自动焊接系统在汽车车身焊接生产中的应用

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1、 1 自动焊接系统在汽车车身焊接生产中的应用 自动焊接系统在汽车车身焊接生产中的应用 冲焊工程所 张 峰 自动化工程所 刘灿江 摘 要摘 要 为解决汽车车身侧围门槛处及车体轮罩处的焊接困难及生产节拍低下等问题,首次将逆变控制箱成功运用在自动焊接系统中，取得了良好的效果，同时大大降低了工人的劳动强度，提高了焊接节拍。该项目在国内同行业尚属首次成功应用这项技术,为以后此类项目的开展积累了宝贵的经验。 关键词关键词 逆变控制，空腔焊接，自动焊钳，动态仿真 1 前言 1 前言 在车身自动焊接系统的设计、实验过程中，要特别注意对空腔焊接系统的参数及结构设定。本课题借助 CATIA 三维设计软件进行建模，

2、之后对模型的真实工作过程进行动态仿真，并对可能出现的干涉及不良点及时改进和优化，大大提高研究效率，节约了时间和费用，实现了高质量、快速、低成本的设计。在实际生产中，已成功应用在日产以下车型：琪达(TIIDA),颐达(TIIDA) ,骏逸(GENISS),骊威(LIVINA), 轩逸(SYLPHY)。 采用自动焊接系统可以实现以下目的： 1.1 对于焊接比较困难的点可以采用此种方法,如侧围与地板，侧围与轮 罩搭接处。 1.2 可以自动识别车型，与人工焊接同步进行，可以大大提高生产节拍。 1.3 这几处都是焊接困难点，自动焊接可以降低人工焊接劳动强度。 1.4 提高整体设备自动化率。 1.5 可在

3、这几处代替机器人焊接，实现低投入，高回报。 2 系统总体结构的设计与实现 2 系统总体结构的设计与实现 车体总成工位，由于侧立框架及地板夹具的干涉，焊钳往往无法深入轮 罩处进行焊接，这时就需要有一种机构来代替人工焊接，而此处结构为空腔焊接， 而不是常用的上下电极头相贴焊接，对于普通焊接，是靠上下电极头接触形成焊接回路， 而在中空焊接时,因为电流通过相邻板流动,板和板之间接触的地方会全部分流,所以无效分流很大，如果改用普通交流电,很容易出现假焊。通过查阅相关资料，与电气、焊接方面的技术人员讨论，要解决以上问题，就要使焊接时的交流电流变为直流电流，从而保证焊接后的焊接强度，于是先设想采用逆变控制箱

4、控制自动焊钳的方法，将焊接电流由交流电流变为直流电流，以下通过实验来验证焊接的可靠性。 （1）实验设备及原理示意图 （1）实验设备及原理示意图 实验设备有： 空腔焊钳， 逆变控制箱， 变压器(130kVA),大力钳， 厚度为 1.0-1.8 的镀锌板材，铜板，电流计，压力计。 模型提出 试验原理 （2）实验结果（2）实验结果 2 材料品种 设定电流值 10.0kA 10.2kA 单相交流 三相交流 单相交流 三相交流 板 A 板 B 熔核直径平均值（mm） SPC1.0 SPC1.4 4.14 6.10 5.03 6.25 SPC1.2 SPC1.4 4.48 4.95 4.37 5.85 S

5、PC1.4 SPC1.4 4.56 4.90 3.07 5.60 SPC1.6 SPC1.4 4.90 1.91 4.15 GA0.8 SPC1.4 2.44 3.85 3.82 5.70 GA1.6 SPC1.4 0.00 2.45 0.00 2.40 注：a. 实验条件：通电时间 7 个周波(7cyc，0.14sec),固定. b. SPC普通冷轧钢板，GA 镀锌冷轧钢板； 实验结果表明： 2.1 三相交流焊接比单相交流焊接更容易形成熔核； 2.1 板 A 的厚度如果超过 1.6mm 的话，对于 GA 材质很难形成熔核； （3）总体结构的设计与实现 （3）总体结构的设计与实现 对焊接的原理

6、及方法基本研究清楚后，下面针对日产夹具的特殊性设计整套机构。为了避免与车体干涉，采用二级运动机构，焊接时先平移，再顶升，焊接完成后先下降，再后退。对于车体的不同部分，可用不同的机械结构实现其运动过程，模型示意图如下(省略控制箱及铜板连接部分)： 车体轮罩与侧围搭接处 3 （4）逆变自动焊接系统与主线之间的信号联系表 （4）逆变自动焊接系统与主线之间的信号联系表 对于特定的自动焊机系统可以分别实现好几种车型的焊接，前提是要把逆变自动焊机系统与主线之间的信号联系起来，过程如下： 车型正确，系统启动 车型不对，系统不运行 4 车型鉴别 根据车型判定是否运行 车 体 下 降 到位 PLC 给控制箱 第

