点焊技术在汽车工业中的应用

焊的因素[5，6]
电阻点焊具有低能耗、低成本、高质量、高效率、
型和 F 型等几种。电极的材料和形状取决于所需的
讨
论
压力和所焊工件的热传导性能和焊接工艺要求等。 ︱
表 1 常用电极材料特性表
︱
电极材料
主要成分
特性
适用于焊接的材料
电
铬铜 铬铜 锆 氧化铝强化分散铜
钨
AI203 W
沉 淀 硬 化 合 金 ，具 有 高 的 热 及 电 的 传 导 性 ，是 较 为 经 济 的 选 择 沉 淀 硬 化 合 金 ，具 在 高 的 发 热 阻 抗 ，硬 度 比 铬 铜 高 分 散 硬 化 合 金 ，比 铬 铜 软 ，但 有 高 温 后 也 不 会 变 形 高 熔 点 材 料 ，并 具 有 高 的 发 热 阻 抗 ，热 及 电 的 传 导 性 较 低
点焊机器人在汽车生产中的应用相当广泛，如美
专
汽车车身焊装线上的电阻点焊设备主要有以
国通用汽车公司车身底部、侧部、车顶及车架龙门系
题
下几类：
统的焊接，日本三菱汽车公司底板、侧围及车身总成
讨
a. 悬挂式点焊机。目前车身焊装生产线上的主
的焊接，德国福特汽车公司底板、侧围、车门及 翼 板
论 ︱
要设备。一个车身焊装车间一般有 200~300 台悬挂
4.2 电容储能式点焊机
利用储能电容器在较长时间内储积电能，而在 一瞬间以极高速率释放能量，获得较大的焊接电流。 由于充电电流远小于放电电流，因而焊接效率较高， 适合于焊接导电性、导热性良好的轻金属。
4.3 晶体管点焊机
具有微秒级反馈波形控制，脉冲波形可任意设 定 ，有 效 防 止 焊 接 热 影 响 ，可 获 得 高 质 量 无 飞 溅 的 焊 点 ，适 用 于 精 密 精 细 件 的 高 要 求 焊 接 ，能 出 色 完 成薄板和极细线的焊接。
汽车工业中的应用。
关键词：点焊技术；汽车；应用
中图分类号：TG453+.9
文献标识码：A
文章编号：10 01-2303(2005)02-0026-05
application of spot welding in automobile industry
YUAN Shao-bo，TONG Yan-gang (Coiiege of Mechanicai Engineering，Chongging University，Chongging 400044，China)
电阻点焊主要采用双面单点焊接、双面双点焊接、 单面单点焊接、单面多点焊接、双面多点焊接等 焊 接 方 式 。其 焊 点 大 小 和 强 度 主 要 受 电 极 直 径 、焊 接 电 流和焊接时间、电极压力、电流分流等因素的影响。
3 电阻点焊电极的选择[5]
电阻点焊中，电极主要有 3 种作用：a. 保持电
软 质 的 钢 、钢 片
阻
软 质 的 钢 、钢 片
焊
表面处理的钢片
技
铜
术
钼
MO
和 钨 相 比 ，耐 久 力 较 差 ，但 较 为 经 济 且 可 使 用 性 较 高
铜
钨铜
W 在热及电的传导性方面，处于钨和铬铜之间，不易弯曲，且易于加工
视电极而定
钨银
Ag W 在热及电的传导性方面，与钨铜相近，在不能使用铜合金的场合使用
流密度均衡；b. 集聚焊点处的电流；c. 保持焊接过
程 中 热 量 平 衡 。正 确 选 择 点 焊 电 极 ，使 电 极 与 工 件
图 2 点焊形核图
材 料 相 匹 配 才 能 wk.baidu.com 证 好 的 点 焊 质 量 。最 常 见 的 电
2 电阻点焊基本方式与影响电阻点
极材料有铬铜、钨铜、钨和钼，不同电极材料特性见 专 表 l。电极形状也有很多种，常用的有 R 型、P 型、F 题
4.5 激光点焊机
利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域 内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料 内部扩散，将材料熔化后形成特定的熔池。激光点焊
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电阻焊技术
第 35 卷
