汽車制造領(lǐng)域中焊接自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：焊接是汽車制造中的關(guān)鍵技術(shù)之一，涉及車身金屬結(jié)構(gòu)、零部件等的焊接，是影響汽車制造質(zhì)量、車身安全的重要因素，其重要性不言而喻。汽車制造企業(yè)要積極創(chuàng)新焊機(jī)技術(shù)，引進(jìn)焊接自動(dòng)化技術(shù)，運(yùn)用主體與控制器，智能化操作焊接裝置；運(yùn)用自動(dòng)化焊接機(jī)器人，提高焊接精度；應(yīng)用PLC控制技術(shù)，提高焊接自動(dòng)化效果；優(yōu)化機(jī)械操控技術(shù)，根據(jù)車身結(jié)構(gòu)、材質(zhì)特點(diǎn)開展焊接作業(yè)，滿足汽車焊接需求；融合運(yùn)用傳感技術(shù)，保證汽車焊接質(zhì)量和安全性，進(jìn)一步提高汽車制造質(zhì)量和效率，促進(jìn)我國汽車制造產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：汽車制造 人工智能 焊接自動(dòng)化技術(shù) 應(yīng)用策略

0 引言

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的飛速發(fā)展，我國汽車產(chǎn)業(yè)異軍突起，成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展熱點(diǎn)，汽車生產(chǎn)量、出口量逐年增長，帶動(dòng)了金屬材料加工、新能源等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。汽車制造涉及金屬材料加工制造、金屬結(jié)構(gòu)焊接、零部件制造等多種技術(shù)，其中焊機(jī)技術(shù)是汽車制造核心技術(shù)之一，對(duì)提升汽車生產(chǎn)效率和質(zhì)量具有重要意義。為了促進(jìn)我國汽車制造產(chǎn)業(yè)集約化、智能化、規(guī)模化發(fā)展，汽車制造企業(yè)要積極推動(dòng)科研創(chuàng)新，研發(fā)新型焊接技術(shù)，把工業(yè)機(jī)器人、PLC程序和傳感器等新技術(shù)融入汽車焊接工藝中，實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化，提高焊接精度，讓焊接面更加平滑牢固，確保高效率、高質(zhì)量完成焊接生產(chǎn)，進(jìn)一步提高汽車生產(chǎn)效率。

1 焊接自動(dòng)化技術(shù)特點(diǎn)

1.1 生產(chǎn)效率高、成本低

焊接自動(dòng)化技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、智能化控制和成本低的優(yōu)點(diǎn)，備受制造類企業(yè)青睞。目前應(yīng)用最為廣泛的焊接自動(dòng)化技術(shù)是焊接機(jī)器人，只需要幾名技術(shù)人員進(jìn)行操作，可以代替人工進(jìn)行焊接操作，有效降低了人力成本，幫助企業(yè)節(jié)約成本。同時(shí)，焊接機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，焊接效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工，可以提高整個(gè)生產(chǎn)流水線工作效率，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測與維護(hù)，有效降低設(shè)備維修成本，可以進(jìn)行連續(xù)高強(qiáng)度作業(yè)，有效提供企業(yè)生產(chǎn)效率，幫助他們實(shí)現(xiàn)降本增效的發(fā)展目標(biāo)。

1.2 有效提高產(chǎn)品加工質(zhì)量

焊接自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、程序化作業(yè)，遠(yuǎn)比人工焊接定位、操作精度要高，可以在焊接過程中進(jìn)行重復(fù)性定位，確保焊接位置準(zhǔn)確性，有利于提高焊接成品質(zhì)量。技術(shù)人員可以通過焊接機(jī)器人、PLC程序開展焊接自動(dòng)化作業(yè)，設(shè)置好焊接參數(shù)、運(yùn)動(dòng)軌跡、焊槍角度，避免出現(xiàn)焊偏、焊穿、未熔合等問題，提高焊接精度，有利于提高焊接加工質(zhì)量。焊接自動(dòng)化可以根據(jù)焊接材料特點(diǎn)、焊接要求來設(shè)置焊接程序，設(shè)置好焊接參數(shù)和焊接軌跡，確保同一批次產(chǎn)品采用同一個(gè)焊接標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；鳂I(yè)，有利于提高產(chǎn)品合格率，從而提高產(chǎn)品加工質(zhì)量。

