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淺談Tesla鋁制白車身焊接工藝 發布時間:2018-08-07 08:12

汽車輕量化是整個汽車市場的需求,輕量化的存在促使各大汽車廠商尋找新型金屬材料(如鋁材、鋁合金、鎂合金、碳纖維等)代替傳統的鋼材。因此,新時代的焊裝行業需要更多新焊接技術的介入。今天以汽車輕量化先導的Tesla為例,探索Tesla純鋁時代的白車身焊接工藝。

 

我們先了解下各分拼線(機艙線、地板線、門蓋線、側圍線)的結構及主要焊接工藝。

1、機艙總成

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1-1機艙總成結構圖

特斯拉機艙全鋁制車型的結構與傳統鋼制車型結構差別不大,基本上由前輪罩、前縱梁及水箱支架組成;但其中前輪罩、前縱梁和水箱支架均采用鋁型材一體成型,零件強度、硬度、抗扭轉強度都比普通鋼板焊接而成的大。




                                           圖1-3冷金屬過渡技術(CMT advance焊接

由于鋁制車型的金屬特性,傳統的CO2焊接不能保證板材焊接的質量。因此,焊接鋁制車身需采用一種新的焊接方式:冷金屬過渡技術(CMT advance,能實現無飛濺焊接、0.3mm薄板焊接且變形小,具備良好的搭橋能力。

 

2.地板總成


 

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2-1地板總成結構圖

特斯拉鋁制后地板的結構跟傳統鋼制車型結構差別不大,基本上由后輪罩、后縱梁、后圍板、面板組成;面板部分,分為兩大塊(前面板和后面板)。其中后縱梁和后輪罩均采用鋁型材。

 

3.門蓋總成


特斯拉鋁制門蓋總成與傳統鋼制車型結構差別不大,基本上由車門內板、車門外板、車門骨架組成

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3-1門蓋機器人工作站

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3-2 四面胎盤工作流程

上圖3-1中紅框為四面胎盤;其工作流程如圖3-2

步驟1:人工安裝后門蓋外板到夾具;

步驟2:旋轉臺旋轉胎盤到位,ROB1進行抓件固定焊接和涂膠并安裝工件到夾具;

步驟3:旋轉臺旋轉胎盤到位,ROB2、3進行扣合和滾邊;

步驟4:旋轉臺旋轉胎盤到位,ROB4抓取工件下線。


 

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3-3機器人滾邊

除了人工安裝內板,門蓋總成所需要的焊接、涂膠、扣合和滾邊均以機器人完成。

 

4.側圍總成

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4-1側圍總成結構

特斯拉鋁制側圍總成與傳統鋼制車型結構差別不大,基本上由后輪罩總成、上邊梁、A柱內板、B柱內板、側圍外板組成。 



4-2側圍內板焊接位置

 

通過機器人焊接B柱與上邊梁搭接位置、后輪罩與上邊梁搭接位置、A柱與上邊梁搭接位置及其他小件,從而形成俗稱的側圍內板。

 

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4-3側圍內外板抓取結合

        

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4-4側圍內外板焊接結合

通過搬運機器人將側圍內板安裝到夾具,通過焊接最終形成側圍總成。


      
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4-5側圍內外板鎖鉚鉚接

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4-6側圍拉鉚鉚接位置

當焊接到鋁制車型側圍內外板連接點時,由于連接點需要良好的密封性、高的拉伸強度屈服強度、動態疲勞表面平整,因此需要利用自沖鉚接(SPR)達到效果。

 

各分拼總成件完成焊接最后匯集來到焊裝車間的核心地帶:主線

下車身總拼工位

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5-1機器人從滑撬庫中抓取滑撬

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5-2機器人抓取滑撬放到滾床上

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5-3機器人弧焊焊接下車身骨架

各分拼線的搬運機器人將地板總成和機艙總成搬運到帶變位機的夾具工位上,弧焊機器人通過冷金屬過渡技術(CMT advance焊接完成后得到下車身骨架。

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5-4搬運機器人抓取下車身骨架放置滑撬上

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5-5下車身骨架隨滑撬滑到下個工位

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5-6機器人抓取面板安裝到下車身總成上

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5-7通過自沖鉚接(SPR)將面板與車身骨架搭接起來;能更好地提高連接點拉伸強度和屈服強度;

 

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5-8機器人抓取前圍板安裝到下車身總成,再由裝載鋁電阻焊(RSW)焊槍的伺服機器人對下地板焊接;機器人抓手均使用定位抓手,此做法可以減少夾具制造成本并且能實現搬運定位一體化

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5-9最后通過冷金屬過渡技術(CMT advance)及鋁電阻焊(RSW)完成下車身總成其他焊接點的連接

 

主線總拼工位

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6-1 人工取涂膠焊槍為側圍涂膠

 

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6-2 操作工將已經涂膠完成的側圍安裝到側圍夾具上

 

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6-3 搬運機器人將側圍總成搬運到主線總拼工位

 

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6-4搬運機器人通過行走軸將側圍總成從人工上件口抓取側圍安裝到總拼工位

 

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6-5側圍搬運完成后,機器人通過自動化切換器(ATC)切換焊槍

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6-6機器人抓取頂蓋三橫梁安裝到車身上

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6-7機器人切換為焊槍后進行定位焊接

 

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6-8搬運機器人將側圍夾具搬走

搬運機器人通過行走軸將側圍夾具運到上件工位,其余機器人通過ATC切換焊槍后繼續焊接;由于焊接鋁制車身需要大量不同的焊接工藝(如RSW、Delta Spot),因此工位采用大量ATC切換工具進行焊槍切換和抓手切換,此做法可減少整線機器人數量,同時增加焊接工藝的使用。

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6-8當焊接側圍與車身總成時,需要使用到自身鉚接(SPR),此種鉚接方式可以提高連接點拉伸強度和屈服強度

 

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6-9帶式電極點焊槍(Delta Spot)焊接

為解決焊接鋁制金屬點焊焊槍容易從母材上沾到材料的問題,確保側圍外觀表面潔凈,使用帶式電極點焊槍(Delta Spot)可確保焊接穩定性及低能耗。

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6-10最后通過補焊工位焊接后,獲得白車身總成

經過以上對Tesla Model S白車身結構及焊接的了解,我們可以對新型材料鋁材的白車身焊接工藝有初步的認識,同時,鋁材焊接所采用的新焊接技術如冷金屬過渡技術(CMT advance)、鋁電阻焊(RSW)、自身鉚接(SPR)及帶式電極點焊槍(Delta Spot)等也需要白車身工藝人員掌握更多的知識與技能。


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