车身焊装知识

汽车车身焊装工艺

汽车车身装配主要采用焊接方式，在汽车车身结构设计时就必须考虑零部件的装配工艺性。焊装工艺设计与车身产品设计及冲压工艺设计是互相联系、互相制约的，必须进行综合考虑，它是影响车身制造质量的重要因素。

第一节 焊装工艺分析

工艺性好坏的客观评价标准就是在一定的生产条件和规模下，能否保证以最少的原材料和加工劳动量，最经济地获得高质量的产品。影响车身焊装工艺性的主要因素有生产批量、车身产品分块、焊接结构、焊点布置等。 一．生产批量

车身的焊装工艺主要由生产批量的大小确定的。一般来说，批量越小，夹具的数量越少，自动化程度越低，每台夹具上所焊的车身产品件数量越多；反之，批量越大，焊装工位越多，夹具数量越多，自动化程度越高，每台夹具上所焊的车身产品件数量越少。 1． 生产节拍的计算

生产节拍是指设备正常运行过程中，单位产品生产所需要的时间。

假设某车年生产纲领是30000辆份 / 年

工作制：双班，250个工作日，每个工作日时间为8小时

设备开工率：85％ 则生产节拍的计算为： 2．时序图设计

时序图（TIME CHART）是指一个工位从零部件上料到焊好后合件取料的整个过程中所有动作顺序、时间分配以及相互间互锁关系，这些动作包括上下料（手动或自动），夹具夹紧松开，自动焊枪到位、焊接、退回以及传送装置的运动等。生产线上每个工位的时序图设计总时间以满足生产节拍为依据，同时时序图也是焊装线电气控制设计的技术文件和依据，是机电的交互接口。

如图4－1所示为一张时序图，它的内容包括：

（1）设备名称，它是以完成动作的单元来划分。例如移动装置，夹具单元1，焊接，车身零部件名称等。其中车身零件名称表示上料动作，组件名称表示取料动作。

2）相应设备的动作名称，它是以动力源的动作来划分的。例如移动装置是由气缸驱动上下运动和电机驱动工位间前后运动组成，它的动作名称分别为上升，下降，前进，后退；再例如夹具是由夹紧气缸驱动夹紧，它的动作名称分为夹紧，打开等。

（3）各动作顺序及时间分配，动作时间表分配是以坐标网格的形式标记，每格单位为5秒，一个循环总时间为生产节拍，各动作之间的前后顺序关系图用箭头线标识。一般气缸

夹紧动作时间为2～3秒；焊接时间与焊点的数量有关，常以一个焊点3秒的时间估算。合理分配调整各个动作的时间，满足生产节拍要求是车身焊装工艺设计的关键。

（4）行程开关（L/S）和电磁控制阀（V/V）编号，它标明了各个动作之间的顺序及互锁关系，其编号与相应气路控制图上的编号应该一致。

时序图的设计在工艺方案总设计完成后就可以进行，通过计算各动作的顺序时间，可以得出本工位的时间节奏，比较能否满足生产节拍和生产纲领要求，并作相应调整，甚至改变工艺设计。由于每个车身装焊的零部件数量一定，焊点数量一定，焊接时间一定，要达到一定生产节拍内完成所有焊接，就必须将工序分开，分工位上料、焊接。 二．车身产品分块

分块是将车身外壳体分成若干块便于冲压和焊装的零部件、组合件、分总成和总成。合理的分块不仅有利于形成良好的装配质量，并可有效地简化和优化制造工艺。

汽车白车身是一个尺寸很大的复杂的焊接结构件，设计制造时常常是将车身总成合理地划分为若干个部件和组合件，分别进行装配焊接成分总成件，然后再装配焊接成总成结构，这样化复杂为简单，化大为小，可以大大提高劳动生产率，改善结构的焊接工艺性。 1． 结构分离面

将白车身总成分解为若干个分总成，相邻两个分总成的结合面称为分离面。分离面可以分为两类： （1）设计分离面

根据使用上和构造上的特点，将汽车车身分成为可以单独进行装配的分总成，如发动机罩、行李厢盖、车门、车身本体等，这些分总成之间的结合面，称为设计分离面。 设计分离面一般采用可拆卸的连接，如铰链连接，以便在使用和维修过程中迅速拆卸和重新安装，而不损坏整体结构。 （2）工艺分离面

