基于機器人的車身焊接技術探討范文

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《科學技術創新》2017年第31期

摘要：隨著工業的快速發展，傳統的人工焊接技術已經不能滿足工業汽車車身焊接的需求。針對以上這個難題，本文提出基于機器人的車身焊接技術，由于機器人具有高精度、高效率、自動化程度高的特點，在對車身焊接的過程中，由機器人焊接取代人工焊接變得可行，并彌補了以往焊接的不足，焊接質量能夠更加有效的滿足工業制造的需求，對汽車的車身焊接起到一定的促進作用，從而有效地提高了車身焊接質量的精度和效率。

關鍵詞：機器人；車身焊接；焊接質量

隨著科學技術的迅速發展，汽車車身焊接已經逐步的淘汰了以往的人工焊接方式，由于工人焊接的操作具有較大的偶然性，還要依靠技術員的經驗才能保證焊接的質量，現如今在汽車的流水線的生產上更多的是采用工業機器人進行制造生產，取代了傳統的手工焊接方式，從根本上有效地保證了汽車車身焊接質量。然而利用機器人對汽車車身骨架進行焊接就會涉及到機器人的焊接路徑規劃和焊接工藝，因此對機器人的車身焊接技術的研究具有極其重要的作用。

1車身焊接工藝

1.1車身的結構和自動化生產

車身是指已經完成裝配和焊接工藝，還沒有進入涂裝車間進行噴漆時的狀態，此時車身是利用結構鋼來支撐整個車身骨架，其主要由車門、車頂蓋以及車身的周圍部分等組成。車身對整車系統的性能有著極其重要的影響，也是構成汽車整車不可或缺的一部分。車身不僅僅決定著整車的美觀、舒適、安全等方面，還支撐著汽車的動力系統、控制系統和安全駕駛系統。汽車車身的制造過程一般分為沖壓、焊接和涂裝。具體的步驟如下：第一步，將汽車所需要的鋼板材料進行裁剪，使其符合車身的外廓尺寸，并利用沖壓機將材料沖壓成型；第二步，進入焊接車間，對車身進行焊接，主要是將車身的其他零部件按照一定的順序進行焊接；第三步，也是最后一步，進入涂裝車間，對車身所有的零部件進行電泳防銹處理，并清理車身表面的污垢，最后進行噴漆處理。其目的是防止加工完成的車身受到外界環境的銹蝕，損壞車身表面的光澤度和潔面度。在車身制造自動化生產過程中，通過工業機器人為對象，運用智能化的傳輸生產線，將各工件傳輸到指定位置，夾具夾緊，機器人進行焊接操作，焊接時，可有多臺機器人協同作業，對不同的零部件進行點焊作業，焊完后，回到初始的位置，等待下一個工件的到來，并將焊接好的車身部件運送到下一個工藝，由裝配機器人組裝成一個完整的車身結構，最后焊接成型。

1.2工業機器人焊接系統組成

在汽車的制造生產中，通過點焊將所有零部件進行連接，其點焊的焊點大約在3000-5000個范圍內，如果采用人工進行點焊的話，則很難保證焊接的質量。而如果改為機器人焊接，不但可以采用多個機器人同時進行焊接，縮短時間，還可以保證每個焊點的質量，對整個車身起到重要的作用。在機器人的點焊過程中，需要采用固定式的焊接夾具，保證工件的平衡，以方便多臺機器人同時進行工作，從而提高車身的焊接效率和質量。

2點焊工藝的分析

2.1點焊的工作原理和影響因素

點焊是將工件置于兩個電極臂之間形成搭接，將兩個電極壓緊，利用電流通過焊件產生的電阻熱來融化母材金屬，使工件連接在一起的方法。點焊具有操作簡單、高效率、低成本和焊接的質量高等特點，在電子、儀表、家用電器等領域具有廣泛的應用。焊接形成焊點分為預壓、焊接、鍛壓和休止四個過程。

