汽車車身一般由外覆蓋件、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，也就是說大都為薄板件。車身同時也是汽車上所有內外飾零件的安裝本體，因其結構形狀復雜，整車尺寸大，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，在焊接過程中產生的大的應力和變形，嚴重影響到車身制造質量和穩定性，因此也關系到汽車整車的裝配精度及整車性能。電阻焊是汽車車身焊裝技術中應用最多的，其中車身點焊是電阻焊的主要形式之一，汽車車身焊裝用的點焊設備占全部電阻焊產品的 90 % 以上。

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

1、自動焊鉗的結構和種類

自動焊鉗由鉗體、電極臂和氣缸三部分組成。焊鉗鉗體是采用優質銅材、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的良好冷卻效果；電極臂采用優質鉻鋯銅（CuCrZr- 1）加工而成，具有導電性能好、機械強度高等特點，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，表面進行鍍鉻處理，增加了耐磨性，密封性好，保證在焊接的過程中不發生漏氣現象，從而保證焊接的電極壓力。

自動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 型自動焊鉗

A.電極臂; B.電極；C.握桿夾頭；D.軟電纜接線端；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 型自動焊鉗結構圖

1.2 X 型自動焊鉗

A.電極；B.電極臂；C.握桿夾頭；D.軟電纜接線端；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型自動焊鉗結構圖

2、自動焊鉗的選型

自動焊鉗是為焊裝特定零件而設計、制造的專用焊接設備，安裝在支座上實現的多把焊鉗同時動作進行焊接。自動焊鉗的選型，涉及到生產節拍的限制、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，故需要進行三維焊鉗與夾具的焊接過程動態模擬，以提高選型的準確性，減少在焊接生產線調試過程中更換焊鉗的現象。

自動焊鉗的選型步驟：

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

（2）根據生產節拍和工位布置以及設備等因素，確定焊點在每個工位的焊接數量；

（3）對每個工位的焊點數量進行分組，即將 1 把焊鉗在 1個工作節拍內完成的焊點分為 1 個焊點組，方便以后編制焊接生產工藝；

（4）焊點分組完成后即可進行焊鉗選型。要確定焊點組的數量即焊鉗型號的最小數量，確定那些焊點適合人工點焊，那些焊點不方便采用人工點焊或者不符合人機工程，需要采用自動焊接完成；根據工件的形狀及尺寸確定自動焊鉗的形式（X 形,C 形）及喉深、喉寬、汽缸行程、電極形狀；自動焊鉗的安裝形式根據焊點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，則需要重新設計焊鉗與之匹配，自動焊鉗型號在夾具總圖設計完成之前應予確定。

3、自動焊在 CN100 下車體焊裝線上的應用

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 焊點截面示意圖

圖 4 CN100 車型下車體 3# 自動焊拼臺

CN100 車型的下車體生產線分為 9 個焊接工位，在下車體 3# 工位主要實現前底板焊合總成零件的安裝和定位焊接。為提高生產線的自動化水平，以及滿足生產節拍和節約成本的要求，故采用空中輸送小車來完成該零件的輸送和安裝，利用自動焊接技術完成該零件與左右大梁翻邊的定位焊接（左右各 6 點），余下的焊點在下車體 4# 補焊工位完成，這樣在下車體 3# 工位減少了操作工，在保證焊接質量和生產節拍的同時，節約了成本。

3.1 自動焊單元的設計過程

在下車體自動焊接單元的設計過程中，借助 UG 三維設計軟件進行工裝的建模，并對自動焊的焊接過程進行模擬分析，對可能出現的干涉部分等及時改進和優化，可提高設計效率，節約時間和費用，實現高質量、快速度、低成本的設計。首先，根據焊點的分布情況確定自動焊鉗的為 X 型，以及焊點離零件邊緣的距離（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 焊裝線采用滑橇實現工件的水平輸送，為了避免自動焊單元與車體輸送線干涉，3 個自動焊鉗采用串聯回路，故采用二級運動機構，焊接時先平移前進，再焊接；3 點焊接完成后，先平移退出，再平移滑動，然后平移前進，再焊接 3 點；焊接完成后，先平移退出，系統進入下一工作循環，這樣保證輸送線的安全工作空間。

1.變壓器 2.安裝座 3.導電銅板 4.空冷無感電纜 5.自動焊鉗 6.限位座 7.連接銅板 8.直線導軌 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.自動焊鉗 17.自動焊鉗

圖 5 自動焊單元示意圖

3.2 自動焊單元焊接過程中的動作順序

圖 6 自動焊單元焊接動作順序圖

由控制柜 PLC 給控制箱第一次焊接信號，第一點焊接完成后，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，依次類推，焊接完第六點后，自動焊鉗回到原位等待，系統進入下一個工作（見圖 6）。

3.3 自動焊接系統故障分析

（1）焊接時間分析；

（2）焊接壓力分析；

（3）焊接電流分析；

（4）氣缸 13 前進到位分析；

（5）氣缸 10 平移前進到位分析；

（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程出現的各種故障，分別通過相應的檢測開關來反饋給 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準確的排除故障，保證生產線的正常運行。

圖 7 自動焊接系統故障分析圖

3.4 自動焊系統控制圖（見圖 8）

圖 8 自動焊系統控制圖

4、機械機構的安裝

在進行自動焊接系統的機構安裝和調試過程中，導電銅板的接觸面要進行打磨，確保銅板安裝面充分接觸，連接異性電極以及自動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，杜絕發生電流短路。連接好后要對焊鉗的回路系統進行反復檢查，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過程中的干涉現象，安裝完畢后，先進行手動試運行，沒有問題再進行氣動運行。

圖 9 自動焊接系統安裝示意圖

5 結束語

自動焊接系統經過在 SGMW 公司 N5(SPARK)、N200(五菱宏圖)、N300（五菱榮光） 和 CN100 等車型焊裝線生產中的運用，結果表明能較好地解決實際生產遇到的諸如零件焊接困難、生產效率低、工人勞動強度高等問題，并且在焊裝生產線的部分關鍵工位采用自動焊接代替懸掛式點焊機的人工作業，可避免焊接質量受人為因素的影響，提高了生產效率，減少了焊接變形，保證了焊接質量的穩定性，使焊裝線更符合人機工程的要求，減少操作工人，節約了成本，實現了低投入和高回報，產生了顯著效益。