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POLO车身制造中的焊接技术

2017-02-06 09:49:00
sawchina
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2539
摘要: 轿车的白车身几乎都是由板金件构成的,所以用于连接金属材料的焊接就成了其主要的加工工艺。而白车身结构的复杂性决定了焊接工艺的多样性。在上海大众POLO新车型的焊接过程中,通过合理运用激光焊、点焊、MIG焊、螺柱焊、螺母凸焊、压铆焊等多种焊接技术,使其质量得到可靠保障。

   轿车的白车身几乎都是由板金件构成的,所以用于连接金属材料的焊接就成了其主要的加工工艺。而白车身结构的复杂性决定了 焊接工艺的多样性。在上海大众POLO新车型的焊接过程中,通过合理运用 激光焊、点焊、MIG焊、 螺柱焊、螺母凸焊、压铆焊等多种 焊接技术,使其质量得到可靠保障。

激光焊

1、激光焊在车身上的主要应用激光焊和激光钎焊由于具有焊缝外形美观、穿透力强、热影响区小、母材烧损少、效率高和焊接强度高等优点,近年来被广泛应用于轿车生产中。目前激光焊不仅被应用于单件成型的焊接,也被大量应用在车身的总成焊接中(图1、图2)。 激光焊最先是在Passat车型的焊接中取得了成功。在焊接Passat车型的前后纵梁等冲压单件时,采用了不同板厚材料对接后再冲压成型的技术,不仅达到了不同承载采取不同板厚的设计要求,而且由于零件一次冲压成型,免去了多个冲压零件拼焊所造成的积累误差,大大提高了零件的尺寸精度。同时由于减少了部分车身的拼焊而降低了制造成本,并在一定程度上降低了车身重量;激光焊取代通常的点焊及铜钎焊用于Passat车顶与侧围的拼焊,解决了车顶漏水的问题,提高了车身制造精度,并大大节省了返工时间;激光钎焊技术用于后盖外板上下板间的拼焊,解决了后盖外板形状复杂给冲压带来的困难。

在POLO车型的前后纵梁、B柱、前地板、四门内板等零件的焊接中,也采用了不同板厚材料激光焊后一次冲压成型的技术;在车身总成焊接中,主要应用了激光焊和激光钎焊。激光焊不仅被用于车顶与侧围的拼焊,而且被用于底板与侧围和侧围与车顶横梁的焊接。POLO三厢车上的激光焊缝长度共计7051mm,主要是侧围与底板的结合焊缝;激光钎焊焊缝长度约为2010mm,主要是车顶与侧围的焊缝。

在焊接中,如果间隙过大,能量无法集中于板材,会造成板材不能融化;如果间隙过小,高温下产生的锌蒸气只能通过熔池排出,会产生大量气孔。所以在POLO车的车顶和侧围之间以及后盖外板的上板和下板之间采用了激光钎焊。激光钎焊所采用的填料为CuSi3,其熔点大于900℃,可有效避免高温下锌层蒸发而引起的焊缝及附近区域防腐蚀性能的下降。从图2的钎焊焊缝可以看出,激光钎焊焊缝比较平滑。在POLO车身上,由于在车顶和侧围之间应用了激光钎焊技术,取消了以往车型所附加的装饰条。

激光焊在车身上的大量应用,一方面增加了车身的强度和刚度,同时也对冲压零件、夹紧技术(零件间理想匹配要求为0.1~0.2mm)以及 的维护提出了较高的要求。

2、 机器人 激光焊接

机器人激光焊系统由激光器、冷却系统、热交换器、光缆转接器、激光电缆、激光加工镜组和机器人等部分组成。

在POLO两箱车身骨架焊接中,由2台激光源通过光缆转接器分别为5台机器人所带的激光头提供激光输入。为使系统正常运行,冷却系统为激光源、热交换器为激光头分别提供足够的冷却。由于激光焊接对焊接位置和零件配合要求非常高,因此对机器人重复精度要求较高,一般要高于±0.1mm。

点焊

点焊技术以其灵活性和经济性的特点而成为POLO车身中应用最为广泛的一种 焊接方法。以三箱POLO车为例,整个车身共有3725个焊点,几乎遍及每一个总成。

为了达到VW的标准,POLO车身车间采用了多种形式的点 焊枪,如手动点焊枪和机器人点焊枪;C型和X型两种枪体。点焊枪主要采用ARO和NIMARK公司的产品, 采用MEDAR公司的产品。

1、机器人点焊

由机器人操纵各种点焊焊枪,实施点焊焊接。机器人可以操纵重达150kg的大型焊钳对地板等零件进行点焊,也可以利用微型焊钳对车身总装如侧围和后轮罩连接处等空间小而且位置复杂的焊点进行焊接。通过切换系统可以更换焊枪,进行各种位置的点焊。焊点的质量高且稳定。焊接速度快,简单位置的焊接速度一般可达2~3s,复杂位置的焊接速度可达3~4s。在上海帕萨特和POLO车的制造中,采用了KUKA公司的机器人。

