車(chē)身的焊裝質(zhì)量直接決定著(zhù)后面工序的質(zhì)量，車(chē)身的裝配質(zhì)量不良，不僅影響整車(chē)外觀(guān)，還會(huì )導致漏雨、風(fēng)噪、路噪和車(chē)門(mén)關(guān)閉障礙的發(fā)生，所以，焊接應該引起足夠重視。
汽車(chē)工業(yè)中，焊接是汽車(chē)零部件與車(chē)身制造中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節，起著(zhù)承上啟下的特殊作用，同時(shí)，汽車(chē)產(chǎn)品的車(chē)型眾多、成形結構復雜、零部件生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化、標準化以及汽車(chē)制造在質(zhì)量、效率和成本等方面的綜合要求，都決定了汽車(chē)焊接加工是一個(gè)多學(xué)科、跨領(lǐng)域和技術(shù)集成性強的生產(chǎn)過(guò)程。在目前汽車(chē)零部件及白車(chē)身的制造中，主要的焊接方法有電阻點(diǎn)焊、CO2氣體保護焊和激光焊，另外也有采用氬弧焊、電子束焊等。
焊接技術(shù)的特點(diǎn)
焊接是汽車(chē)制造過(guò)程中一項重要的環(huán)節。汽車(chē)的白車(chē)身、發(fā)動(dòng)機和變速箱等都離不開(kāi)焊接技術(shù)的應用。在以“鋼結構”為主的汽車(chē)車(chē)身的焊接加工中，汽車(chē)焊接又有不同于其他產(chǎn)品焊接的要求：
1.對焊接件的尺寸精度要求高
為了保證產(chǎn)品的裝配精度和尺寸穩定性，要求盡可能減少薄板件在焊前的精度偏差和焊后的熱應力與變形。
2.對焊縫接頭的性能要求高
焊接接頭不僅要滿(mǎn)足靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的力學(xué)性能指標，而且有苛刻的低周疲勞性能要求。
3.對批量焊接生產(chǎn)品質(zhì)高且一致性好的要求
4.對焊接生產(chǎn)過(guò)程高節拍、高效率的要求
5.對“零缺陷”的質(zhì)量控制與保證，提出了自動(dòng)化焊接過(guò)程的監測與信息化管理的要求
近幾年來(lái)，汽車(chē)工業(yè)在焊接新技術(shù)的應用及推廣方面起了積極的推動(dòng)作用。針對汽車(chē)產(chǎn)品“更輕、更安全、性能更好且成本更低”的發(fā)展目標，當前的汽車(chē)焊接技術(shù)正在傳統的材料連接概念與方法的基礎上迅速地延伸和拓展，并向先進(jìn)的“精量化焊接制造”的方向發(fā)展。
主要焊接方法
汽車(chē)制造業(yè)是焊接應用最廣的行業(yè)之一，其中主要的焊接方法如下：
1. 電阻焊
電阻焊是工件組合后通過(guò)電極施加壓力，利用電流通過(guò)接頭的接觸面及鄰近區域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法，目前廣泛應用于汽車(chē)制造中。
在點(diǎn)焊過(guò)程中，影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素有：焊接電流、焊接壓力、電極的端面形狀、穿過(guò)電極的鐵磁性物質(zhì)及分流等。特別在阻焊設備較多的焊接車(chē)間，同時(shí)工作的焊機相互感應，對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，導致焊接質(zhì)量的穩定性和一致性較差。因此，電阻點(diǎn)焊控制技術(shù)顯得尤為重要。目前，控制模式已由單模式控制發(fā)展為多模式控制，調節參量已由初始的單變量調節發(fā)展為多變量調節，在焊接過(guò)程中可同時(shí)對焊接電流、焊接時(shí)間和焊接壓力進(jìn)行調節。
