汽車車身焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

許立國

摘 要：當(dāng)今的汽車工業(yè)正在朝著節(jié)省能源、低碳環(huán)保、安全舒適和車身輕量化方向發(fā)展，因而輕合金、高強(qiáng)度鋼和碳素纖維等材料在汽車車身的制造中被越來越多的采用，所以對于車身焊接技術(shù)的要求越來越高，點(diǎn)焊、膠接點(diǎn)焊、激光焊接、等離子焊接和中頻點(diǎn)焊等焊接技術(shù)已較廣泛地應(yīng)用，本文就對汽車車身焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做了簡要分析。

關(guān)鍵詞：汽車；車身焊接；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

在進(jìn)行汽車制造的過程中，車身的焊接往往位于最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，當(dāng)前許多的汽車廠家在進(jìn)行車身焊接的時候，所采用的焊接技術(shù)主要包括電阻焊、電弧焊、鉚接和激光焊。這些車身焊接技術(shù)都有著各自的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，因此在進(jìn)行車身焊接的時候要對這些焊接技術(shù)加以靈活的應(yīng)用，能夠使得各種焊接技術(shù)能夠形成優(yōu)勢互補(bǔ)，進(jìn)而更好地完成汽車車身焊接工作，有效地保證汽車的質(zhì)量。

1、汽車焊接技術(shù)現(xiàn)狀

汽車焊接技術(shù)是指通過加熱或加壓，或者兩者并用；加或不加填充材料，使汽車零部件與零部件之間，汽車車身與零部件之間達(dá)到原子間的結(jié)合，形成汽車零部件、車身之間永久性連接的一種工藝方法。汽車焊接技術(shù)是汽車工業(yè)的三大工藝之一，其汽車焊接技術(shù)水平直接決定著汽車產(chǎn)品的質(zhì)量，在汽車整體外觀、車身漏雨、風(fēng)噪、路噪中起決定因素。21世以來，由于等離子物理、電子束、紅外線、真空、超聲、聲學(xué)、微電子等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在汽車焊接技術(shù)中廣泛運(yùn)用，焊接技術(shù)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性成為現(xiàn)代汽車焊接技術(shù)研究領(lǐng)域，電阻焊、氣體保護(hù)焊、激光焊三種各具特色的汽車焊接方法在汽車制造中得到廣泛運(yùn)用。

2、現(xiàn)代車身焊裝生產(chǎn)特點(diǎn)

針對現(xiàn)代汽車車身焊裝生產(chǎn)的特點(diǎn)，對車身結(jié)構(gòu)和焊裝工藝、裝備提出了一系列新的要求。主要體現(xiàn)在車身輕量化，促使新材料應(yīng)用和新焊接技術(shù)發(fā)展。車型加速換代，焊接裝備更新加快。高可靠性、高節(jié)拍生產(chǎn)，要求焊裝生產(chǎn)線裝備高度自動化。追求車身安全性，提高車身焊接質(zhì)量。采用信息化工程技術(shù)開發(fā)車身焊裝生產(chǎn)線裝備。適應(yīng)多品種車型，實(shí)現(xiàn)柔性混合焊裝生產(chǎn)。改善車身品質(zhì)，提高焊裝幾何尺寸精度。

3、車身新材料與焊接新技術(shù)的發(fā)展

3.1 車身新型材料的應(yīng)用

在現(xiàn)代汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中，70%運(yùn)用的是高強(qiáng)度鋼，這無疑給焊接技術(shù)提出了新的要求。因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼將會降低塑性的溫度范圍，這就要求焊接時的電壓要相應(yīng)增強(qiáng)，從而嚴(yán)重降低了焊接技術(shù)的適用性。因此，較為傳統(tǒng)的焊接技術(shù)已漸漸不再適用，而應(yīng)當(dāng)采取中頻點(diǎn)焊等新型、先進(jìn)的焊接技術(shù)，從而提升車身焊接的質(zhì)量。同時，為了向車身輕量化方向發(fā)展，汽車車身設(shè)計開始加大了輕合金材料、纖維復(fù)合材料等的應(yīng)用。這些新型材料雖然能有效降低汽車車身重量，但也對車身焊接技術(shù)提出了更高的要求。

3.2 電阻焊技術(shù)

所謂的電阻焊技術(shù)其實(shí)質(zhì)上就是在對汽車工件進(jìn)行焊接過程中利用電流進(jìn)行加熱進(jìn)行塑性，進(jìn)而使汽車金屬元件之間相連。例如在進(jìn)行車身焊接的過程中，一般使用的電阻焊技術(shù)就是點(diǎn)焊。這也是汽車行業(yè)較為普遍和集中的焊接方式。

