、性能穩定、焊接質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)；與點(diǎn)焊機器人相比，具有成本低、回報高、結構輕巧、焊接接近性好的特點(diǎn)。因此，自動(dòng)焊鉗滿(mǎn)足了我國車(chē)身焊裝技術(shù)的發(fā)展需求，現在上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司焊裝生產(chǎn)線(xiàn)上得到越來(lái)越廣泛的應用，例如 N5(SPARK)、N200(五菱宏圖)、N300（五菱榮光）和 CN100 等車(chē)型均應用該技術(shù)。

1、自動(dòng)焊鉗的結構和種類(lèi)

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、預埋紫銅冷卻水管澆鑄而成，鉗體要求強度高，導電性良，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，具有導電性能好、機械強度高等特點(diǎn)，保證了焊接性能的穩定性和提
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(guò)程中不發(fā)生漏氣現象，從而保證焊接的電極壓力。

自動(dòng)焊鉗按結構分主要為 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(xiàn)端；E.反應指針；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.調節彈簧 ；L.安裝端面；M.導向桿；N.調節螺桿

圖 1 C 型自動(dòng)焊鉗結構圖

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(xiàn)端；E.雙行程汽缸；F.連接軸；G.調節螺桿；H.握桿夾頭；I.安裝托架

圖 2 X型自動(dòng)焊鉗結構圖

2、自動(dòng)焊鉗的選型

自動(dòng)焊鉗是為焊裝特定零件而設計、制造的專(zhuān)用焊接設備，安裝在支座上實(shí)現的多把焊鉗同時(shí)動(dòng)作進(jìn)行焊接。自動(dòng)焊鉗的選型，涉及到生產(chǎn)節拍的限制、設備布置空間需要和夾具的有效占用空間及輸送機構等因素，故需要進(jìn)行三維焊鉗與夾具的焊接過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬，以提高選型的準確性，減少在焊接生產(chǎn)線(xiàn)調試過(guò)程中更換焊鉗的現象。

自動(dòng)焊鉗的選型步驟：

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

（2）根據生產(chǎn)節拍和工位布置以及設備等因素，確定焊點(diǎn)在每個(gè)工位的焊接數量；

（3）對每個(gè)工位的焊點(diǎn)數量進(jìn)行分組，即將 1 把焊鉗在 1個(gè)工作節拍內完成的焊點(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)組的數量即焊鉗型號的最小數量，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)焊或者不符合人機工程，需要采用自動(dòng)焊接完成；根據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焊點(diǎn)分布位置和操作位置以及工件輸送機構等確定；根據選定的焊鉗型譜進(jìn)行焊鉗型號的選擇，對于在型譜中找不到合適焊鉗焊接的焊點(diǎn)，則需要重新設計焊鉗與之匹配，自動(dòng)焊鉗型號在夾具總圖設計完成之前應予確定。

3、自動(dòng)焊在 CN100 下車(chē)體焊裝線(xiàn)上的應用

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(chē)型下車(chē)體 3# 自動(dòng)焊拼臺

CN100 車(chē)型的下車(chē)體生產(chǎn)線(xiàn)分為 9 個(gè)焊接工位，在下車(chē)體 3# 工位主要實(shí)現前底板焊合總成零件的安裝和定位焊接。為提高生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化水平，以及滿(mǎn)足生產(chǎn)節拍和節約成本的要求，故采用空中輸送小車(chē)來(lái)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(chē)體 4# 補焊工位完成，這樣在下車(chē)體 3# 工位減少了操作工，在保證焊接質(zhì)量和生產(chǎn)節拍的同時(shí)，節約了成本。

3.1 自動(dòng)焊單元的設計過(guò)程

在下車(chē)體自動(dòng)焊接單元的設計過(guò)程中，借助 UG 三維設計軟件進(jìn)行工裝的建模，并對自動(dòng)焊的焊接過(guò)程進(jìn)行模擬分析，對可能出現的干涉部分等及時(shí)改進(jìn)和優(yōu)化，可提高設計效率，節約時(shí)間和費用，實(shí)現高質(zhì)量、快速度、低成本的設計。首先，根據焊點(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(xiàn)采用滑橇實(shí)現工件的水平輸送，為了避免自動(dòng)焊單元與車(chē)體輸送線(xiàn)干涉，3 個(gè)自動(dòng)焊鉗采用串聯(lián)回路，故采用二級運動(dòng)機構，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，系統進(jìn)入下一工作循環(huán)，這樣保證輸送線(xiàn)的安全工作空間。

1.變壓器 2.安裝座 3.導電銅板 4.空冷無(wú)感電纜 5.自動(dòng)焊鉗 6.限位座 7.連接銅板 8.直線(xiàn)導軌 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(guò)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，第一點(diǎn)焊接完成后，控制箱反饋給控制柜 PLC 完成信號，間隔 5s 后，控制柜PLC 在給控制箱第二次焊接信號，依次類(lèi)推，焊接完第六點(diǎn)后，自動(dòng)焊鉗回到原位等待，系統進(jìn)入下一個(gè)工作（見(jiàn)圖 6）。

3.3 自動(dòng)焊接系統故障分析

（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。

然而對于系統在運行過(guò)程出現的各種故障，分別通過(guò)相應的檢測開(kāi)關(guān)來(lái)反饋給 PLC，再由 PLC 反饋到控制柜的觸摸屏，維修檢驗人員便可方便及時(shí)準確的排除故障，保證生產(chǎn)線(xiàn)的正常運行。

圖 7 自動(dòng)焊接系統故障分析圖

3.4 自動(dòng)焊系統控制圖（見(jiàn)圖 8）

圖 8 自動(dòng)焊系統控制圖

4、機械機構的安裝

在進(jìn)行自動(dòng)焊接系統的機構安裝和調試過(guò)程中，導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進(jìn)行反復檢查，確保同級的電流相通，異極的電流為零；并且避免出現機械運動(dòng)過(guò)程中的干涉現象，安裝完畢后，先進(jìn)行手動(dòng)試運行，沒(méi)有問(wèn)題再進(jìn)行氣動(dòng)運行。

圖 9 自動(dòng)焊接系統安裝示意圖

5 結束語(yǔ)

自動(dòng)焊接系統經(jīng)過(guò)在 SGMW 公司 N5(SPARK)、N200(五菱宏圖)、N300（五菱榮光） 和 CN100 等車(chē)型焊裝線(xiàn)生產(chǎn)中的運用，結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)強度高等問(wèn)題，并且在焊裝生產(chǎn)線(xiàn)的部分關(guān)鍵工位采用自動(dòng)焊接代替懸掛式點(diǎn)焊機的人工作業(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)量的穩定性，使焊裝線(xiàn)更符合人機工程的要求，減少操作工人，節約了成本，實(shí)現了低投入和高回報，產(chǎn)生了顯著(zhù)效益。