淺析車身開發過程中焊鉗選型方法

周陽

(長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定071000)

0 前言

隨著我國汽車行業的迅速發展，汽車造型推陳出新，結構千變萬化、沖壓件形態多樣化以及鍍鋅板、高強板的應用，對焊鉗的結構和性能提出了更高的要求。

1 焊鉗的分類

按照焊鉗結構可分為C型焊鉗、X型焊鉗和異型焊鉗 (具體見表1)，由于異型焊鉗需要特殊制造且通用性較差，一般選型時不選擇。

表1 焊鉗結構分類

按照變壓器與焊鉗的相對位置可以分為:分體式焊鉗 (焊鉗與變壓器分離)、一體式焊鉗 (焊鉗和變壓器一體)。一體式焊鉗具有電流穩定、節省電量等優點，由于鍍鋅板和高強板的廣泛應用，一體式焊鉗的應用比例正在不斷地加大 (具體優缺點見表2)。

表2 一體式、分體式焊鉗優缺點

2 焊鉗型號確定流程

2.1 確定焊鉗基本結構形式

焊接夾具設計完成后，根據產品結構、夾具結構、焊接方位等確定合適的焊鉗結構形式。是選擇C型焊鉗還是選擇X型焊鉗，主要從操作性、可達性、焊鉗結構復雜度3方面考慮，若兩者均不能滿足焊接要求，則選擇異型焊鉗。

總體有以下3個原則:

(1)用結構最簡單、數量最小的焊鉗完成作業;

(2)焊點距離制件邊緣超過300 mm的情形一般選擇X型焊鉗;

(3)斜面焊點一般選擇C型焊鉗。如圖1—2所示，某車型懸置加強板總成夾具焊接時，從可達性和焊鉗周圍空間分析，C型鉗和X型鉗都能滿足焊接要求，但從操作性分析X型焊鉗的操作性較低，員工操作不便。

2.2 確定焊鉗臂尺寸

焊鉗臂規格尺寸主要指喉深尺寸A、喉寬尺寸B(如圖3、4)，選型過程中為避免焊鉗臂與制件干涉，導致焊接分流，焊鉗距離制件和夾具的距離保持在30 mm以上。在滿足各個部位工藝要求的前提下，焊鉗喉深、喉寬尺寸選定時，遵循尺寸盡可能小的原則，可以減少焊鉗的質量，降低勞動強度。常見的焊鉗臂可根據尺寸規格分為小、中、大3類，詳見表3。

表3 焊鉗臂尺寸分類 cm

2.3 確定氣缸的型號

(1)氣缸型號確定方法

已知待焊工件的材料和厚度，確定所需的焊接壓力，進而確定焊鉗氣缸型號。

低碳鋼電極壓力與板厚的關系:F電極=2 000t

鍍鋅板電極壓力與板厚的關系:F電極=2 500t

式中:F電極為焊接時所需要的壓力;t為兩層板焊接時較薄板的厚度，多層板焊接時總厚度的1/2。

板厚與電極壓力、電流等具體關系見表4。

表4 板厚與焊接參數的關系

根據F電極和確定好的焊鉗尺寸，得出氣缸輸出的壓力，最終確定氣缸型號。對于C型焊鉗，F電極與氣缸輸出的壓力相等;對于X型焊鉗，根據杠桿原理算出氣缸所需的壓力，進而確定氣缸所需的型號。圖5所示焊鉗的力臂尺寸，氣缸輸出壓力計算方法如下:

F電極×L1=F氣缸×L2

(2)焊鉗氣缸型號對焊接質量的影響

電極壓力對焊接質量起著至關重要的作用 (見表5)，焊鉗壓力的大小取決于焊鉗氣缸，因此選擇合適的氣缸是焊鉗選型過程中的關鍵環節。圖6為焊點的探傷示意圖:焊接壓力不足時將會造成焊點氣孔、焊接毛刺等缺陷。焊接壓力過大時將會造成焊點壓痕過深等問題。

表5 壓力對焊接電流密度的影響

2.4 三維模擬

由以上項目基本確定了焊鉗的型號，即可按各項規格選擇出相應型號的焊鉗。將選定的三維焊鉗與焊鉗附件、產品數模、夾具等一起放在三維軟件中進行作業方位、作業內容模擬并確認以下主要項目:

(1)焊鉗操作過程中是否與夾具、吊具、工件等產生干涉;

(2)作業是否方便，主要包括翻轉角度、作業姿勢、多位置焊接;

(3)焊鉗更換取放、翻轉次數是否合理;

(4)涉及多人操作時，考慮每個人操作的協同性;

(5)滿足生產節拍的前提下，盡量減少焊鉗數量。

3 焊鉗選型過程中常見的問題

3.1 焊鉗選型時應考慮焊鉗的操作范圍

焊鉗操作過程中，由于焊鉗受焊鉗電纜和水氣管的限制，操作范圍受限，在設計夾具選焊鉗時，由于焊鉗數模中沒有后部的水、氣、管、電纜等附件，往往對操作范圍考慮不周。例如:圖7為平面布置圖中焊機、焊鉗的懸掛位置，綠圈為焊鉗的工作范圍;圖8為夾具三維模擬圖紙，紅圈中的焊點在三維模擬時各方面均無問題，但實際生產時，由于焊鉗受后部電纜限制而無法焊接。

3.2 焊鉗進鉗時焊鉗干涉

焊鉗模擬過程中，主要針對焊鉗焊接狀態靜態進行分析，往往忽略焊鉗進鉗過程和出鉗過程的運動分析。例如圖9為夾具焊鉗焊接狀態的模擬圖，焊鉗與工件和夾具都不存在干涉，圖10為焊鉗運動過程中與制件干涉。

4 結束語

焊鉗選型是白車身開發過程中重要的環節，選擇焊鉗時必須從人、機、料、法、環多方面進行考慮，選擇合適的焊鉗可以有效降低工人勞動強度、提高員工工作效率、提升白車身焊接品質、降低公司投資成本。