汽車車身焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李孜志，昌先濤，杜衛(wèi)民

（元創(chuàng)實業(yè)（鄭州）有限公司，河南鄭州 450000）

0 引言

我國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，發(fā)展規(guī)模、制造水平呈現(xiàn)出飛躍式提升發(fā)展態(tài)勢。汽車制造業(yè)在發(fā)展過程中提升制造水平，加強(qiáng)企業(yè)管理，并朝向節(jié)能、安全綠色、低碳環(huán)保、機(jī)械化、智能化等方向發(fā)展[1]。在汽車制造技術(shù)發(fā)展過程中，越來越注重車身焊接技術(shù)，提升焊接質(zhì)量，滿足汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展新需求，緊跟時代發(fā)展腳步，積極采購先進(jìn)焊接設(shè)備，如點焊與CO2焊接機(jī)械手、懸掛焊、激光拼焊、激光疊焊等多種現(xiàn)代化設(shè)備，并使用電阻焊接工藝、激光焊接工藝進(jìn)行車身焊接，滿足汽車制造焊裝需求。當(dāng)今社會，科技水平不斷提升，焊接工藝也在不斷發(fā)展，要想真正在汽車產(chǎn)業(yè)中占據(jù)頭角，必須重視車身焊接工藝技術(shù)發(fā)展，分析汽車車身焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢是十分必要的。

1 車身焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

早在2000 年我國汽車銷量就已經(jīng)多次刷新全球銷售記錄，并兩次蟬聯(lián)世界第一，汽車銷量早已經(jīng)破千萬。2018 年我國汽車銷量雖然總量上出現(xiàn)下滑，但相比于2000 年，我國的汽車銷量已經(jīng)上升至2800 萬輛，并在車輛購買結(jié)構(gòu)上有了明顯變化，商用車輛、電子車輛顯著增加。汽車行業(yè)高速發(fā)展，推動了行業(yè)由量向質(zhì)發(fā)展，多種零部件生產(chǎn)與配套工藝不斷完善化、體系化。汽車行業(yè)是我國支柱產(chǎn)業(yè)，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

鑒于汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢與作用，我國于2009 年由中央政府制定了“汽車產(chǎn)業(yè)振興計劃”，并多次強(qiáng)調(diào)發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵是要研發(fā)技術(shù)，提升企業(yè)素質(zhì)，加快技術(shù)改造，樹立民族品牌，由此才能夠促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展[2]。同時，在汽車發(fā)展指導(dǎo)文件中提出汽車車身四大制造工藝分別為涂裝、沖壓、焊裝、總裝，對車身焊接質(zhì)量以及焊接水平提出了新要求，車身經(jīng)過焊接后能夠滿足強(qiáng)度、安裝型以及生產(chǎn)率需求。

2 車身焊接技術(shù)特點

現(xiàn)代車身更加輕量化、車型變更速度快、安全要求高，加大了車身焊接技術(shù)難度，使其具備了新的焊接特點，主要有以下6點：①新材料焊接技術(shù)，由于車身輕量化發(fā)展，原有焊接技術(shù)顯然無法滿足焊接需求，車身制造過程中使用新的材料，焊接技術(shù)必然要與之相適應(yīng)，研究新的焊接技術(shù)，保證焊接效果；②新焊接設(shè)備，現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模巨大，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，各代汽車產(chǎn)品之間車型差異性較大，焊接裝備也需要及時更換，滿足新的車身焊接需求；③焊接工藝，汽車生產(chǎn)批量化，對焊接工作效能提出了更高要求，在保證高車身焊接工藝水平的同時，強(qiáng)化焊裝生產(chǎn)線自動化焊接水平；④信息化發(fā)展，焊裝生產(chǎn)線工作任務(wù)量增加，必然要引進(jìn)多種焊裝生產(chǎn)設(shè)備，使其能夠滿足基本焊裝需求，壓縮人工焊接操作環(huán)節(jié)，在焊裝生產(chǎn)線運行與管理中，必然要將信息化技術(shù)應(yīng)用于其中，加強(qiáng)信息化工程技術(shù)的應(yīng)用；⑤混合焊裝生產(chǎn)，在零件加工、車身焊裝過程中為了降低設(shè)備更新成本，會組裝多功能混合焊裝生產(chǎn)線，以此來滿足不同車型的焊裝需求；⑥提升工藝精準(zhǔn)度，現(xiàn)代車身制造更加追求工藝水平、車身舒適等多個方面，這對車身焊裝精準(zhǔn)度和測量提出了更高要求。

