车辆覆盖件自动焊的研发及运用

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本文作者：李靖尚校汉俊梅董雷由俐崔静文作者单位：一汽模具制造有限公司

1顶盖总成焊接工艺

厢式车顶盖总成由前顶盖、中顶盖、后顶盖3部分焊接合成。其中，前顶盖和中顶盖搭接处点焊接16点，中顶盖和后顶盖搭接处点焊接16点。两排焊点的断面比较如图1。

2顶盖总成多点自动焊总体布置

顶盖总成多点自动焊总体布置（图2）主要包含产品、自动焊夹具、自动焊机械装置、自动焊设备、自动焊控制系统。在前顶盖和中顶盖位置1布置1套自动装置，完成焊接后通过大型移动机构滑移到中顶盖和后顶盖焊接位置2，切换高差，再继续自动完成位置2的焊接。用1套装置完成两排焊点的焊接，节省了空间，降低了成本。

3顶盖总成多点自动焊组成装置

顶盖总成多点自动焊主要组成部分如图3。a.上电极固定滑移框架及滑移装置：用于固定上电极，带动上电极实现前顶盖和中顶盖、中顶盖和后顶盖两排焊点的前后X向切换。b.上电极举升装置：实现前顶盖和中顶盖、中顶盖和后顶盖两排焊点电极的高低差Z向切换。c.固定上电极：顶盖外表面焊接用电极。d.自动焊枪装置：采用4把焊枪，每把焊枪移动4次分别焊接4点，共计完成16点的焊接。e.自动焊枪前后X向滑移装置：实现焊枪随着上电极完成前顶盖和中顶盖、中顶盖和后顶盖两排焊点的X向切换。f.自动焊枪宽度Y向滑移装置：采用背对背气缸实现每把焊枪移动4次到达16个焊点的位置。

4顶盖总成多点自动焊机械装置的设计与优化

4.1固定上电极的龙门滑移装置和举升装置

（1）龙门滑移装置（图4）采用电机、齿轮、齿条传动实现顶盖前后焊接位图3顶盖总成多点自动焊组成装置置移动1367mm。对于较大行程，齿轮齿条传动平稳，性能可靠。（2）举升装置（图4）采用气缸双导柱机构实现顶盖前后焊接位置6mm的高差切换。对于较小行程，采用此机构成本低，运行稳定。

4.2龙门行走位置精确定位的电气控制原理

如图5，采用2台变频器INV1和INV2分别控制电机M1、M2，并且每台电机通过绝对值编码器实时地反馈电机的运动位置，通过闭环控制实现电机精确定位。2台变频器之间采用主、从网络连接，通过变频器编程，实现INV1作为主动、INV2作为从动，保证2个电机运行速度一致，达到同步运行。

4.3多点自动焊枪的X向、Y向移动装置

多点自动焊枪的X向移动：采用电机齿轮齿条传动装置移动1367mm，用1套自动焊枪装置完成前顶盖和中顶盖、中顶盖和后顶盖2条焊缝的焊接。多点自动焊枪的Y向移动：采用背对背双气缸传动装置实现每把焊枪移动4次，1次完成焊接4点，移动4次后4把焊枪共计完成焊接16点的顶盖焊接（图6）。在焊接工装中，常用的车型切换气动滑台装置只能实现原位和气缸行程伸出后两个位置切换，或用双行程气缸实现3个位置切换。此次采用了一种需要多个位置切换的气动滑台组合装置。它的特点主要在于应用两个普通气缸组合使用，以较低的成本、紧凑的结构较好地实现了气动滑台4个位置的切换（图7）。该装置在柔性混流焊装夹具中得到应用，设想巧妙，有效利用了空间。（c）双面单点焊（d）双面双点焊图8多点自动焊供电方式（a）单面单点焊（b）单面双点焊

5多点自动焊系统推挽式馈电方式的研发

5.1馈电原理

多点自动焊供电方式主要有4种：单面单点焊、单面双点焊、双面单点焊（也称焊钳）、双面双点焊（图8）。单面单点焊：用1对辅助电极代替1个焊点，1次仅焊1点，效率低。单面双点焊：1个变压器完成2点焊接，效率高，但分流大，仅适用于薄板。双面单点焊：1次焊1点，中间部位焊钳喉伸大，使用有局限性。双面双点焊：上、下两侧各1个焊接变压器，从2个方向传导焊接电流，同时加压，焊接变形小，焊点强度好。目前，国内外大多采用的是单面单点焊、单面双点焊的导电方式，上、下板加热不均，分流大，焊接质量不可靠，不能满足焊件表面的精度要求。所以，许多厂商片面地认为多点自动焊已落后，主张以机器人代替多点焊机。随着焊接技术的不断发展，双面双点焊接技术的优势逐渐体现出来，效率高，设备制造成本低，资金投入少，便于维护和操作等。尤其是大型覆盖件的外表面焊接，双面双点焊接采用上、下变压器同时得电，保证上、下电极同时加压和焊接，工件的变形会更小，这是机器人很难实现的。因此，焊装线多点焊接技术在市场上的占有率会更高。