1.3 改善焊接操作環(huán)境

焊接屬于特殊工種，在作業(yè)過程中會(huì)運(yùn)用特殊材料、設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生火星或金屬物飛濺，并伴隨著噪聲、弧光和煙塵，還會(huì)產(chǎn)生有害氣體，威脅焊接人員身體健康、破壞生產(chǎn)環(huán)境，焊接行業(yè)職業(yè)病發(fā)病率比較高。焊接自動(dòng)化由機(jī)器人代替人工進(jìn)行作業(yè)，技術(shù)人員可以借助PLC程序、控制器等來進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，設(shè)置好焊接軌跡、焊點(diǎn)位置等參數(shù)，避免直接接觸煙塵、弧光和有害氣體，從而降低職業(yè)病患病率，有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，并減少對(duì)生產(chǎn)車間環(huán)境的破壞，保證焊接生產(chǎn)安全性和生產(chǎn)效率。

2 汽車制造業(yè)中焊接技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

2.1 電阻點(diǎn)焊

汽車制造屬于高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，離不開各類金屬材料，對(duì)焊接工藝要求比較高。車身焊接是汽車制造業(yè)焊接工藝的核心，也是車身穩(wěn)定性、安全性的關(guān)鍵要素，其重要性不言而喻。目前汽車車身焊接中運(yùn)用比較廣泛的是電阻電焊技術(shù)，需要調(diào)試好靜/動(dòng)臂電機(jī)、電流間的總電阻、焊接時(shí)間，設(shè)置好焊接電流、電壓值，夾緊夾具，保證焊點(diǎn)在加壓時(shí)互熔，保證電阻焊接質(zhì)量。技術(shù)人員可以利用電阻電焊來焊接汽車各個(gè)部位的零部件，做好零部件焊接位置清潔，先試焊再進(jìn)行正式作業(yè)，保證YkPEIsQh7N05NbdDaYRtwQ==焊點(diǎn)可以準(zhǔn)確互熔，提高電阻焊接效率和質(zhì)量，從而提高車身焊接質(zhì)量。

2.2 激光焊接

激光焊接利用高能量密度的激光束作為熱源進(jìn)行焊接，焊接精度更高、效率更高，主要運(yùn)用在微小型零件的精密焊接中。目前汽車齒輪焊接普遍采用激光焊接，根據(jù)齒輪重量、大小、運(yùn)行速率等來設(shè)置激光焊接點(diǎn)、激光束數(shù)量等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)高精密焊機(jī)，確保齒輪牢固性，保證汽車行駛安全。激光焊接相對(duì)于其他焊接方式，具有靈活性強(qiáng)、焊接時(shí)間短、焊接位置小等優(yōu)點(diǎn)，更適用于汽車微小型零部件焊接，保證汽車焊接工作效率。

2.3 弧焊焊接

弧焊技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域有著廣泛運(yùn)用，可以運(yùn)用于車身、零部件等焊接工作中，進(jìn)一步提高焊接工作效率。焊接人員要利用熔化極惰性氣體保護(hù)焊進(jìn)行作業(yè)，利用氬氣或富氬氣體作為保護(hù)介質(zhì)，把可熔化的焊絲放置在需要焊接的汽車零部件之間，焊接過程透明化，便于控制焊接位置和精度。但是弧焊在焊接過程中暴露出一些問題，例如焊口精度誤差比較大、焊接過程中產(chǎn)生金屬飛濺和有害氣體、容易偏離焊接軌跡等問題，影響了焊接質(zhì)量，有很大的提升空間。