的 优 点 是 热 影 响 区 小 ，焊 接 深 度 大 ，工 件 变形小。 极驱动机构作伺服马达进行位置反馈。当机器人运
收 稿 日 期 ：2004-12-13 作 者 简 介 ：袁 少 波(1975—)，男 ，湖 北 天 门 人 ，在 读 硕 士 ，主要 从
事焊接专家系统的研究工作。
L 电阻点焊的基本原理
电阻点焊是通过点焊电极对被焊工件施加并 保 持 一 定 的 压 力 ，使 工 件 稳 定 接 触 ，然 后 使 焊 接 电 源输出的电流通过被焊工件和它们的接触表面，产 生热量，升高温度，熔化接触点局部形成焊点，达到 将金属工件焊接在一起的目的。点焊结构和热量分 布特性如图 1 所示。电阻点焊过程中，在良好的焊接 循 环 条 件 下 ，无 论 焊 接 什 么 材 料 ，每 一 个 焊 点 的 形 成过程必分为 3 个连续的阶段：第一阶段— ——预压 阶 段。紧密接触工件的焊接处，保证所需的接触 电 阻。第二阶段— — — 通电加热阶段。电流通过挤压在 电 极 间的 工 件 ，产 生 热 量，加 热 工 件 达 到 熔 化 状态， 形成熔核。熔核外部金属因通过的电流较小，形成包 围熔核的塑形环，影响焊点强度。第三阶段——冷却 结晶阶段。焊点熔化形核后，在冷却结晶过 程 中 伴 随 有相当大的收缩，在这个阶段一定要延迟解除电极 的压力，使焊点在未完全 冷 却 前，在电极压力作用 下得到更加致密的结晶组织。点焊形核如图 2 所示。
的 焊 接 ，机 器 人 焊 点 占 焊 点 总 数 的 80%~90%[ll]。
︱ 电
式 点 焊 机 ，用 于 车 身 的 各 个 部 位 的 装 配 点 焊 ，特 别 焊接位置复杂多变的部件。
7 汽车制造中的新型材料点焊性能
阻
b. 点焊机器人。为了适应现代汽车产品多样化
研究[12]
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电阻焊技术
袁 少 波 等 ：点 焊 技 术 在 汽 车 工 业 中 的 应 用
第2期
图 l 点焊结构与热量分布特性图
且便于实现自动化、使用方便等特点。无耗材，无需焊 条、焊丝和焊药等，焊接过程耗热小，无烟尘等有害 物 质 ，无 刺 眼 的 光 污 染 ，工 作 电 压 只 有 几 个 伏 特 ，是 一 种安全、经济、高效、可靠、无污染的环保型焊接 方法。
5 电阻点焊在汽车工业中的应用[8]
流最佳配合后，消除飞溅，显著提高了点焊质量。这种 MOTOMAN 点焊机器人已在日本、美国和欧洲获得 应用。而柔性化机器人或柔性化机器人焊接系统采 用多种焊钳的自动快速更换技术，以适应焊装线的
汽车车身即白车身，是整个汽车零部件的载体， 少批量多品种生产。为集中管理和控制焊接质量，设
自动化和计算机技术的发展将为点焊技术的发展提 供广阔的发展空间。
部门。每年约占世界总焊接量的 1!3 都是用压力焊来 完成的，并有上升的趋势。目前，电阻点焊被广泛应 用于汽车驾驶室、轿车车身、飞机机翼、航空发动机 扰 流 器 、建 筑 用 钢 筋 网 、家 用 电 器 如 电 冰 箱 、洗 衣 机 、电 风 扇 以 及 电 炉 、家 具 等 薄 板 冲 压 焊 接 结 构 的 生 产 。现 代 计 算 机 技 术 的 突 飞 猛 进 大 大 提 高 了 电 阻 焊 机 的 控 制 水 平 ，特 别 是 在 点 焊 方 面 ，国 内 外 许 多 公司已采用计算机控制技术[1]，来实 现 焊 接 质 量 监 控与群控，使点焊质量更加可靠。如 OBM-0120 型微 处理机在汽车车门玻璃导轨多点焊 机 中 的 应 用[2]， 效果良好。美国、日本早在 20 世纪 70 年代初就将点 焊机器人用于汽车生产线，而具有视觉触觉等传感 器的第二代点焊机器人已完全成熟，它们完全采用 计算机控制技术和电伺服驱动[3]，如 IR761!i25 型点 焊 机 器 人 在 汽 车 驾 驶 室 生 产 线 上 的 广 泛 应 用[4]。 随 着科学技术的发展，电阻点焊作为压力焊中一种重
其制造质量的优劣对整车的质量起着决定性的作
计了自动化的焊接质量和产量控制系统，如机器人