3.3 電弧焊技術(shù)

汽車車身焊接技術(shù)對焊接精度、質(zhì)量、速率的要求特別高。因此如何切實(shí)提高焊接安全和焊接質(zhì)量成為了當(dāng)下汽車生產(chǎn)所研究的主要問題之一，而電弧焊技術(shù)的出現(xiàn)在一定程度上解決了當(dāng)下汽車車身焊接中的難點(diǎn)，為保障焊接質(zhì)量提供了堅實(shí)的基礎(chǔ)。一般來說電弧焊技術(shù)主要應(yīng)用于一些彎曲或者是改變形狀汽車部件中，該技術(shù)在點(diǎn)焊技術(shù)應(yīng)用的部位不適用，例如CMT焊接技術(shù)等。

在 CMT 焊接方法中，焊絲不僅有向前送絲的運(yùn)動，而且還有往回抽的動作，這種送絲/回抽運(yùn)動的平均頻率高達(dá)70Hz，如圖所示。CMT 焊接，短路電流非常低，而且熔滴過渡到工件上是通過焊絲的回抽來完成的，從而可實(shí)現(xiàn)無飛濺的焊接和釬焊。僅僅是當(dāng)焊槍角度非常差時，才會因?yàn)槿鄢氐倪\(yùn)動產(chǎn)生少許的飛濺。無飛濺的焊接減少了焊后處理的麻煩。

3.4 鉚接技術(shù)

隨著我國工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程的加快，鉚接技術(shù)已在許多行業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。所謂鉚接法，就是利用設(shè)備對鉚釘局部加壓，并繞中心連續(xù)擺動直到鉚釘成形的鉚接方法?，F(xiàn)今汽車行業(yè)內(nèi)使用較多的是SPR（自沖鉚接）和FDS（旋轉(zhuǎn)攻絲鉚接）。其中SPR（自沖鉚接）工藝是一個在鉚釘與板料之間形成牢固互鎖的冷成形工藝。優(yōu)點(diǎn)在于：可以實(shí)現(xiàn)多種材料鏈接（鋼、鋁、塑料）。AI SPR鉚接點(diǎn)的靜態(tài)強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度均高于等厚AI板材RSW電阻點(diǎn)焊強(qiáng)度。鉚接時間較短，能耗低，可以實(shí)現(xiàn)過程自監(jiān)控。但也才存在一定的局限性，即連接點(diǎn)處需要保留兩側(cè)的進(jìn)槍空間。通常不同的材質(zhì)、厚度、硬度的接頭組合需要不用的鉚釘及沖頭沖模。同時成本高于普通點(diǎn)焊。

FDS旋轉(zhuǎn)攻絲鉚接工藝是通過高速旋轉(zhuǎn)使板料熱變形后攻絲鉚接的冷成型工藝。優(yōu)點(diǎn)在于：FDS是單面連接工藝（使型材、小孔洞連接成為可能）；可以有預(yù)開孔或者沒有預(yù)開孔；可以連接不同材料；具備很高的松開扭矩；氣密性水密性較好；動態(tài)承載性好；攻絲的螺紋可以重復(fù)旋緊；可以使用公制螺絲返修。但也才存在一定的局限性，連接點(diǎn)處需要高的剛性支撐；連接時長較長；工藝完成后正面有較大凸起保留；正面鉚接方向需要保留較大進(jìn)槍空間；鉚釘選用、工藝參數(shù)跟鉚接材料、鉚接姿態(tài)相關(guān)性強(qiáng)。同時成本高于普通點(diǎn)焊。

3.5激光焊接技術(shù)

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，在汽車行業(yè)內(nèi)應(yīng)用廣泛。工件可放置在封閉的空間內(nèi)，激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件，可焊材質(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。另外，易于以自動化進(jìn)行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控制。優(yōu)勢：只需更少的定位和夾持即可實(shí)現(xiàn)高精度焊接件及整個車身 熱量輸入更少，熱變形更小，焊后工件精度更高。相對電阻點(diǎn)焊：效率更高，整體連續(xù)式焊縫，且骨架上無焊點(diǎn)避讓問題，側(cè)圍總成焊點(diǎn)分布更均勻，利于提升剛度及強(qiáng)度，車身安全、疲勞、NVH等性能均相應(yīng)提升。

