彭 蕾，馬 松，李銀平，李冬艷

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266500 ）

0 引言

我國的石油主要是依靠進(jìn)口中東國家的，我國開采的石油產(chǎn)量只有三分之一，明顯不能滿足大眾的需求。而石油主要都被用在汽車動(dòng)力方面，為了減少石油進(jìn)口量，緩解我國的經(jīng)濟(jì)壓力，國家才注重電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近幾年新能源相關(guān)技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，以新能源為基礎(chǔ)的電動(dòng)車、汽車等也都紛紛上市，其帶來的環(huán)境效益十分顯著。本司積極開發(fā)推出新能源車型，盡管現(xiàn)在已大規(guī)模推行智能制造，但在一些車身分總成區(qū)域因零件裝配較多且焊點(diǎn)分散，采用機(jī)器人伺服焊接利用率較低仍需采用手工焊接，因此在產(chǎn)品的工藝布局開發(fā)過程中，選擇正確的手工焊鉗型號(hào)可以使焊接設(shè)備、操作人員布置數(shù)量更加合理，提高焊接過程的操作合理性、連續(xù)性，有效地降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，統(tǒng)一焊鉗型號(hào)，減少焊鉗種類及備件費(fèi)用，降低維修維護(hù)成本[1，2]。

1 手工焊鉗

1.1 手工焊鉗的類型與組成

手工焊鉗按照焊接電極運(yùn)動(dòng)的軌跡大致劃分為兩大類：一類為C 型焊鉗，另一類為X 型焊鉗。其中，C 型焊鉗電極一端固定，一端與氣缸相連（圖1 C 型焊鉗），其電極運(yùn)動(dòng)軌跡為直線；X 型焊鉗的上下兩個(gè)電極均可移動(dòng)，一端連接氣缸伸縮桿，一端連接氣缸底部（圖1 X 型焊鉗），其電極運(yùn)動(dòng)軌跡為弧線[3]。手工焊鉗通常組成部件見圖1。根據(jù)產(chǎn)品及工裝布置，一些特殊位置需要定制異型焊鉗，其也歸為C 型、X 型兩大類，結(jié)構(gòu)與一般手工焊鉗一致，因產(chǎn)品零件或工裝需求對(duì)電極臂、握桿進(jìn)行異型設(shè)計(jì)加工，具有針對(duì)性且通用性差。手工焊鉗有兩個(gè)重要的空間尺寸，即喉深與喉寬（圖1）。

圖1 C 型、X 型焊鉗結(jié)構(gòu)組成示意圖

手工焊鉗的氣缸規(guī)格決定焊鉗的輸出電極壓力，電極壓力的設(shè)置與焊接部位的零件材料、板厚有關(guān)。根據(jù)電極壓力和焊鉗尺寸，即可計(jì)算出氣缸的輸出壓力。C 型焊鉗的電極壓力與其氣缸壓力相等，X 型焊鉗可以根據(jù)杠桿定理來計(jì)算輸出壓力，從而確定焊鉗氣缸的型號(hào)[4]。

1.2 握桿的類型和電極帽

焊鉗握桿分為3 類：分體式握桿、一體式握桿、異型握桿。其中，分體式握桿維修成本相對(duì)較低，但其受力性較一體式握桿差，故需根據(jù)實(shí)際情況考慮握桿的選擇；異型握桿一般因空間小或避讓工裝、零件等進(jìn)行定制的握桿。握桿常見類型見表1。需注意的是帶傾角的握桿不利于電極帽的修磨，焊點(diǎn)的質(zhì)量因電極帽修磨情況而異，穩(wěn)定性較差，因此，傾角一般小于15°。電極帽是電極組件中的一種消耗品，常用的標(biāo)準(zhǔn)電極帽為13×20、16×20，安裝配合錐度為1∶10。注：常見握桿類型包含但不僅限于以上圖示握桿。

表1 握桿常見類型

1.3 焊鉗吊具的類型

焊鉗吊具的選擇在焊鉗選型中也是非常重要的一項(xiàng)工作內(nèi)容，不同的吊具實(shí)現(xiàn)的焊接操作角度、焊接情況不同。選擇合理的吊具對(duì)員工操作性、人機(jī)工程等都有很重要的意義，可以避免操作過程中與產(chǎn)品零件、工裝夾具的干涉，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。注常見吊具形式包含但不僅限于表2 中的舉例形式。