2、Arplas凸焊

在轿车四门的结构设计中,由于门内板与门框件的连接在窗框内侧的切边尺寸很窄(约为7mm),采用点焊工艺会有很大的困难,经常造成半点焊、假焊或虚焊。所以在POLO车的该位置处采用了Arplas凸焊技术,很好地解决了因为边缘窄对焊点布置带来的困难,并且焊点表面无焊痕,效果非常好(图3、图4)。 Arplas凸焊具有以下优点:

●外覆盖件表面几乎看不见焊痕;
●不损坏表面镀层(镀Zn层及Bonazinc镀层);
●焊后不需要后道打磨工序;
●可满足焊接对边缘尺寸的要求;
●可达到与电阻焊相同的焊接强度。

MIG/CO2焊

在白车身中一些电极头无法到达的特殊形状或有加强板的地方,MIG焊作为电焊的有益补充,在POLO车身车间得到广泛应用。

整个车身上的钎焊焊缝长度大约为9602mm,主要分布在车身底板、侧围、四门两盖及总装上。在侧围生产线上就有2个机器人MIG焊工位,承担着侧围门槛区域近1200mm的MIG焊工作。

由机器人操纵弧焊焊矩可以很方便地进行仰焊、立焊等各种位置的弧焊。通过传感器可以跟踪焊缝,控制弧长。但是机器人弧焊对零件匹配要求较高,当零件间缝道不均匀或者不平整时,就会产生焊接缺陷(图5)。 螺柱焊

螺柱焊是快速焊接紧固件的一种方法,不仅效率高,而且可以通过专用设备对接头质量进行有效控制,得到全断面熔合的焊接接头,保证接头的导热性、导电性和接头强度。一些非承重的车身构件和一些装饰件就是利用焊接螺柱被装配在车身上的,如ABS模块、隔热板、部分仪表盘、部分塑料件等,此外还包括汽车电气连接线的绑扎。POLO车身上共有148个螺柱,主要分布在前后底板、前围板、前后纵梁上(图6)。

POLO车间所用到的 螺柱焊机都是由德国TUCKER公司提供的专用型 电弧螺柱焊机,并配以专用的手工焊导向套或专用机器人。

由机器人操纵 螺柱焊枪焊接螺栓时,可以进行全方位的焊接。机器人螺柱焊具有位置精度高、焊接质量高且稳定、焊接速度快等优点,一般焊一个螺钉的速度可达2~3s。

螺母凸焊

通常除了动力总成与车身采用螺栓机械连接以外,电池固定块、安全带固定块、油箱固定块等也采用相同的连接方式。为了保证足够的连接强度,一般都采用凸焊的方法将螺栓连接的螺母端固定在白车身上。

POLO车身上共有135个凸焊螺母或螺钉,分布在前后地板、前后纵梁、侧围、四个门、前后盖和轮罩上(图7)。在POLO车间,主要采用上海成套设备公司的凸焊机、MEDAR公司的控制器、ROMAN公司的 等。 TOX压铆连接

TOX压铆连接技术是随着表面镀层材料的广泛应用、针对异种材料的连接需要而研制、开发的一种新的连接技术。它采用具有TOX专利的气液增力缸,通过6bar或10bar的空气压力产生2~2000KN的工作压力,使用具有TOX专利的连接模,形成铆接点。铆接点上连接材料相互镶嵌,底部既无棱边也无毛刺,避免了应力集中,可承受很高的动载荷。连接过程无热输入,连接点处的材料表面镀层也不会被破坏,并避免了焊接飞溅及焊接变形,可实现多层材料、不同板厚、不同材质的连接。在施压过程中,采用“软到位技术”及“增力自适应技术”,大大节省了能耗,降低了噪音并延长了设备的寿命。

POLO车型一共有110个压铆联结点,全部分布在前盖及后盖中。我们用TOX铆接点完全取代了点焊连接,焊点表面无焊痕,生产过程无飞溅、无烟尘、无噪音,生产效率可达到点焊速度(每点约3s),并且连接点质量稳定可靠,不受电极头磨损的影响,效果非常好。

值得一提的是,在POLO车身中,由于大量使用了双面镀锌板,虽然从一个方面增加了车身的防腐能力,但在另一方面却对焊接条件提出了较高的要求。对于点焊,由于功率大约增加了10~20%,从而增加了对能源的需求。同时为了减少产生的锌蒸气对人体健康的伤害,车间必须采用更大容量的通风系统;对于弧焊,为了避免锌蒸气的大量产生而破坏镀锌表面,大量使用了MIG钎焊(融化温度低),而不是传统的CO2焊;对于激光焊,为了获得良好的焊接质量,在设计时必须在冲压件上增加锌蒸气的工艺逸出点。

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