在生产制造过程中，为了适应制造装配的工艺要求，需要进一步将上级分总成分解为下一级分总成，甚至小组件，进行单独装配焊接，这些下一级分总成或组件之间的结合面，称为工艺分离面。例如车身本体总成分解为前围、后围、地板、左/右侧围、顶盖六大分总成，这六大分总成分别平行进行单独装焊，而后总装在一起进行焊接，这些分总成之间的结合面就是工艺分离面。

工艺分离面一般采用不可拆卸的连接方法，如焊接、铆接等。它们最终构成一个统一的刚性整体。 2． 装配焊接方法

根据工艺分离面的划分情况，将汽车车身装配焊接方法分为两类：

（1）集中装配焊接法

将车身产品的装配焊接工作集中在较少的工位上，使用较少的工装夹具来完成装焊工作，称为集中装配焊接法 2）分散装配焊接法

将车身产品的装配焊接工作，分散在较多的工位和工装夹具上来完成，称为分散装配焊接法。它分散的依据是工艺分离面的确定。

如表4－1为某一轿车车身侧围总成分散焊装流程图。 3． 分散装配焊接法的优越性

在车身制造中，要根据生产纲领、工厂的设备情况和技术水平，合理地划分组合件，分总成进行装配焊接，这种方法有很多优点：

（1）可以提高焊装质量，改善工人的劳动条件

把整体车身结构划分成若干组合件、分总成后，它们就变得重量较轻、尺寸较小、形状结构简单，容易保证焊装精度。因为有很多尺寸、形状和技术要求等在部件上保证比在整车上保证要容易的多。例如侧围窗框尺寸及外轮廓曲线的形状等都是在侧围总成的焊装线上得到保证。

从焊接角度来讲，分散装配焊接可以把一些需要全位置操作的工序改变为在正常位置的操作，使焊点尽量处于有利于焊接的位置,可尽量避免立焊、仰焊、横焊，这样有利于提高装配焊接质量，改善劳动条件，也提高了劳动生产率。例如车身的顶盖、侧围及前、后围在整车总成焊装中分别为仰焊和

差，在车身结构设计时，应尽量避免采用狭窄而深的或上、下电极难以接近的焊接结构和焊接接头。如图4－4所示,(a)中由于上电极伸入深窄的焊件中，增加了点焊机的二次回路的感抗，使焊接电流不稳定而降低焊点强

度和质量；图4－4(b)结构中必须采用特殊弯电极， 这种电极的冷却条件不好，降低了焊接表面质量和 电

极

的

使

用

寿

命

。

(a) (b)

3．接头的强度 图4－4 不合理的点焊结构

点焊焊缝适宜在剪切力下工作，而不适宜在拉伸力下工作。设计汽车车身点焊焊接结构时，应尽量使焊缝在剪切力而不是在拉力下工作。如图4-5所示，(a)为焊点受拉伸力状态，(b)为焊点受剪切力状态。

点焊焊缝的强度与母材的种类及焊接工艺有关。 例如，低碳钢的剪切容许应力可取为母材的65％，

而拉伸容许应力可取为母材的40％，焊点布置方案 (a) (b)

不同，焊点中所受应力的种类也不相同。另外，要 图4－5 焊点受力状态

尽量避免焊点密集布置或交汇在一起，否则金属易由于过热而产生严重应力集中及变形，影响焊接质量。 车身外板的焊接，由于焊接热应力会 使表面局部变形而影响外观质量，这时可 通过改变车身零件形状来消除或减轻这类 缺陷。如图4-6(a)是轻型汽车门板的点焊 接头，在门外板表面1区会出现凹凸不平， 若将门外板此处设计成带斜凸梗的棱线

（如图4－6b），就可以起筋条的作用而减 图4－6 车身外板形状

小变形。假如外部造型不允许这样，也可将门外板制成曲面形状（如图4－6c）。 4．焊接厚度

点焊通常用于两层薄板之间的连接，有时也用于连接叠在一起的三层薄板。为了保证焊点的焊透率，两层焊件厚度宜相等或相近，厚度相差应不大于3倍。连接三层板时，如板厚有差别，厚板应置于中间，有利于熔核在三层板上形成。 四． 焊点布置