2. 氣體保護焊
用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護電弧和焊接區的電弧焊，簡(jiǎn)稱(chēng)氣體保護焊。CO2氣體保護焊作為一種高效的焊接方法，以其焊接變形小和焊接成本低的特點(diǎn)，在我國汽車(chē)業(yè)獲得了廣泛的運用。但CO2氣體保護焊在實(shí)際應用中還存在一些問(wèn)題：以CO2氣保焊中應用最為廣泛的短路過(guò)渡形式為例，電弧電壓、焊接電流或焊接回路電感匹配不當，或焊絲干伸長(cháng)度不合適，都可能造成焊接電弧不穩定、飛濺以及未焊透等，對焊縫成形、焊縫的機械性能有較大影響。另外，短路過(guò)渡焊接時(shí)對焊接電源的動(dòng)特性要求很高。如果選型錯誤，穩定焊接電弧的參數范圍狹窄，會(huì )影響焊接的質(zhì)量。
3.激光焊
激光焊是利用激光器受激產(chǎn)生的激光束，通過(guò)聚焦系統并調焦到焊件接頭處，將光能轉換為熱能，使金屬熔化形成接頭。與傳統的點(diǎn)焊相比，激光焊接在焊接精度、效率、可靠性、自動(dòng)化、輕量化和降低成本等方面都具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。激光焊接被認為是21世紀最有發(fā)展前景的制造技術(shù)之一。
激光焊接設備的關(guān)鍵是大功率激光器，目前主要有兩大類(lèi)，一類(lèi)是固體激光器，主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的光束可以通過(guò)光纖傳送，適用于柔性制造系統或遠程加工。另一類(lèi)是氣體激光器，又稱(chēng)CO2激光器，以分子氣體作工作介質(zhì)，可以連續工作并輸出很高的功率。
汽車(chē)工業(yè)中，激光技術(shù)主要用于車(chē)身拼焊和零件焊接，例如頂蓬與側圍的焊接(見(jiàn)圖1)。但激光焊接要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著(zhù)偏移。否則很容易造成焊接缺陷。
焊接材料的應用及發(fā)展趨勢
隨著(zhù)車(chē)身向著(zhù)輕量化方向發(fā)展，車(chē)身材料的輕量化及車(chē)身金屬材料的非金屬化是必然趨勢。未來(lái)車(chē)身材料仍以鋼板為主，但是一些復合材料將得到廣泛應用。
1. 鍍鋅鋼板
隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展，為了提高車(chē)體使用壽命和增強車(chē)體材料的抗腐性能，鍍鋅鋼板得到廣泛使用。由于在目前汽車(chē)車(chē)身制造中，主要采用電阻點(diǎn)焊方法，與無(wú)鍍層鋼板相比，鍍鋅鋼板的點(diǎn)焊過(guò)程中還存在一些問(wèn)題：先于鋼板熔化的鋅層形成鋅環(huán)而分流，致使焊接電流密度減??；鋅層表面燒損、污染電極而使電極壽命降低；鋅層電阻率低，接觸電阻??；容易產(chǎn)生焊接飛濺、裂紋及氣孔等缺陷。
2. 高強度鋼板
為了實(shí)現汽車(chē)輕量化，提高汽車(chē)安全性能，高強度鋼板的應用正逐年增加。目前高強度鋼板的品種主要有含磷冷軋鋼板、烘烤硬化冷軋鋼板及冷軋雙相鋼板等。
(1)含磷高強度冷軋鋼板：具有較高強度，良好的強度和塑性平衡，良好的耐腐蝕性及點(diǎn)焊性能；主要用于側圍、車(chē)門(mén)、頂蓬和行李箱蓋。
(2)烘烤硬化冷軋鋼板：這種簡(jiǎn)稱(chēng)為BH鋼板的烘烤硬化鋼板既薄又有足夠的強度，是車(chē)身外板輕量化設計首選材料之一。
(3)冷軋雙相鋼板：主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如車(chē)門(mén)加強板、保險杠等。