用 。电 阻 点 焊 主 要 应 用 在 车 身 底 板 、侧 围 、车 架 、车
三 维 激 光 视 觉 系 统 、数 字 摄 像 控 制 系 统 、射 线 质 量
顶、车门以及车身总成等部分的装配焊接中。据统计， 检测系统等。而借助于 CAE、CAM 获取焊件构造、焊
讨
guaiity controi and weiding performance of the spot-weiding of new materiai in automobiie industry are anaiyzed briefiy.furthermore，the
论
new technoiogy of spot-weiding，the appiication of resistance spot-weiding and spot-weiding robots in automobiie industry are
日本开发了点焊用新型半导体激光装置，其激光束
行 时 ，机 器 人 控 制 伺 服 钳 作 为 其 辅 助 轴 之 一 ，实 现
直径 l mm，功率为 2 kW。该装置采用新开发的聚焦机
电极加压软接触和电极压力实时调节，在与焊接电
构以防止激光扩散，在汽车车身 l mm 厚钢板的连续 焊接中，能以 6 m!min 的高速度进行高精度焊接。
︱ ︱
discussed.
电
Key words：spot-weiding technoiogy；automobiie；appiication
阻
焊 前言
要的焊接技术，越来越受到世界焊接界的青睐，焊接
技 术
电阻点焊作为焊接科学技术的一个重要分支， 广 泛 应 用 于 航 空 、航 天 、能 源 、电 子 、车 辆 及 轻 工 等
4.4 高频逆变点焊机
将工频三相交流电通过整流器变为直流电，再 按一定规则控制逆变器中功率开关器件的导通或 断开，使逆变器的输出侧获得一定频率 中频 或 高 频 的输出交流电压，再通过焊接变压器给电极提供 焊接电流。这种焊接方式功率因数高、可精确控制， 与交流点焊机相比，其 焊接变压器体积很小，是 目 前比较流行的一种焊机。
每一辆轿车车身上约有 4 000~6 000 个电阻点焊焊
接条件和机器人机构等信息的新型离线示教机器
点，例如：上海大众帕萨特白车身装配中，每辆车的
人取代原再现式点焊机器人系统，来选定焊钳、配置
总焊点数达到 5 892 个。因此，提高点焊质量对保证
机器人进行离线示教，示教时间短，焊接质量更稳定。
车身装配质量，控制车体误差有着深远的意义。
第 35 卷 第 2 期 2005 年 2 月
Eiectric weiding Machine
Voi.35 No.2 feb.2005
袁少波，童彦刚
(重庆大学 机械工程学院，重庆 400044) 摘要：介绍了电阻点焊技术的主要原理和影响电阻点焊的主要因素以及常用的电极材料、点焊设备，
分 析 了 汽 车 工 业 中 新 材 料 的 点 焊 性 能 和 电 阻 点 焊 质 量 控 制 技 术 ，探 讨 了 点 焊 新 技 术 、点 焊 机 器 人 在
专
Abstract ：In this paper，the essentiai theory of resistance spot-weiding technoiogy，the main factors of affecting resistance spot-weiding，
题
the common eiectrode materiais and the resistance spot-weiding eguipment are introduced.Then，the technoiogy of spot-weiding
视电极而定
4 点焊设备[7]
点焊设备由焊接电源、电极头和压力机构组成， 主要有以下几种类型。
4.1 工频交流点焊设备
使用最广泛的常规点焊机是将三相或单相频率 为 50 Hz 的交流电，输入给单相降压变压器，经变压 器输出低电压、大电流的正弦波，以满足接触焊点的 需求。优点是：结构简单，焊接时间、压力和电流等焊接 规范易调节；缺点是功率因数较低，且热影响较大。