當(dāng)今先進(jìn)的汽車車身焊接技術(shù)探討

劉軒 劉春陽

摘 要：汽車車身殼體是是由百余種、甚至數(shù)百種薄板沖壓件經(jīng)焊接、鉚接、機(jī)械連結(jié)及粘接等方法連結(jié)而成的一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，由于車身沖壓件的材料大都是具有良好焊接性能的低碳鋼，焊接具有節(jié)省鋼材、操作簡單、密封性能好等眾多優(yōu)勢，是現(xiàn)代車身制造中應(yīng)用最廣泛的連結(jié)方式。本文主要對點(diǎn)焊、縫焊、凸焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、激光焊等工藝進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：汽車;車身焊接;焊接技術(shù)

汽車行業(yè)的飛速發(fā)展令汽車的質(zhì)量不斷地發(fā)生變化，汽車所選擇的材料尤其是鋼類材料也越來越多樣，在實(shí)際應(yīng)用中范圍非常大。車身安全性是消費(fèi)者的第一個要求，汽車用鋼的強(qiáng)度和包厚度都在變化。汽車焊接工藝可以令汽車的整體性更強(qiáng)，也會令汽車車身質(zhì)量乃至汽車的質(zhì)量都得到很大的提高，在安全、密度、舒適度等方面都具有積極作用。

1.汽車車身焊接質(zhì)量控制難點(diǎn)

1.1缺乏先進(jìn)科學(xué)的理論支持

汽車車身電阻焊接過程具有復(fù)雜性，而且存在很多因素都會對汽車車身焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。常見的有被焊的材料、電流、電極以及時間等等，除了這些因素之外還有很多種因素直接影響著焊接的質(zhì)量。因此在實(shí)踐中無法將這些復(fù)雜因素影響汽車車身焊接質(zhì)量的規(guī)律總結(jié)出來并形成理論進(jìn)行研究。這就導(dǎo)致汽車車身焊接一直缺乏先進(jìn)的科學(xué)的理論作為基礎(chǔ)，無法起到指導(dǎo)性作用。

1.2缺乏參數(shù)控制方案

焊接電流以及壓力和時間都影響著電阻焊焊接過程，加之實(shí)踐中還存在很多其他的因素影響著焊接質(zhì)量，所以參數(shù)控制方案一直無法形成。比如實(shí)踐中工廠中的整條壓縮空氣管路對于焊接壓力的影響，還有通電時間對于電流熱量的影響等。焊接參數(shù)在整個實(shí)踐過程中沒有檢測的時間，檢查校正參數(shù)的工作是由工程師完成的，而且是按照定期檢查校正的方式進(jìn)行的，這樣一來設(shè)備參數(shù)發(fā)生的變動對于焊接質(zhì)量的影響會加大。

1.3缺乏豐富的控制手段

目前我國較為常見的焊接質(zhì)量檢查手段是生產(chǎn)線鑿檢以及定期破檢兩種方式。這兩種方式各自都存在不足之處，無法滿足要求。比如生產(chǎn)線鑿檢占用的時間多，而且需要很多被覆蓋的點(diǎn)完全不能夠采用鑿檢的方法。另外鑿檢的操作技術(shù)難度大，需要專業(yè)人員進(jìn)行。破檢這種檢查方式的周期非常長，對及時解決問題不具有現(xiàn)實(shí)意義，加之應(yīng)用這種技術(shù)的成本非常高，所以在實(shí)踐中應(yīng)用的時候意義不大。

2. 車身新材料和焊接新技術(shù)

2.1、車身新材料

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，為了節(jié)約能源和安全性考慮，車身采用大量新型材料。車身結(jié)構(gòu)材料從單一鋼結(jié)構(gòu)，逐步向高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)，進(jìn)而向輕質(zhì)合金和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)發(fā)展。

2.1.1輕合金材料

為了使車身重量變得更輕，國外汽車廠商在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中開始采用輕合金，包括鎂合金、鋁合金、甚至鈦合金，這樣就使得車身焊接的難度進(jìn)一步加大。尤其是鋁合金的點(diǎn)焊難度非常大，目前較多的情況還是采用TIG/MIG焊，或鉚接/TOX連接法，或膠粘結(jié)的方法。英國最近發(fā)明的摩擦攪拌點(diǎn)焊技術(shù)，對于解決鋁合金的車身焊接有很好的效果，其焊接強(qiáng)度非常理想，但由于摩擦攪拌點(diǎn)焊的焊點(diǎn)中心有個小孔，故往往用于內(nèi)板結(jié)構(gòu)件上。

2.1.2 高強(qiáng)度鋼

為獲得相同的塑性變形，就需要較大的電極壓力，從而造成高強(qiáng)度鋼性能使得塑性溫度區(qū)間變窄，這就給焊接工藝提出了新的挑戰(zhàn)。通常是對傳統(tǒng)點(diǎn)焊工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，采用脈沖點(diǎn)焊、中頻點(diǎn)焊等專有技術(shù)，增加焊接壓力、控制焊接過程，從而獲得性能良好的焊點(diǎn)質(zhì)量。激光焊工藝的發(fā)展大大提高了高強(qiáng)度鋼板的焊接性能和接頭焊接強(qiáng)度，成功地應(yīng)用于門檻、座椅、骨架、保險杠加強(qiáng)板、縱梁和橫梁等車身的高強(qiáng)度功能件，為了實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度鋼車身部件沖壓成形，熱沖壓成形和中頻點(diǎn)焊、激光焊接成為針對此問題的重要焊接手段。