车身焊接中焊点的数量以及焊点间距的确定是焊装工艺性的一项重要内容。焊点间距越小，焊点数越多，焊接强度也就越高，但分流越大，它会给产品的强度带来不利影响。焊接质量也会因分流的影响而不易保证。

根据车身焊接接头的特点以及车身结构设计时接头的搭边宽度和焊点布置等，焊点布置应着重考虑以下几个问题： 1． 在满足接头强度和技术要求条件下，尽量减小搭边宽度，以减轻结构重量。为保证焊点质量，对焊点中心离板边的最小尺寸要求，可参考表4-2。 表4－2 焊点中心到板边的最小距离

焊件厚度（mm） 1 2 3 4 6

焊点中心到板边最小距离（mm） 8 12 18 25 30

2．在实际车身制造中，由于设置焊装夹具的需要，对弯边接头的宽度（如图4－7）应保证a至少为20～25mm，其根部尺寸一般等于板厚。

3．焊点的距离应选择适当，在保证接头强度和技术要求的前提下，

焊点距离应尽可能大些。因为在焊缝长度一定的范围内，焊点

布置越多，点距越小，分流越大，焊点熔核尺寸减小，反而降

低了焊缝强度。车身焊装的合理点距如表4-3所示。焊接大零

件或组合件时，点距可以适当加大，一般不小于35～40mm，

在 图4－7 弯边宽度

有些非受力的部位，则焊点的距离还可以加大到70～80mm。在

多点焊机上焊接，焊点之间的距离要求不小于50mm。 表4－3 车身焊装合理点距

一个焊件厚度(mm) 1 2 3 4 6

二层板焊接的最小点距(mm) 15 25 30 40 60

三层板焊接的最小点距(mm) 20 30 40 50 80

4．三层板焊接时，其点距比二层板焊接时要适当大些，如表4-3所示。考虑焊点强度的稳定性，尽可能少采用三层板的焊接结构。

焊点的合理布置并不能完全弥补由于产品结构本身设计不合理所造成的强度不足的缺陷。因此，为了提高产品的使用寿命，必须在设计合理的产品结构基础上，来考虑焊点的合理布置。

五． 焊装工艺规程的编制

汽车车身焊装工艺过程是指各种零部件装配成组合件和分

总成，然后在进一步焊装成总成件的过程。指导这一过程的工艺性文件就称为焊装工艺规程。它是车身生产中重要的指导性文件，其内容包括要焊接的零部件名称，装配焊接顺序，装配焊接方法，质量要求，检验方法，焊点数量、布置等，有利于生产组织和管理工作。 1． 装配工艺方案

装配工艺方案是对车身产品焊装过程中的主要问题，作出原则性的规定。一般在立项时开始编制。其编制内容包括： （1）产品对象

总成件及零部件、组合件的数量、名称和结构。 （2）设备描述

确定产品分散装配焊接方法，所需工位总数，各工位焊接方法，上料方式，工装设备，工位间距，工位间的传输方式等。 （3）设计依据

产品生产纲领，工装设备定位精度，工作区大小，设备开工率，水、电、气参数，设计数据和图纸等。 （4）工艺方案

各工位上料顺序，焊点数量，工装夹具方式，焊接方法，作业方式，作业时间等。 （5）技术质量要求

工装设备技术制造、操作要求，焊接质量要求，产品尺寸要求，焊接设备要求等。

焊装工艺方案不仅在工艺原则上规定了工艺过程本身，同时也决定了生产组织和计划工作、厂房和车间的布置、各种设备和装备的配备，它直接影响到生产的周期、劳动生产率和生产成本，它是各种设备和装备选购的技术依据。 2．工作工艺规程

工作工艺规程是装配工艺方案中每一个工序内容的详细具体说明，它是根据装配工艺方案进行编制的，也称工序卡。它规定了本工序各装配零件在夹具中的安装顺序、定位和焊接方法、焊接规范、时间定额、所用工具设备以及耗材等等。 如表4－4为一张典型的工序卡片。