表2 幾種常見的焊鉗吊具形式及特點(diǎn)

2 一種新能源車型的手工焊鉗的選型過程

基于一種小型新能源車型的前期工藝規(guī)劃，采用人工焊接的區(qū)域?yàn)閭?cè)圍分總成和門蓋分總成。這些分總成工位數(shù)較多、上件多且焊點(diǎn)布局分散，采用機(jī)器人伺服焊鉗焊接利用率相對(duì)較低且成本較高，因此采用人工焊接。

2.1 分析側(cè)圍分總成手工焊接工藝布局

首先確定側(cè)圍分拼BOP 方案，分析零件上件順序、工位布置（圖2 側(cè)圍分拼BOP 示例）。從BOP 中可知該小型新能源車型的側(cè)圍分拼共有4 個(gè)工位，其中在BS10#工位，側(cè)圍外板上件后在其上安裝零件6件并進(jìn)行定位焊接；BS20#工位則對(duì)BS10#工位安裝的零件進(jìn)行補(bǔ)焊；BS30#工位上件側(cè)圍內(nèi)板并進(jìn)行定位焊接；BS40#對(duì)內(nèi)板與外板焊點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊。

圖2 側(cè)圍分拼BOP 示例

2.2 手工焊鉗的選型分析過程

在BS10#工位焊接A 柱加強(qiáng)板及翼子板安裝支架等零件時(shí)，焊點(diǎn)位置相對(duì)分散，根據(jù)焊點(diǎn)距離零件切邊邊緣的距離來確定焊鉗的喉深，且此處焊鉗需跨越零件焊接焊點(diǎn)，需選擇帶有輔助行程（也稱為二次行程）的焊鉗，是指在焊接過程中可通過撥動(dòng)限位柄來增加焊鉗兩電極的開口距離的焊鉗。考慮人機(jī)工程，對(duì)于身高為170 cm 左右的員工來說，身體保持直立狀態(tài)時(shí)，雙手距離地面80 ～ 120 cm 高度工作時(shí)，人體感覺最舒適，因此,在考慮焊鉗選型時(shí)要注意焊鉗的操作高度和角度的可實(shí)現(xiàn)性，避免出現(xiàn)彎腰等不符合人機(jī)工程的姿勢(shì)。故此處考慮到員工的焊接操作高度以及焊點(diǎn)焊接面與員工工作站立面的相對(duì)位置，當(dāng)焊接面與工作站立面垂直時(shí)選擇帶有輔助行程的C 型焊鉗，當(dāng)焊接面與工作站立面近乎平行時(shí)，則選X 型焊鉗，見圖3。

圖3 A 柱加強(qiáng)板焊鉗分析

在側(cè)圍分總成焊接中需要注意的是D 柱處焊鉗的選擇，D 柱因與側(cè)圍外板及尾門型面匹配，故零件型面較多，焊點(diǎn)多向分布，該車型的D 柱焊點(diǎn)分段布置，上半段為X 向焊點(diǎn)，下半段為Y 向焊點(diǎn)，因此在選擇手工焊鉗時(shí)要考慮員工操作高度、工裝夾具布局及焊點(diǎn)布局方向等綜合因素。一般情況下，焊點(diǎn)焊接面與員工操作平行時(shí)選用X 型焊鉗，但D 柱的上部X 向焊點(diǎn)連續(xù)且此處工裝一般為帶有二級(jí)機(jī)構(gòu)，見圖4（a）。工裝高度較高，為避讓工裝夾具，選用X 焊鉗時(shí)導(dǎo)致其操作高度高不便于操作，員工站立于踏臺(tái)上操作高度約為1450 mm，見圖4（b）。因此，此處選用帶有轉(zhuǎn)盤吊具的C 型焊鉗平放操作，操作高度適宜且便于輕微焊接角度調(diào)整，見圖4（c）。操作高度約為980 mm)，選型時(shí)喉深、喉寬需避讓開工裝與零件，見圖4（d）和圖4（e）。

圖4 D 柱上部工裝結(jié)構(gòu)和焊鉗選型示意圖

D 柱下部Y 向焊點(diǎn)距離零件邊緣約538 mm，水平搭接結(jié)構(gòu)與員工站立方向垂直且需要喉深很大的焊接空間，此處選擇X 型焊鉗，水平移動(dòng)焊接便于操作，為避讓工裝，保證充足的焊接空間，焊鉗握桿帶有傾角。若現(xiàn)場(chǎng)操作高度相對(duì)較低則可根據(jù)實(shí)際情況通過加長焊鉗手柄進(jìn)行改善,見圖5（c）。