3 車身新材料

車身焊裝技術(shù)與車身材料有直接關(guān)系，在實際作業(yè)中需要科學(xué)分析焊接材料，選擇對應(yīng)焊接技術(shù)。汽車發(fā)展過程中車身強(qiáng)度越來越強(qiáng)，質(zhì)量越來越輕；其結(jié)構(gòu)材料由鋼結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)化為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，主要材料包括鋼、合金、復(fù)合材料、優(yōu)質(zhì)鋼等。

3.1 優(yōu)質(zhì)鋼

優(yōu)質(zhì)鋼即是高強(qiáng)度鋼，其本身強(qiáng)度高，但塑性溫度區(qū)間窄，增加了焊接難度。由于優(yōu)質(zhì)鋼具有回彈小、強(qiáng)度高、耐腐性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢，主要被用于車身高強(qiáng)度功能件中，如座椅、骨架、門檻、加強(qiáng)板等。為了達(dá)成預(yù)期焊接目標(biāo)，焊接過程中需要使用電極壓力較大的焊接設(shè)備，能夠達(dá)成塑性需求。在優(yōu)質(zhì)鋼焊接過程中，只需要對于原有焊接技術(shù)稍加變革，使用中頻電焊、脈沖點焊等焊接方法就可以完成塑性，這是實際焊接過程中采用的主要焊接方法[3]。近年來激光焊接技術(shù)飛速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于優(yōu)質(zhì)鋼的焊接當(dāng)中，提升焊接處強(qiáng)度與性能，可以預(yù)見在未來發(fā)展中，激光焊接技術(shù)必然在車身焊裝中占據(jù)重要地位，焊接水平也愈加成熟。

3.2 合金材料

合金材料是近年來車身制造材料開發(fā)與應(yīng)用的重點，在車身制造中應(yīng)用的合金材料主要為輕合金，如鎂合金、鋁合金、鈦合金等。合金材料的應(yīng)用增加了車身焊接難度，傳統(tǒng)點焊工藝應(yīng)用于鋁合金材料車身焊接時難度明顯加大。目前在合金材料焊接中多采用鉚接焊接、TIG 等焊接方法，部分汽車車身焊接過程中也會使用摩擦攪拌點焊接技術(shù)，由于焊接后留有小孔痕跡，因此主要被應(yīng)用于車身內(nèi)板結(jié)構(gòu)焊接件上。

3.3 復(fù)合材料

汽車車身制造中為了進(jìn)一步減輕車身重量，使用碳素纖維復(fù)合材料制作部分底盤零件與車身，能夠降低車身50%左右的質(zhì)量[4]。碳素纖維復(fù)合材料所制作車身焊接工藝與一般金屬車身焊接方法不同，部分廠商在焊裝過程中會使用樹脂傳遞模進(jìn)行局部處塑性。

4 車身焊接技術(shù)

4.1 電阻焊

電阻焊接技術(shù)相對比較成熟，主要以中頻焊接技術(shù)為主，也是車身焊接過程中采用的主要焊接技術(shù)。優(yōu)勢主要體現(xiàn)在6 個方面：①質(zhì)量佳，中頻焊接技術(shù)電流響應(yīng)時間極短，僅為1 ms，能夠極大提升焊接精準(zhǔn)度，提升焊接質(zhì)量[5]；②速度快，中頻焊接過程中使用的為直流輸出設(shè)備，能夠?qū)附犹庍M(jìn)行集中加熱，由此縮短車身焊接過程中所用時間；③節(jié)能，中頻焊接技術(shù)依賴于逆變焊機(jī)，該型設(shè)備在高頻高壓模式下能源耗損小；④節(jié)省空間，逆變焊變壓器設(shè)備體積小巧，質(zhì)量較輕，安放與管理更加便捷；⑤范圍廣，中頻焊接技術(shù)能夠適用于多種金屬焊接，應(yīng)用范圍廣；⑥節(jié)能環(huán)保，中頻焊接技術(shù)使用過程中由三相平衡負(fù)載，對電網(wǎng)沖擊力度相對較小。