5.2馈电系统组成

多点自动焊馈电系统由以下5大部分组成（图9）。a.上电极用变压器。b.上电极用变压器电缆。c.下部焊枪用变压器。d.下部焊枪用变压器电缆。e.控制系统。

6多点自动焊电气自动化控制技术的研发

国内外大多采用1台焊接控制器控制1台单极焊接变压器实现单面单点焊、单面双点焊的导电方式焊接，焊接控制器每启动1次完成1点的焊接，焊接控制器用量多，不仅成本很高，而且焊接节拍特别慢。多点自动焊电气自动化控制系统采用1台焊接控制器控制上、下两台多极焊接变压器T1、T2，当PLC控制程序给焊接控制器发出启动信号时，上、下两台多极焊接变压器上的每组正、负电极同时得电。具体电流走向是：第1台多极焊接变压器第1组的正极通过电极块、工件、第1把焊枪到第2台多极焊接变压器第1组的负极，第2台多极焊接变压器第1组的正极通过第1把焊枪、工件、电极块到第1台多极焊接变压器第1组的负极，使电流形成闭环回路A。同理，连接焊接变压器的第2组正、负电极，使电流形成闭环回路B。即：T1_A+至电极2至焊枪2至T2_A-至T2_A+至焊枪1至电极1至T1_A-，形成一个闭合回路A，如图10。变压器的B组电流流向同A组，A、B组同时启动保证同一时间焊接4点。这样，使1台焊接控制器每启动1次完成4点同时焊接，既能减少焊接控制器及相应连接控制器的外围附件，又能提高生产节拍。多点自动焊电气自动化控制系统在今后控制领域中占有绝对的优势。图11为焊接控制器的接线形式和焊机控制器控制时序。

7汽车覆盖件外表面无痕焊接的控制

7.1焊枪和电极的冷却水系统

采用冷却水系统可控制电极温度，保持电极寿命和焊接质量。焊枪和电极的冷却水系统中控制箱、变压器、电极、自动焊枪均需冷却。

7.2制作顶盖整体加工数模

将16块上电极安装后整体数控加工，确保曲面的整体加工精度，从而保证顶盖外表面覆盖件的光滑、无痕焊接（图12）。

7.3电极可调整机构的设计

单个固定上电极磨损后可更换。当电极使用磨损时，下旋调整螺栓到合适位置，用螺母锁死。同时，用楔块锁死上电极，保持电极焊接时固定可靠（图13）。

7.4电极绝缘问题

用消防水带重新包裹了电缆的外带，解决了电缆外带损坏和相互分流打火的问题。

7.5电极磨损后快速准确更换的校正定位机构设计

每个固定上电极磨损更换后，高低位置不唯一，没有安装基准。为保证电极更换后与产品型面贴合良好，设计了专用电极使用磨损后的更换校正定位机构（图14）。更换电极时，将带有电极定位用基准样板的螺旋卡固定在电极更换处做基准，电极安装后调靠到该基准面上即可。该机构使用方便，定位可靠。

8标准化和模块化设计

多点自动焊技术通过应用并进行优化完善，形成系列化和标准化，如电机齿轮齿条传输装置的标准化，气缸双导柱举升机构的标准化和系列化，电极调整机构的模块化，水、气路的模块化，为今后同类项目人才培养和知识积累提供技术保障。

9结束语

多点自动焊技术填补了国内空白。该技术极大提高了生产效率和生产节拍，便于产能提升；多点自动焊与机器人相比成本低，可节约资金40%；设备结构紧凑，便于生产线排布，解决了车间用地紧张的难题。该技术已达到国外同类产品水平，且使用性能完全满足用户要求。该技术的成功开发，解决了国内汽车厂家在汽车顶盖、侧围等外表面覆盖件大型多点自动焊接技术上存在的疑难问题，在技术与手段上获得突破，打破了国外供应商的垄断地位，推进了高端技术的进步。该技术还可以在总成夹具、部分分焊夹具上推广使用。