2.1.3 碳素纖維復(fù)合材料

為了減輕車身重量，有些汽車公司在制造車身和底盤零部件的時候，采用了碳纖維增強(qiáng)聚合基復(fù)合材料，這樣可減輕車身重量達(dá)50%～65%。碳素纖維復(fù)合材料的連接不同于金屬的焊接，所以其難度也更大，此外，也有汽車開發(fā)商成功采用樹脂傳遞模塑成形工藝，試制出轎車碳纖維底板。

2.2車身焊接新技術(shù)

2.2.1脈沖GMAW（P-GMAW）焊技術(shù)

脈沖GMAW焊是國外近幾年發(fā)展起來的一種新型高效、高速焊接新工藝，容易與機(jī)器人配合，能充分體現(xiàn)高效化焊接的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)的空間可達(dá)性與焊接速度之間的協(xié)同和完美組合。P-GMAW電弧過程具有好的穩(wěn)定性，能有效保證焊縫質(zhì)量的一致性，改善了由于短路過渡焊接過程較低的熱輸入而造成的熔深不足。P-GMAW的射流過渡方式適用于薄板材料的高速焊接、鋼或鋁合金的車身框架的全位置焊接。在德國AUDI A8全鋁合金車身框架結(jié)構(gòu)的管狀型材和結(jié)合點(diǎn)的焊接中，均大量地采用了P-GMAW的工藝。

2.2.2等離子弧焊技術(shù)

由于激光焊接成本高昂，而且其對技術(shù)的要求非常嚴(yán)格，在國內(nèi)大面積應(yīng)用還存在較大困難，所以在某種程度上，我們可以研究等離子弧焊接，并將其應(yīng)用于汽車企業(yè)。等離子弧弧柱溫度高、能量密度大，所以對焊件的加熱較為集中，且熔透能力強(qiáng)，在同樣熔深下，等離子弧焊接速度比TIG 焊高，從而可以極大地提高焊接生產(chǎn)效率。

2.2.3激光-MIG復(fù)合焊技術(shù)

激光焊與電弧焊是兩種不同的焊接工藝，前者是通過光纖將能量傳輸?shù)焦ぜ?，而后者是通過弧柱傳輸能量。與電弧焊相比，激光焊的熱影響區(qū)較窄，焊縫的深寬比高，焊接速度較快。但其焦點(diǎn)直徑很小，所以焊縫“搭橋”能力很差。相反，電弧焊的能量密度比較低，加熱面積大，但焊接速度相對較低。激光復(fù)合焊結(jié)合了這兩種焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使激光束和電弧同時作用于焊接區(qū)，從而獲得優(yōu)良的綜合性能，不但改善了焊接質(zhì)量和生產(chǎn)工藝，也極大地提高了效率成本比，為鋁車身的焊接提供了一種全新的焊接工藝。此外，對于鍍鋅板的車身焊接，激光熱絲釬焊是比較理想的選擇，采用MIG焊電源預(yù)熱填充焊絲，它與M IG復(fù)合焊的最大區(qū)別在于增加了一套軟件。

2.3機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)

2.3.1點(diǎn)焊機(jī)器人：主要進(jìn)行的是點(diǎn)焊作業(yè)，在點(diǎn)與點(diǎn)之間移位時速度比較快，從而減少了移位的時間，通過平穩(wěn)的動作、長時間的重復(fù)工作和準(zhǔn)確的定位，取代了笨重、單調(diào)、重復(fù)的體力勞動，更好地保證了焊點(diǎn)質(zhì)量，使工作效率得到了很大的提高。它是柔性自動生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，增強(qiáng)了企業(yè)應(yīng)變能力。

2.3.2弧焊機(jī)器人：弧焊過程比點(diǎn)焊過程要復(fù)雜得多，對焊絲端頭的運(yùn)動軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)都要求精確控制。具有較高的抗干擾能力和高的可靠性。能實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，并可以利用直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能焊接由直線及圓弧所組成的空間焊縫，還應(yīng)具備不同擺動樣式的軟件功能，供編程時選用，以便作擺動焊，而且擺動在每一周期中的停頓點(diǎn)處，機(jī)器人也應(yīng)自動停止向前運(yùn)動，以滿足工藝要求。此外，還應(yīng)有接觸尋位、自動尋找焊縫起點(diǎn)位置、電弧跟蹤及自動再引弧功能等。

2.3.3激光焊接機(jī)器人：激光焊接是與傳統(tǒng)焊接本質(zhì)不同的一種焊接方法，是將兩塊鋼板的分子進(jìn)行了重新組合，使兩塊鋼板融為了一體變?yōu)橐粔K鋼板，從而提升了車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。同時在焊接過程中焊接工件變形非常小，一點(diǎn)連接間隙都沒有，焊接深度/寬度比高，焊接質(zhì)量高。從而提升了車身的結(jié)合精度?？梢姍C(jī)器人的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了焊接流水線的智能化，實(shí)現(xiàn)了焊接生產(chǎn)線的自動化與現(xiàn)代化。

參考文獻(xiàn)：

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