3 汽車制造領(lǐng)域中焊接自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1 應(yīng)用主體與控制器，智能化操作焊接裝置

汽車制造企業(yè)要加大在焊接自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)與引進(jìn)上的投入，安裝主體與控制器，更新焊接設(shè)備，設(shè)計(jì)自動(dòng)化焊接裝置，進(jìn)一步促進(jìn)焊接自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展。第一，自動(dòng)化焊接裝置整體要選用抗腐蝕的材料，主體大都是六軸關(guān)節(jié)型構(gòu)成，搭載交流伺服機(jī)，提前測量和計(jì)算焊接軌跡，并把焊接軌跡導(dǎo)入系統(tǒng)中，通過控制器控制焊接裝置，代替人工進(jìn)行自動(dòng)化、智能化焊接，不僅可以提高焊接工作效率，還可以降低人力成本。技術(shù)人員在自動(dòng)化焊接裝置運(yùn)行過程中要進(jìn)行全程監(jiān)測，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)測焊接軌跡、焊接點(diǎn)熔化情況等數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，要及時(shí)停下設(shè)備進(jìn)行維修，保證焊接精度。第二，汽車企業(yè)可以引進(jìn)先進(jìn)的焊接遠(yuǎn)程操作控制系統(tǒng)，把自動(dòng)焊接裝置控制程序連接在計(jì)算機(jī)上，設(shè)立自動(dòng)化焊接控制中線，遠(yuǎn)程啟動(dòng)、調(diào)試和關(guān)閉自動(dòng)焊接裝置，根據(jù)汽車車身、零部件焊接和電路板焊接參數(shù)、焊接軌跡等來設(shè)置控制程序，既可以保證焊接工作效率，又可以提高焊接精度。例如企業(yè)可以引進(jìn)電路板無縫焊接遠(yuǎn)程操作控制系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)進(jìn)行汽車電路板焊接質(zhì)量與效率，保證電路板焊接準(zhǔn)確性和牢固性，保障汽車電子控制系統(tǒng)性能。

3.2 引進(jìn)自動(dòng)化焊接機(jī)器人，提高汽車焊接精度

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)日益成熟，自動(dòng)焊接機(jī)器人成為汽車焊接自動(dòng)化領(lǐng)域的“佼佼者”。自動(dòng)焊接機(jī)器人可以根據(jù)設(shè)定好的焊接點(diǎn)、焊接軌跡、焊機(jī)參數(shù)等進(jìn)行作業(yè)，保證焊接作業(yè)的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步提高汽車焊接效率和質(zhì)量。目前運(yùn)用比較廣泛的自動(dòng)焊接機(jī)器人工作站包括了箱體型、軸類焊接型和焊接螺柱型，適用于汽車不同部位的焊接，滿足汽車焊接要求。箱體型工作站主要以弧焊機(jī)器人為主，應(yīng)用于微小型汽車零部件、齒輪等高精密焊接，保證汽車焊接質(zhì)量和工作效率。軸類焊接型主要運(yùn)用在汽車轉(zhuǎn)軸類節(jié)奏零部件焊接，例如軸承、保險(xiǎn)杠等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的焊接，工作量比較大，依靠內(nèi)置的控制程序?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；鳂I(yè)，嚴(yán)格把控焊接參數(shù)，把焊接尺寸誤差縮小到最小范圍，保證汽車安全性。焊接螺柱型機(jī)器人主要負(fù)責(zé)汽車螺柱的焊接，由技術(shù)人員在控制系統(tǒng)中輸入螺柱焊接點(diǎn)坐標(biāo)、焊接軌跡等相關(guān)參數(shù)，快速進(jìn)行精準(zhǔn)定位，確認(rèn)好螺柱焊接位置，滿足不同規(guī)格螺柱焊接要求，有效提高螺柱焊接效率。

