PLC控制下汽车车桥焊接工艺研究
PLC控制下汽车车桥焊接工艺研究
董良新
烟台汽车工程职业学院 ，山东烟台 265500
摘 要 PLC 技术是应用广泛的一种自动化控制生产工艺 ，具有编程方便、结构简单、使用方便、灵活通用、性
能优越等一系列的优点。汽车车桥是汽车底盘行驶系的一部分 ，是车身众多组成部分中受力最复杂的重要部分之一。
汽车车桥的强度、韧性与刚度这三个因素直接影响到汽车行驶的安全 ，这三个因素均与汽车车桥的焊接质量存在着
密切的联系 ，桥壳的焊接质量是汽车安全行驶和乘客及司机人身安全的最直接的保障因素。在次背景下 ，本文将对
PLC 控制下的汽车车桥焊接工艺进行详细的分析 ，主要从 PLC 控制系统概述、PLC 控制下的汽车车桥焊接性与焊接
结构分析、PLC 控制下汽车车桥焊接工艺优化、PLC 控制下汽车车桥焊接接头性能分析四个方面来具体论述 ，以期
能够促进 PLC 控制技术能更好的提升汽车车桥的焊接质量 ，促进汽车车桥焊接工艺的进一步优化 ，从而提升汽车行
驶的安全性与可靠性。
关 键 词 汽车车桥 ；焊接工艺 ；PLC
目前 ，汽车车桥的焊接工艺已经跨步进入高度自动化的阶
段 ，提升焊接质量、深化自动化焊接技术已经成为当今车桥焊
接领域的最新发展趋势。PLC 控制技术作为一种新型的通过编
程来实现自动控制的技术 ，具有一系列的优点 ，已被广泛应用
于汽车车桥的焊接工艺中 ，极大地提升了汽车车桥焊接工艺的
稳定性、可靠性、经济性以及安全性 ，目前是汽车车桥焊接领
域中应用最广泛的一种控制技术。PLC作为一种可编程控制器，
是实现自动化焊接的核心元件。为此 ，本文将具体来探讨 PLC
控制下的汽车车桥焊接工艺 ，首先第一部分将来论述 PLC 控制
系统 ，第二部分将具体论述 PLC 控制下的汽车车桥的焊接性与
焊接结构 ，第三部分将具体论述 PLC 控制下的汽车车桥的焊接
工艺优化策略 ，最后将具体论述 PLC 控制下的汽车车桥焊接接
头性能的分析 ，以期提高焊接效率 ，提高焊接自动控制系统的
可靠性和稳定性。
1 PLC 控制系统概述
1.1 PLC 控制系统的控制原理
PLC 作为一种可编程控制器 ，因其结构简单、通用性好、
功能完备已被广泛应用于各种自动控制系统中 ，PLC 控制技术
在汽车车桥焊接工艺中的应用 ，极大的提高了焊接工艺质量与
效率。下面将具体阐述 PLC 控制系统的控制原理。首先 ，我们
需要清楚车桥在汽车中的重要地位以及它的焊接现状。汽车车
桥是保障汽车安全行驶和车内全部人员人身安全的一个至关重
要的因素 ，车桥焊接质量的好坏尤其是后桥桥壳焊接质量的好
坏直接决定汽车形式的安全性能。车桥受力复杂 ，它不但需要
承重和传力 ，还需承受巨大的动载荷 ，并且由于静载荷而造成
的弯矩和扭矩现象也是非常严重 ，因此 ，对于车桥的刚度、强
度和韧性的要求是非常重要的 ，影响这三大因素的主要是桥壳
和半轴套管。车桥焊接设备主要有焊机、送丝机构、控制柜和
焊枪运动行走机构四部分组成。焊机选用的是 CO2气体保护自
动焊机 ，型号是 KNZ-500 型 ，整个系统通过一套完整的可控
制变编程 ，只要现场输入各控制按钮和焊接状态 ，系统将会按
编定好的逻辑顺序进行运算 ，最终完成对执行元件的控制。因
此 ，PLC 控制系统是一套典型的开关量时序控制系统。
1.2 PLC 控制系统的自动焊接过程
一个完整的焊接循环是一个焊接自动化的过程 ，主要由气
缸、电机、调速装置和 PLC 等元器件组成 ，焊接工作开始时只
要启动自动焊接按钮 ，便可由编订好的自动焊接系统执行焊接
命令。焊接过程具体是这样的 ，首先 ，第一步将工件放置在工
作台上 ，并启动自动焊接按钮 ，升降气缸将带动工作台上升 ，
上升后的工作台被定位夹紧 ，工件被夹紧固定。第二步 ，气缸
驱动焊枪下降 ，气枪下降后两把焊枪同时工作 ，进行自动焊
接 ，焊枪在摆动电机凸轮作用下沿焊缝宽度方向作周期性横向
摆动 ，这样可以有效保证焊缝焊接的质量。第三步 ，自动施焊
完成后 ，焊枪、熄弧将被退回 ，加紧的气缸下降 ，工作台被放
下 ，完整的焊接循环完成。完整的焊接循环过程中配有有效的
指示灯 ，该指示灯可以在自动施焊的过程中对正在执行的操作
进行显示。两把焊枪可以保证进行环缝焊接时不影响焊接进程。
PLC 控制系统中具有丰富的软元件 ，例如内部计时器、计数器、