第二节 焊装夹具的工艺方案设计

轿车车身是由上千个冲压件、近5000个焊点焊装成一个整体，每个零件之间的连接必须在三维空间中依靠焊装夹具定位，零件与零件连接形成一个整体车身。每一个零件的连接精度，都是由焊装夹具来保证，它直接影响到功能部件，如发动机、转向器、变速器等的安装精度和性能。重要的外形部件，如保险杠、车门、发动机盖、后箱盖、前后灯等的安装平顺性，都与车身焊装形位精度有直接的关系。

在进行焊装夹具设计之前，首先需要根据车身零件的形状、

焊装工艺、焊点位置及数量来设计夹具的工艺方案，即设定焊装过程中夹具的定位基准及定位基准的形态。 一． 定位基准的基本概念

基准是指某些特定（参考）点、线、面的组合，借以确定零部件中相关点、线、面的位置。按其用途不同，可分为设计基准和工艺基准。设计基准是指在产品图样上，设计者所选定的参考点、线、面的组合，用以确定零件轮廓、尺寸及形位公差等。工艺基准是指在加工过程中，直接用于测量、定位、安装零部件时的实际点、线、面的组合，它分为定位基准、装配基准和测量基准。

夹具的定位基准是为了使焊好的车身组件、分总成件、总成件的位置与车身产品设计图纸、冲压成形零件的形状尺寸、车身测量数据在X、Y、Z方向上一致，所设定的焊装夹具的位置。合理选择夹具的定位基准，可以简化焊接工艺和夹具结构，并且容易保证车身零件的装配焊接精度和质量。选择夹具定位基准时，应尽量使其与车身零件设计基准相统一，减少因基准不重合带来的误差。 1．定位基准的种类和功能 （1）定位基准面

定位基准面有主基准和副基准两种。主基准面是为了保证被焊零件的准确定位。主基准面应该尽量设定在保证零件形状精度和刚性的位置上，而且数量尽可能少，一般主基准面为

不可调整的形式。副基准面是为了校正零件、辅助焊接过程或辅助焊接设备而设定的，它能约束零件的扭曲和回弹、使零件保持形状不变、校正和约束焊接变形，是焊接工装结构上必要的基准，它设计成可调整的形式。 （2） 定位基准孔

定位基准孔也有主基准和副基准两种。主基准孔的作用是固定被焊零件，它用圆柱销约束零件的两个方向，在保证可靠定位的前提下主基准孔的数量应尽可能少。副基准孔的作用是防止被焊零件的回转，它可以用圆柱销或菱形销定位，一般选择零件上的长孔作为副基准孔，用菱形销约束零件的一个方向。 （3）定位基准端

定位基准端也有主基准和副基准两种。主基准端使被焊零件准确定位，它确定一个方向的位置，不可调整。副基准端是为了辅助焊接过程或焊接设备而设定的，它是约束焊接变形和焊接时两个零件错位的基准，设计成可调整的形式。

2．定位基准选择的优先顺序

（1）考虑车身零件的制造工艺，定位基准确定的先后顺序为总成?分总成?组件?零件。因为如果装配件的定位基准不确定，则不可能对零部件的精度确定及正确评价，也无法决

定零部件的准确修正方向。同时为了使车身零件在制造过程中的变化要素最小，需要把含有更多变化要素的装配件上的定位基准首先确定。

（2）为了确定车身零部件的位置，需要基准孔、基准面和基准端的组合，但是在同一方向上约束时，采用基准面、孔、端的顺序不同。考虑车身零件的形状，定位基准选择的先后顺序为基准面?基准孔?基准端。这与冲压零件的成形顺序一致，即先拉延后冲孔。优先选用基准面可以使相邻零件的贴合面累积误差最小，也容易补偿刚性不足的零件形状，而且如果基准孔的位置和孔间距不准确会造成被焊零件的位置不稳定。