圖5 D 柱下部Y 向焊點(diǎn)

在分總成焊接工位，水平搭接結(jié)構(gòu)，需要喉深不大的焊接空間，全部或分段焊點(diǎn)焊接位置、操作角度或焊鉗姿態(tài)幾乎不變?nèi)鐖D6（a）中側(cè)圍分拼門框膠條邊等位置，一般選用工作行程小的小C 型焊鉗，工作行程越小焊接時(shí)工作效率越高。當(dāng)焊點(diǎn)分布位置與焊鉗基本一致時(shí)采用固定吊具即可，而焊接時(shí)焊鉗角度不變但焊點(diǎn)位置需要旋轉(zhuǎn)焊鉗則選用帶有轉(zhuǎn)盤的吊具，焊點(diǎn)相對(duì)連續(xù)便于員工操作。對(duì)于翻邊立面焊點(diǎn)考慮操作性則選用X 型焊鉗，見如圖6（b）。膠條邊、翻邊焊點(diǎn)便于焊接，對(duì)于焊鉗的喉深與喉寬影響較小，考慮到整條線手工焊鉗型號(hào)的一致性與備件便于采購等條件，可優(yōu)先選用生產(chǎn)線中已選用過的手工焊鉗，以降低后期備品備件成本。

圖6 膠條邊、立面翻邊焊鉗選型示意圖

2.3 焊接參數(shù)的選定

手工焊鉗選型確認(rèn)后，需要根據(jù)零件的板層搭接、板厚等信息選定焊接參數(shù)，并制定焊接參數(shù)規(guī)范表。手工焊鉗往往一把焊鉗焊接不同板厚焊點(diǎn)，為避免出現(xiàn)虛焊，因此在選擇參數(shù)時(shí)，一般按照需要較大的焊接參數(shù)的焊點(diǎn)來設(shè)置焊接參數(shù)。

2.4 手工焊鉗的選型流程

綜上，該項(xiàng)目手工焊鉗的選型流程為：

（1）根據(jù)前期規(guī)劃編制BOP，確認(rèn)使用手工焊鉗區(qū)域，零件裝配順序，焊點(diǎn)布局；

（2）在三維軟件中具體分析使用手工焊鉗區(qū)域的零件結(jié)構(gòu)及工裝夾具，確定焊鉗基本類型；

（3）分析焊點(diǎn)位置和零件、工裝，確定焊鉗的喉深、喉寬；

（4）確定焊鉗握桿的類型及是否需要輔助行程；（5）分析焊點(diǎn)焊接操作高度、操作性，確定焊鉗的吊具；

（6）將選定的焊鉗與零件、工裝夾具進(jìn)行三維模擬，最終確定焊鉗型號(hào)；

（7）根據(jù)零件的板層搭接、板厚等信息制定焊接參數(shù)規(guī)范表。

需要注意的是在手工焊鉗選型中每個(gè)工位的焊鉗盡可能的少，同等焊接條件的焊點(diǎn)盡量布局在同工位，補(bǔ)焊工位的焊鉗盡量選擇與定位焊相同型號(hào)焊鉗，以減少焊鉗的投入。盡可能減少一把焊鉗在同工位上的焊接姿態(tài)，同工位多把焊鉗焊接時(shí)應(yīng)盡可能避免或減少交叉作業(yè)布置，提高操作性與改善人機(jī)工程。

3 結(jié)語

基于新能源的一種車型進(jìn)行的手工焊鉗選型流程可適用于其他手工焊接的車型、區(qū)域的焊鉗選型。如果在項(xiàng)目初期工藝布局開發(fā)設(shè)計(jì)階段，可以對(duì)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的零件裝配布局、焊點(diǎn)分配，并通過三維軟件進(jìn)行零件、工裝夾具、焊鉗、焊接操作高度等各方面的分析，選擇合適的焊鉗，對(duì)焊接方案進(jìn)行有效控制，可大大減少同一生產(chǎn)線的焊鉗種類，降低投資成本及后期維護(hù)成本。且選擇合理的焊鉗對(duì)員工操作性、人機(jī)工程等都有很重要的意義，可以避免操作過程中與產(chǎn)品零件、工裝夾具的干涉，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。