電阻焊焊接效果與焊接電流、加壓力、通電時間有直接關(guān)系，也是電阻焊三大要素：①焊接電流，焊接電流大小能夠影響焊接熱量，電流小則焊接熱量不足，會導(dǎo)致焊接效果受到影響，強(qiáng)度無法滿足焊接需求，電流過大會導(dǎo)致焊接時容易產(chǎn)生金屬氣泡，并使焊接部位發(fā)生形變；②加壓力，加壓力直接影響到焊接部位阻值大小，也具備預(yù)防局部焊接部位過熱的作用，壓力過大就會減少焊接部位阻值，容易造成溫度過低，影響焊接部位結(jié)合強(qiáng)度，但較小也易引發(fā)焊接裂痕；③通電時間，焊接時通電時間越長，熱量損失越大，甚至引發(fā)焊接部位材質(zhì)變化，但焊接時間過短，則會影響焊點強(qiáng)度，導(dǎo)致焊接不充分。

焊機(jī)工作原理（圖1）：①初期加壓時間，為確保電極在通電之前能夠壓緊工作，預(yù)防因加壓力過小引發(fā)的焊接缺陷，需要合理控制初期加壓時間，通常情況下設(shè)定加壓時間Ts初期值為0～99 周波；②上升時間，控制電流緩升時間，確保焊接工作的穩(wěn)定性，讓工件溫度緩慢上升與逐漸退火，并將平均板與凸焊點充分接觸，保證焊點溫度、大小穩(wěn)定性，避免焊接飛濺現(xiàn)象的發(fā)生，通常情況下設(shè)定為0～9 周波；③通電時間，主要取決于焊機(jī)功率、金屬材質(zhì)，在實際焊接通電過程中可以采用弱規(guī)范與強(qiáng)規(guī)范兩種方式進(jìn)行通電，通常情況下設(shè)定為0～99 周波；④下降時間，焊接過程中可以通過控制電流大小調(diào)控焊接區(qū)域溫度下降時間，避免下降速度過急、過快所引發(fā)的焊接部位裂痕現(xiàn)象，通常情況下設(shè)定為0～9 周波；⑤保持時間，保持時間是指電極開始上升前到自焊接電流結(jié)束后的時間，此過程中電極頭起到冷卻作用，讓熔核凝固后達(dá)成預(yù)期強(qiáng)度，減少裂縫、縮孔焊接問題，通常情況下設(shè)定為0～99 周波；⑥開放時間，是指電極提起與下落單位周期內(nèi)的時間，適用于多次重復(fù)焊接需求，常情況下設(shè)定為0～99 周波。

圖1 焊機(jī)工作原理

4.2 其他焊接技術(shù)

激光焊接技術(shù)、攪拌摩擦焊接技術(shù)、等離子弧焊接技術(shù)等都是車身常用焊接技術(shù)。激光焊接技術(shù)熱影響區(qū)域小、速度快，可以有效滿足縫隙焊接技術(shù)要求，甚至能夠滿足異種材料的焊接需求。攪拌摩擦焊接技術(shù)具有形變小、無融化焊接等問題，適合應(yīng)用于長平直焊接需求。等離子弧焊接技術(shù)熔透能力強(qiáng)，焊接成本低于激光焊接技術(shù)，因此使用范圍相對比較廣，可以有效提升生產(chǎn)效率[6]。隨著汽車車身焊接技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)會越來越成熟，焊接效率提升，成本降低，并滿足車身安全需求。

5 結(jié)語

車身焊接技術(shù)對于汽車質(zhì)量影響極大，汽車制造廠商在發(fā)展過程中應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求、材料性能等多項因素，研制更加成熟、穩(wěn)定、高效的焊接技術(shù)，滿足車身制造需求。只有如此，才能夠確保企業(yè)的長效發(fā)展。