3．定位基准位置的选定方法

夹具定位基准的选定必须以冲压件零件图、装配焊接后的组件图、车身焊装工艺流程和工艺方案、车身装配公差要求以及基本车型的相关资料为依据。其选用方法为：

（1）夹具定位基准面的厚度一般为16mm，只有地板框架处夹具定位基准面的厚度选为19mm。为了便于夹具设计与检测，定位基准面尽量选在与车线平行的位置，且与车线之间的距离为整数；若定位基准的位置与车线倾斜，则从车线处标注尺寸和角度。如图4－8所示。

（2）定位基准面要尽可能选在断面形状一致的位置，尽量避免断面发生变化的位置，如图4－9所示。因为断面发生

变化的位置容易造成零件变形，很难精确定位。

（3）定位基准孔要尽可能与定位基准面不重合。这是因为基准孔与基准面的定位方向不同，当零件定位基准面发生变化时，定位基准孔的位置也发生变化。如图4－10所示。 （4）分析整条生产线上各工位零件的构成以及各构成零件的位置，使定位基准的位置尽量选在能贯穿整条生产线的位置上，即生产线上各工位的定位基准尽量保持一致，以减小工位间的定位偏差。

例如：前立柱组件 ? 侧围总成 ? 车身总成前后相互关联的工位尽量选择相同的定位基准。

（5）定位基准尽量选在被焊零件有贴合要求或功能要求的位置，如有装配关系要求的面或孔，有位置尺寸要求的端部或孔等。

（6）定位基准尽量选在容易上件取料的位置，容易实现焊装自动化的位置，以及使装配累积误差最小化的位置上。 （7）对于相同零件的定位，其定位基准位置尽量要统一。 （8）定位基准要选在可以减小焊接变形的位置上。当焊接面的长度足够时，可以将定位基准面直接选在焊接面上。 （9）各被焊零件要尽可能单独定位，不能只依靠相邻零件型面的贴合来定位。

答：用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。 16.什么叫碳弧气刨？

答：使用碳棒作为电极，与工件间产生电弧，用压缩空气（压力0.5—0.7Mpa）将熔化金属吹除的一种表面加工的方法。常用来焊缝清根、刨坡口、返修缺陷等。 17.为什么CO2焊比焊条电弧焊效率高？

答：〈1〉CO2焊比焊条电弧焊熔化速度和熔化系数高1-3倍； 〈2〉坡口截面比焊条减小50%，熔敷金属量减少1/2； 〈3〉辅助时间是焊条电弧焊的50%。

三项合计：CO2焊的工效与焊条电弧焊相比提高倍数2.02--3.88倍

18.为什么CO2焊接接头比焊条电弧焊的焊接接头质量好？ 答：CO2焊缝热影响区小，焊接变形小；CO2焊缝含氢量低（≤1.6ML/100g），气孔及裂纹倾向小；CO2焊缝成形好，表面及内部缺陷少，探伤合格率高于焊条电弧焊。 19.为什么CO2焊比焊条电弧焊的综合成本低？ 答：〈1〉坡口截面积减少36-54%, 节省填充金属量； 〈2〉降低耗电量65.4%；

〈3〉设备台班费较焊条电弧焊降低67-80%，降低成本20-40%； 〈4〉减少人工费、工时费，降低成本10-16%； 〈5〉节省辅助工时、辅料消耗及矫正变形费用； 综合五项,CO2焊能使焊接总成本降低 39.6-78.7%,平均降低

59%。

20.什么叫低频脉冲？适用哪些焊接？

答：脉冲频率在0.5—30Hz的脉冲电弧叫作低频脉冲焊接。主要用于不锈钢、钢和钛等有色金属的TIG焊。 21.什么叫中频脉冲？适用哪些焊接？

答：脉冲频率在30-500Hz的脉冲电弧叫作中频脉冲焊接。由于具有电弧压缩效应，电弧集中，挺度好，主要用于薄件不锈钢、钢和钛等有色金属的TIG焊和不锈钢和铝及铝合金的MIG焊。

22.为什么CO2焊接有飞溅？

答：焊丝端部的熔滴与熔池短路接触（短路过渡），由于强烈过热和磁收缩的作用使熔滴爆断，产生飞溅。CO2焊机的输出电抗器和波形控制可以将飞溅降低至最小程度。 23.为什么MIG/MAG大电流焊接才能实现射流过渡，无飞溅？