7、一次信号， 焊 接开始 系 统 等 待 20 秒 所有夹具夹紧，OG 到位夹紧 焊钳前进， 顶升到位依 次 间 隔 4s 焊 接 焊接异常，系统报警 检查异常，排除故障复位重新开始 焊接正常车体焊接完成系统等待焊接完成系统退出OG：日产设备中用于定位侧围与车体顶盖的一种设备。 （5）（5）逆变自动焊接系统故障分析 逆变自动焊接系统故障分析 5.1 焊接时间超时报警； 5.2 焊接系统的异常报警，如缺水，断电等； 5.3 焊接低电流报警； 5.4 平推气缸前进到位超时报警； 5.5 顶升气缸上升到位超时报警； 5.6 顶升气缸下降到位超时报警； 5.7 平推气缸后退到位超时报警； 对于出现的各种

8、故障，分别有相应的检测开关来反馈给 PLC，再由 PLC 反馈到触摸屏，检修人员可及时排除故障。 （6）系统控制回路图 （6）系统控制回路图 PLC 电控柜 一次侧供气点 （三联件）焊接控制箱 如果阀由控制箱控制，则信号线进控制箱 铜 板 +软电缆 变压器 如果阀由PLC控制，则信号 线 进PLC 柜 调 压 阀 1 调 压 阀 2 调 压 阀 3 调 压 阀 4 5 （7）电气程序设计 （7）电气程序设计 根据这几种车型的结构和周围设备的可用空间，此次机械结构动作分为四部分。设备前进上升到位后，由 PLC 给逆变控制箱第一次焊接信号，第一点焊接完成后，控制箱反馈给 PLC 完成信号，间隔 4

9、S 后，PLC 在给控制箱第二次焊接信号，依次类推，焊接完第四点后，自动焊钳原位等待，所有焊接完成后，自动焊钳机构下降退出，一个循环结束。电控触摸屏画面如下： MSW：Multifunctional spot welding MSW：Multifunctional spot welding RETD：Returned RETD：Returned 一 次 侧 电 源 P L C与控制箱信号电缆 4 个阀的 4 根信号线汇集到端子盒上 电 磁 阀 1 电 磁 阀 2 电 磁 阀 3 电 磁 阀 4 焊 钳 1焊 钳 2 焊 钳 3 焊 钳 4电源电缆 信号电缆 循环冷却水 ADVD：Advance

10、d ADVD：Advanced （8）系统机构安装及焊接参数设置 （8）系统机构安装及焊接参数设置 8.1 机械机构安装 在机械机构安装时铜板接触面要进行打磨， 同极的铜板连接要确保铜板充分接触，两极之间的连接要注意绝缘板的设置。软电缆要采用扁平无感电缆，以使电缆在使用时有较好的柔韧性。电缆连接时，要保证焊钳外侧是正极，这样更容易在外侧形成熔核。连接好后要对焊钳的回路系统进行反复检查，确保同级的电流相通，异极的电流为零。 8.2 电气部分布线安装 在设计时要考虑机械机构与原有夹具的互锁， 对各种焊接系统可以通过触摸屏来操作，并且可以实现单个焊钳分别控制，分别焊接，并且可以选择在夹紧时是否通电，

11、这样有利于在手动调试时的便捷性。在布线时，强电电缆必须和信号电缆分开铺设，防止出现信号干扰问题。 8.3 焊接系统参数设置 在焊接时主要的焊接参数有：预压时间、第一次通电电流、冷却时间、第二6 7 次通电电流、保持焊接时间。对于此次焊接情况设置为控制箱输出电流 10kA，保证在焊接时的电流在 9kA 即可。在实际调试过程中，往往由于控制箱的差异及连接回路的距离等因素，致使焊接终端电流低于目标值，在排除机械原因后，这时就要对焊接参数进行调整，根据最后焊接情况，确认焊接参数。现行焊接参数表如下： 项目 English Name DATA1 DATA2 DATA3 DATA4 焊钳编号 Gun No

12、. 1 2 3 4 焊钳位置 Location LH FR LH RR RH FR RH RR 变压器匝数 比 TurnR 48 48 48 48 焊接压力 Pressure （N） 2100 2000 2100 2300 设定电流 Set Current（kA） 10.0 10.0 10.0 10.0 测定电流 Measure Current（kA） 9.4 9.0 8.7 8.6 焊接 1 时间 Weld 1（CYC） 5 5 5 5 冷却 1 时间 Cool 1 （CYC） 1 1 1 1 焊接 2 时间 Weld 2（CYC） 16 16 16 16 冷却 2 时间 Cool 2（CYC） 1 1 1 1 保持时间 Hold （CYC） 30 30 30 25 通流比 CFlow+ 75% 75% 75% 75% 3 结束语 3 结束语 实际应用结果表明，自动焊接系统在实际生产中的运用，可以较好的解决焊接困难（如：车身轮罩部位的空腔焊接、门槛部位的实心焊接等） 、生产节拍低下、劳动强度高等实际生产问题，在局部采用自动焊接系统代替机器人焊接，价格低廉，收到了很好的经济效益和社会效益。