4、汽車焊接技術(shù)未來發(fā)展趨勢

4.1發(fā)展焊接機(jī)器人生產(chǎn)系統(tǒng)。在汽車焊接過程中，考慮操作人員生產(chǎn)健康、作業(yè)安全等事項，逐步的采用機(jī)器人代替人工作業(yè)，同時由于機(jī)器人具有重復(fù)精度高，焊接質(zhì)量好、運(yùn)動速度快、動作穩(wěn)定可靠、對環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，使焊接機(jī)器人在汽車焊接中獲得了廣泛應(yīng)用前景。且焊接機(jī)器人具有焊鉗儲存庫，可根據(jù)焊裝部位的不同要求或焊裝產(chǎn)品的變更，自動從儲存庫抓換所需焊鉗。在以后汽車焊接中，六自由度點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人等焊接機(jī)器人生產(chǎn)系統(tǒng)將替代人工進(jìn)行作業(yè)。

4.2發(fā)展復(fù)合焊接技術(shù)。在汽車制造中，焊接質(zhì)量的優(yōu)劣是制造商和用戶共同關(guān)注的焦點(diǎn)，不同的焊接技術(shù)焊接的產(chǎn)品質(zhì)量不同，采用復(fù)合焊接技術(shù)，取長補(bǔ)短，大膽創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)不同焊接技術(shù)之間優(yōu)勢互補(bǔ)，發(fā)揮不同焊接技術(shù)最大的優(yōu)越性。以激光電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)而言，激光焊與電弧焊是兩種不同的焊接工藝，激光焊是通過光纖將能量傳輸?shù)焦ぜ?，而電弧焊則是通過弧柱傳輸能量，激光焊的熱影響區(qū)非常窄，焊縫的深寬比很高，具有較高的焊接速度。但由于焦點(diǎn)直徑很小，所以焊縫“搭橋”能力很差。電弧焊的能量密度比較低，加熱面積較大，焊接速度相對較低。激光電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)是將這兩種焊接技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，激光束和電弧同時作用于焊接區(qū)，互相影響和支持，從而獲得優(yōu)良的綜合性能，在改善焊接質(zhì)量和生產(chǎn)工藝性的同時，也提高了效率成本比。

4.3廣泛應(yīng)用計算機(jī)與信息技術(shù)。隨著計算機(jī)與信息技術(shù)在汽車焊接中的運(yùn)用，促進(jìn)了傳統(tǒng)的焊接生產(chǎn)向“精量化”的制造方式轉(zhuǎn)變?；谔摂M現(xiàn)實(shí)建模的機(jī)器人焊接過程仿真技術(shù)提供了關(guān)于工件、夾具和機(jī)器人焊槍姿態(tài)的三維信息，已大量地應(yīng)用于焊接過程策劃、工藝參數(shù)優(yōu)化以及焊接夾具設(shè)計等各個環(huán)節(jié)。對加快焊接程序的編制、縮短現(xiàn)場調(diào)試時間及焊接過程位置信息的準(zhǔn)確獲取具有重要應(yīng)用價值。同時，仿真技術(shù)也運(yùn)用于焊縫質(zhì)量的評估及焊后的應(yīng)力與變形預(yù)測。在新車型設(shè)計階段還可以對多種材料的連接方式及疲勞性能、沖擊性能等進(jìn)行綜合考慮，通過對接頭的仿真做出適用性評價。以計算機(jī)和信息技術(shù)為平臺的焊接生產(chǎn)過程信息系統(tǒng)對汽車焊接生產(chǎn)過程的質(zhì)量分析與優(yōu)化、企業(yè)的管理與決策有著非常重要的意義。

5總結(jié)

隨著近些年來社會各界對能源短缺、節(jié)能減排等問題的愈發(fā)關(guān)注，這對汽車制造業(yè)也提出了新的高要求。不但要求汽車向車身輕量化方向發(fā)展，還要求車身焊接技術(shù)有一定的提高。然而提高現(xiàn)代汽車車身焊接技術(shù)始終是汽車制造業(yè)的一大挑戰(zhàn)，因此，汽車制造業(yè)更應(yīng)該注重車身焊接的每一個細(xì)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)高精度焊接的目標(biāo)。在這一大背景下，許多新型的焊接技術(shù)、工具應(yīng)運(yùn)而生，比如一體式焊接鉗、焊接機(jī)器人等，這些新的發(fā)明和創(chuàng)造無疑推動了汽車車身焊接技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：奇瑞股份汽車有限公司制造工程院車身部）