2.1.1預壓。預壓是指從帶有恒定電壓的焊鉗的兩個電極緩慢的靠近被焊接的工件，并利用焊鉗對工件進行施壓，其中，電壓的穩定和施壓的大小對焊接起著決定性作用，若壓力太小，容易導致工件形成的回路電阻過大損壞焊接件。如果在焊接時，電壓不夠穩定或者電壓偏高、偏低就會形成虛焊或斷焊。總之預壓的目的就是為了建立一個穩定的電流回路，為下一過程焊接做準備，從而確保焊接的電流密度具有良好的重復性，得到質量較高的焊件。

2.1.2焊接。焊接是對金屬的加熱和熔化過程。焊鉗與焊件連接形成閉合的通電回路，使焊接區的溫度迅速上升，工件表面形成高溫塑性狀態的連接區，并確保熔化后的金屬不會因接觸空氣被氧化，金屬在焊接中心處開始熔化。其中，焊接的時間的長短決定著焊接質量，焊接時間太長或者太短都不利于焊接質量。

2.1.3鍛壓。鍛壓是提高點焊質量的關鍵步驟，焊接過程完成之后，焊鉗離開斷開電源，此時金屬由熔化狀態向冷卻、結晶過程轉化。由于該結晶過程容易產生裂紋、縮孔，在焊接結束后，我們會對焊接區域施加一定的壓力來減小焊接時的缺陷。

2.1.4休止。在休止的過程時，將電極松開，焊鉗移動到下一焊點做好焊接的準備。

2.2車身點焊工藝對車身焊接質量的研究

2.2.1焊接電流

焊接時帶有一定電壓的焊鉗與焊件接觸形成電流回路，此時的電流就稱為該焊接件的焊接電流，一般在104安培的范圍內，焊接電流過小，焊件的熱源不夠，不對金屬進行熔化，起不到焊接的效果；焊接電流過大時，加熱過于強烈，會導致金屬過熱，容易損壞焊件的表面，致使焊件的性能下降。因此，在焊接時，要時刻注意焊接電流的變化，一般都配有穩壓器，對焊接電流進行穩定的輸出，減小因電流波動引起的焊接質量的缺陷。

2.2.2通電時間

點焊時的每一個焊接過程，通電時間是指，焊件通過電流到斷開電流的時間，也就是焊件焊接的一個周期。當通電時間較短時，只能獲得接觸面的加熱痕跡，隨著通電時間的延長，就會形成塑性粘連的焊接區，出現熔化焊點，此時焊點尺寸也會不斷增加。但如果通電時間過長，將會引起焊件表面過熱，出現飛濺，致使零件表面質量出現焊接的缺陷。

2.2.3電極壓力

點焊時，通過焊鉗的電極對焊件施加一定的壓力，我們稱之為焊接時的電極壓力，一般在103N之內。電極壓力比較小時，由于焊接區金屬的塑性變形范圍比較窄，容易造成電流密度大，使得焊件加熱速度大于塑性環擴展速度，產生飛濺，不利于焊件的焊接，對焊接質量沒有實質性的保證。當焊鉗的壓力比較適中時，形成的閉合回路的接觸電阻和電流密度都比較穩定，產生的總熱量較均勻，焊點的熔化區域容易控制，得到的焊件的焊點強度會比較穩定。

3總結

通過對車身的結構特點和車身制造自動化生產線的分析，掌握了機器人在車身焊接過程中的特點，并對機器人焊接質量進行分析，對車身焊接過程中的影響因素進行了研究，同時對焊接中存在的問題做重點分析，以此提高焊接的質量對指導工業機器人實際生產有一定的現實意義。

參考文獻：

［1］駱敏舟，方健．工業機器人的技術發展及其應用［J］．機械制造與自動化，2015(1)：1-4．

［2］金嘉琦，劉暢，徐振偉．基于改進蟻群算法的焊接機器人路徑規劃［J］．重型機械，2017(1)：44-46.

作者：宋文 單位：江鈴汽車股份有限公司