3.3 運(yùn)用PLC控制技術(shù)，提高焊接自動(dòng)化水平

PLC程序安裝了微型計(jì)算機(jī)，可以幫助技術(shù)人員遠(yuǎn)程控制焊接機(jī)器人、焊接自動(dòng)化程序，是焊接自動(dòng)化的核心技術(shù)。首先，汽車制造企業(yè)技術(shù)人員要明確車身、齒輪、軸承、電路板和微小型零部件等不同結(jié)構(gòu)焊接要求，制定不同結(jié)構(gòu)焊接標(biāo)準(zhǔn)，編寫相關(guān)程序代碼，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、智能化焊接，滿足汽車生產(chǎn)線需求。技術(shù)人員可以利用PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)焊接工件傳送、車型掃描識(shí)別和自動(dòng)化焊接，第一步PLC控制程序把需要焊接的工件傳送到操作臺(tái)，調(diào)試好焊接夾具的位置、角度；第二步自動(dòng)化掃描識(shí)別焊接工件類型，判斷出工件所屬車型，根據(jù)車型確定焊接自動(dòng)化程序，并自動(dòng)執(zhí)行焊接指令，保證焊接準(zhǔn)確性和效率。例如技術(shù)人員可以利用西門子PLC系統(tǒng)來操控激光焊接機(jī)器人，根據(jù)汽車電路板焊接參數(shù)來設(shè)定PLC程序，明確激光焊接點(diǎn)、焊接軌跡，利用PLC程序控制激光焊接機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位焊接點(diǎn)、調(diào)試焊槍角度、識(shí)別焊接參數(shù)，提高汽車電路板焊接精準(zhǔn)度。其次，技術(shù)人員可以利用PLC系統(tǒng)進(jìn)行汽車車身焊接，根據(jù)車身金屬材料性能、熔點(diǎn)等來設(shè)定焊接自動(dòng)化程序，明確車身各個(gè)焊接點(diǎn)位置，并在相應(yīng)位置安裝焊接夾具，在夾具上安裝三位五通電磁換向閥，通過這些閥門把焊接機(jī)器人通信口和夾具識(shí)別系統(tǒng)連接起來，啟動(dòng)焊接程序，實(shí)現(xiàn)車身多個(gè)焊點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)智能化、精準(zhǔn)化焊接。同時(shí)，PLC系統(tǒng)還可以監(jiān)測焊接機(jī)器人作業(yè)過程，一旦檢測到焊接點(diǎn)溫度偏高、機(jī)器人焊接方位偏離預(yù)定軌跡，系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒技術(shù)人員及時(shí)查看PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題，保證汽車車身焊接自動(dòng)化作業(yè)順利進(jìn)行。

3.4 優(yōu)化機(jī)械控制技術(shù)，滿足汽車產(chǎn)業(yè)焊接需求

焊接自動(dòng)化離不開各種機(jī)械裝置，例如焊接夾具、傳送帶等機(jī)械設(shè)備，因此，汽車制造企業(yè)要不斷促進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展，便于焊接機(jī)器人開展作業(yè)，有效提高焊接工作效率。例如汽車車架焊接結(jié)構(gòu)零配件通常為2-4ram，確定了汽車的基本輪廓和防撞性能，對(duì)焊接工藝要求比較高。技術(shù)人員可以利用焊接機(jī)器人來焊接汽車車架，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊方式，利用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)調(diào)整焊接夾具角度、定位面，縮小夾具與焊接工件之間的空隙，避免車架在焊接過程中出現(xiàn)變形。焊接機(jī)器人要遵循對(duì)稱焊接原則，先從車架中央朝著前尾一側(cè)進(jìn)行焊接，再往左右兩側(cè)進(jìn)行焊接，盡量把焊縫留在接近車架中性軸的部位，避免由于焊縫引發(fā)撓曲問題。機(jī)器人焊接結(jié)束后，技術(shù)人員可以把焊接好的車架放置在矯正夾具上，設(shè)定好機(jī)械矯正方式，分別對(duì)車架四個(gè)定位點(diǎn)施加壓力，對(duì)車架外形進(jìn)行調(diào)整，避免后續(xù)出現(xiàn)金屬變形問題，不斷提高汽車車架焊接水平。汽車制造企業(yè)要積極把機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)和焊接自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系起來，更新焊接機(jī)械設(shè)備，滿足汽車車架、車身、微小型零部件等焊接需求，進(jìn)一步提高焊接工藝水平，為提高汽車產(chǎn)量、汽車生產(chǎn)質(zhì)量奠定良好基礎(chǔ)。