辅助继电器等等 ，这些软元件的存在可以帮助程序屏蔽输入的
错误信号 ，防治人工失误 ，提高自动焊接过程的可靠性。
1.3 PLC 控制系统的控制系统设计
PLC 控制系统的控制系统设计的核心 是一个可编定的程
序 ，由该程序来充当整个控制系统的控制中心。PLC 控制系统
分为两个部分 ，自动控制部分和主动控制部分 ，自动控制部分
的两枪控制你系统互不干扰 ，呈现左、右、以及双枪三种模式 ，
两枪在执行自动焊接时互不干扰 ，一枪出现问题时 ，另一抢继
续焊接。完整的焊接控制过程是这样的 ：首先是工件到位后托
盘上升 ，工件被夹紧。然后经过焊枪进给到位这一选择指挥焊
枪落下 ，开始进行自动引弧焊接 ，并经过起弧、工件旋转一周
的命令指挥焊枪摆动 ，工件按照设定的旋转速度进行旋转。接
下来 ，自动填弧坑收弧 ，停止焊接并松开夹紧工件 ，托盘下降
卸下工件。在整个的控制系统中设置了急停开关、行程保护以
及互锁保护 ，确保工作的稳定性和安全性。
2 PLC 控制下汽车车桥焊接性与焊接结构分析
汽车的焊接材料多为低碳钢系列 ，主要是以 20 钢为主 ，
该焊接材料适合于常规的焊接方法 ，主要是以 CO2气体保护
焊为主。汽车车桥的焊接材料的化学成分具体是这样的 ：碳
的含量是 0.17~0.23，锰的含量为 0.35~0.65，硅的含量为
0.17~0.37，铬的含量小于 0.23，镍的含量小于 0.3，铜的含量
小于 0.25，磷的含量小于 0.035，硫的含量小于 0.035，在这些
组成元素中 ，碳的含量较少 ，其他的一些提高淬透性的合金元
素较少 ，因此 ，这种焊接材料在冷却过程中的冷裂和热裂倾向
都比较小，所以焊接性能比较好。在添加合金时选用了元素锰，
同时又严格控制了硫 ，所以可以有效降低低熔点共晶物形成的
几率 ，对抑制裂纹有很好的作用。总体说来 ，汽车车桥的焊接
材料发生热裂、冷裂是比较小的。CO2气体保护焊是一种高效
的焊接方法 ，CO2气体保护焊的电弧穿透力特别强 ，生产率特
别高 ，采用了短路过渡技术 ，可以进行全方位的焊接 ，焊接变
形小 ，焊接速度快 ，而且价格便宜 ，焊接成本只有埋弧焊和焊
条焊的 40%~50%。
汽车车桥的三个组成部分通过焊接连为一体 ，车桥在整个
车身中的作用不仅是支撑车身 ，还需要传递载荷 ，因此受力情
况比较复杂。三段式连接中的焊接接头处的应力集中比较明显，
容易产生应力突变 ，破坏焊接结构的完整性。为此 ，在控制程
序的设计中加入了应力应变有限元模拟分析 ，用来清楚反应车
桥负载情况 ，提高车桥的安全性能。汽车车桥的焊接本身是一
个急冷急热的过程 ，焊接过程中的关键焊接部位也会因此而剩
余大量的残余应力 ，而且这些残余应力被凝固在结构内部无法
得到释放。焊接材料的强度会受到加载和结构的影响 ，因此 ，
应该采用先进有效的加工工艺来提高焊接结构的额强度。下面
本文将具体来探讨如何改进优化汽车车桥的焊接工艺。
3 PLC 控制下汽车车桥焊接工艺的优化
通过上述分析我们可以发现 ，汽车车桥的焊接工艺对于
汽车的安全行驶具有非常重要的作用 ，那么对于汽车车桥焊接
工艺的优化设计研究具有了极其深远的现实意义 ，有助于提升
汽车生产的质量和效益 ，促进汽车行业获得崭新的发展。从汽
车车桥的焊接材料来看 ，所用材料主要是焊接性能良好的低碳
钢 ，但是大量残余应力的存在极易引发焊接缺陷 ，为此 ，对于
汽车车桥焊接工艺的优化主要是将 PLC 控制技术中引入 CO2气
体保护焊过程中 ，便将 PLC 控制技术的一系列优点 ，例如反
应速度快、精度高、体积小等优点进一步放大 ，使得汽车车桥
焊接工作得到极大的方便。在 PLC 控制中引入 CO2气体保护焊
后 ，通过 PLC 控制技术对焊接工艺过程中的起弧、稳弧、息弧
环节进行行之有效而且准确的精准控制 ，保证了汽车车桥焊接
过程的准确性 ，从而保证了焊接质量和效益。此外 ，还要加强
对焊接工装架夹的改进 ，对其进行更为精确的引导 ，使之能够
更加准确的进行工件的定位和夹紧 ，保障在微观层面焊接缝隙
的准确性。最后 ，应强化对焊接工艺前期的调试试验 ，对焊接
工艺参数进行更加准却的优化设计 ，最佳的工艺参数范围具体
如下 ：焊接速度为每秒钟 0.1~0.5 米 ，电流为 2×500 安 ，电
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