答：MIG/MAG焊接时，各种金属均具有短路过渡转变为射流过渡的临界电流值（如：φ1.2碳钢、不锈钢焊丝，电流I≥260—280A），此时电弧呈射流过渡状态，实现无飞溅焊接。 24.为什么MIG/MAG小电流焊接要用带脉冲的电源才能实现射流过渡，无飞溅？

答：MIG/MAG焊接，焊接电流低于临界电流值时，采用带脉冲的电源，其脉冲电流大于临界电流值，电弧也能呈射流过

渡状态，实现无飞溅焊接（如：使用松下AG2/GE2脉冲MIG/MAG焊机，φ1.2碳钢、不锈钢、铝及铝合金焊丝在电流I≥80A时已实现脉冲射滴过渡，其脉冲电流Ip≥350A）。

焊接材料基础知识问答

1. 什么叫焊接材料？包括哪些内容？

答：焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、气体、电极、衬垫等。

2.什么叫焊丝？

答：焊接时作为填充金属，同时用来导电的金属丝—叫焊丝。分实心焊丝和药芯焊丝两种。常用的实心焊丝型号：ER50-6（牌号：H08Mn2SiA）。

3.为什么MAG焊接接头比CO2焊接接头的冲击韧性高？ 答：MAG焊接时，活性气体仅为20%，焊丝中的合金元素过渡系数高，焊缝的冲击韧性高。CO2焊活性气体为100%，焊丝中的锰、硅合金元素联合脱氧，其合金元素过渡系数略低，焊缝的冲击韧性不如MAG焊高。如唐山神钢MG-51T焊丝（相

当于ER50-6）其常温冲击韧性值：MAG： 160J；CO2： 110J。

4.什么叫药芯焊丝？

答：由薄钢带卷成圆形钢管，同时在其中填满一定成分的药粉，经拉制而成的一种焊丝。

5.为什么药芯焊丝用CO2气体保护？

答：按保护方式区分药芯焊丝有两种类型：药芯气保焊丝和药芯自保焊丝。药芯气保焊丝一般用CO2气体作保护，属于气渣联合保护形式，焊缝成形好，综合机械性能高。

6.为什么药芯焊丝焊缝表面会出压痕气孔？

答：因药芯焊丝是由薄钢带卷成的管状焊丝，属于有缝焊丝；空气中的水分会通过缝隙侵入药芯，焊药潮湿（无法烘干），造成焊缝有压痕气孔。

7.为什么对CO2气体纯度有技术要求？

答：一般CO2气体是化工生产的副产品，纯度仅为99.6%左右，含有微量的杂质和水分，会给焊缝带来气孔等缺陷。焊接重要产品一定要选用CO2纯度≥99.8%的气体，焊缝气孔少，含氢量低，抗裂性好。

8.为什么对氩气纯度有较高技术要求？

答：目前市场上有三种氩气：普氩（纯度99.6%左右）、纯氩（纯度99.9%左右）、高纯氩（纯度99.99%），前两种可焊接碳钢和不锈钢；焊接铝及铝合金、钛及钛合金等有色金属一定要选用高纯氩；避免焊缝及热影响区被氧化无法进行焊接。

9.为什么TIG焊喷嘴有大小多种规格？

答：有4—8﹟五种规格喷嘴，焊接碳钢可选用4—5﹟喷嘴，焊接不锈钢和铝及铝合金应选用6—7﹟大喷嘴，以加强焊缝及热影响区的保护范围。焊接钛及钛合金等有色金属应选用7—8﹟更大的喷嘴，才能防止焊缝及热影响区被氧化。

10.什么叫酸性焊条？

答：药皮中含有多量酸性氧化物的焊条，如结422（E4303）、结502（E5003）等交直流两用电焊条。

11.什么叫碱性焊条？

答：药皮中含有多量碱性氧化物同时含有氟化物的焊条，如结507（E5015）、结506（E5016）等电焊条。

12.什么叫纤维素型（下向立焊专用）焊条？

答：药皮中含有多量有机物的焊条，管道及薄板结构下向立

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