3.5 應(yīng)用傳感器技術(shù)，提高汽車焊接工藝水平

汽車生產(chǎn)企業(yè)要積極引進(jìn)先進(jìn)的傳感器，并把傳感器運(yùn)用在焊接機(jī)器人上，優(yōu)化焊接自動(dòng)化技術(shù)，進(jìn)一步提高汽車制造業(yè)焊接工藝水平。第一，技術(shù)人員在運(yùn)用傳感技術(shù)前，要做好相關(guān)實(shí)驗(yàn)，測試不同類型傳感器在焊接自動(dòng)化中的應(yīng)用效果，例如傳感器在車型掃描與識(shí)別、焊接軌跡計(jì)算與規(guī)劃、焊接質(zhì)量檢測等領(lǐng)域的運(yùn)用效果，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)車間實(shí)驗(yàn)，獲取更加準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。技術(shù)人員可以測試溫度傳感器在自動(dòng)焊接機(jī)器人中的運(yùn)用，智能化測試焊接點(diǎn)溫度，一旦發(fā)現(xiàn)焊接點(diǎn)溫度過高，自動(dòng)向控制程序發(fā)送預(yù)警，及時(shí)檢查焊接作業(yè)流程，調(diào)試相關(guān)程序，提高焊接精度和安全性。第二，技術(shù)人員在運(yùn)用傳感技術(shù)開展自動(dòng)化焊接作業(yè)過程中，還要利用傳感器對(duì)焊接流程、焊接軌跡、焊接參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)測，觀察控制系統(tǒng)后臺(tái)各項(xiàng)參數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。例如技術(shù)人員可以利用溫度傳感器、光敏傳感器等對(duì)焊接機(jī)器人作業(yè)流程進(jìn)行檢測，重點(diǎn)檢測焊接點(diǎn)溫度、焊接軌跡、焊接誤差等項(xiàng)目，一旦發(fā)現(xiàn)問題，要及時(shí)關(guān)閉焊接機(jī)器人，快速調(diào)整焊接自動(dòng)化控制程序，再次調(diào)試程序，保證焊接工藝精度，從而提高汽車生產(chǎn)質(zhì)量。

4 結(jié)語

總之，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)為汽車制造業(yè)創(chuàng)造了新的發(fā)展機(jī)遇，加快了焊接自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新，有效提高了焊接工藝精度和生產(chǎn)效率，有利于塑造中國汽車制造企業(yè)良好品牌形象，讓中國汽車走向世界，加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐。汽車制造企業(yè)要加大科研創(chuàng)新上的投入，積極引進(jìn)自動(dòng)焊接機(jī)器人，滿足車架、車身、齒輪、軸承等不同結(jié)構(gòu)焊接需求，實(shí)現(xiàn)智能化、標(biāo)準(zhǔn)化焊接作業(yè)，及時(shí)更新PLC控制程序，利用PLC系統(tǒng)控制焊接機(jī)器人，提高汽車領(lǐng)域焊接自動(dòng)化水平。同時(shí)，汽車企業(yè)技術(shù)人員要積極運(yùn)用傳感技術(shù)，把不同類型傳感器安裝在焊接設(shè)備、機(jī)械設(shè)備上，采集焊接機(jī)器人作業(yè)過程中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能化分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接作業(yè)中存在的問題，便于解決焊接中存在的問題，提高汽車焊接工藝精度和生產(chǎn)效率，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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