3.鋁合金
與汽車(chē)鋼板相比，鋁合金具有密度小、比強度高、耐銹蝕、熱穩定性好、易成形和可回收再生等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)成熟。汽車(chē)工業(yè)中也逐漸在使用鋁合金材料的零部件。但鋁合金焊接目前還存在線(xiàn)膨脹系數大，產(chǎn)生的熱應力較大，易出現氣孔從而導致鋁合金焊接接頭的強度降低的缺點(diǎn)。
4.鎂合金
鎂的密度僅為鋼材密度的35%。它的比強度、比剛度高，阻尼性、導熱性好，尺寸穩定性好，因此，在汽車(chē)工業(yè)中得到了廣泛的應用。目前，鎂合金在汽車(chē)工業(yè)中主要運用于車(chē)門(mén)鑄造，隨著(zhù)壓鑄技術(shù)的進(jìn)步，已可以制造出形狀復雜的薄壁鎂合金車(chē)身零件，如前/后擋板、儀表盤(pán)和方向盤(pán)等。
5.高強度纖維復合材料
20世紀80年代后期，復合材料車(chē)身外覆件得到大量的應用和推廣，如發(fā)動(dòng)機罩、翼子板、車(chē)門(mén)和頂蓬等，甚至出現了全復合材料的轎車(chē)車(chē)身。用復合材料作為汽車(chē)車(chē)身外覆件，無(wú)論從設計還是生產(chǎn)制造、應用都已成熟，并已從外覆件的使用向內飾件和結構件方向發(fā)展。
新材料與新工藝是相輔相成的，汽車(chē)工業(yè)正在開(kāi)發(fā)新的制造方法并對傳統的工藝進(jìn)行更新。據有關(guān)方面預測，在今后10年中，轎車(chē)自身質(zhì)量還將減輕20%，除了大量采用復合材料和輕質(zhì)合金外，車(chē)身設計方法也將發(fā)生重大變化。
以激光焊接為代表的精量化焊接生產(chǎn)方式用一種新的技術(shù)理念促進(jìn)了汽車(chē)焊接技術(shù)的進(jìn)步。此外，一些新的連接方法也率先在汽車(chē)制造中獲得應用。如變極性MIG／MAG焊接方法、激光-電弧復合焊接方法、磁脈沖焊接方法、膠接和機械連接方法等都已開(kāi)始成功地應用在各類(lèi)新車(chē)型的制造中。焊接機器人技術(shù)的應用
汽車(chē)制造的批量化、高效率和對產(chǎn)品質(zhì)量一致性的要求，使機器人生產(chǎn)方式在汽車(chē)焊接中獲得了大量應用。焊接機器人是本體獨立、動(dòng)作自由度多、程序變更靈活、自動(dòng)化程度高和柔性程度極高的焊接設備。具有重復精度高、焊接質(zhì)量好、運動(dòng)速度快和動(dòng)作穩定可靠等特點(diǎn)，焊接機器人是焊接設備柔性化的最佳選擇。焊接設備作為焊裝生產(chǎn)線(xiàn)的重要組成部分，是否采用焊接機器人是焊裝生產(chǎn)線(xiàn)柔性程度的重要標志之一。
在國內，點(diǎn)焊機器人上所配備的焊鉗均為氣動(dòng)焊鉗，焊接時(shí)沖擊力較大。當工件的重復精度較差、電極處于板材邊緣時(shí)，焊鉗易打滑并損壞被焊工件。而在國外，機器人用焊鉗已逐步采用伺服焊鉗，這種焊鉗的開(kāi)閉由伺服電機控制，每個(gè)焊點(diǎn)的焊接周期可大幅度降低。電極壓緊力可實(shí)現無(wú)級調節，焊接時(shí)可減少碰撞變形和噪音，并能實(shí)現精確控制，提高焊接質(zhì)量。
另外，從兩種焊鉗的時(shí)間壓力曲線(xiàn)比較中可以看出：電極壓力由0升高到100%焊接所需壓力值，伺服驅動(dòng)系統比汽缸驅動(dòng)系統快5倍。設置好的壓力值在焊接過(guò)程中不再變化，從而保證很高的焊接質(zhì)量。
焊接技術(shù)的應用及發(fā)展趨勢
1. 電阻焊的節能及控制技術(shù)
目前，電阻焊機大量使用交流50Hz的單相交流電源，容量大、功率因數低。發(fā)展三相中頻電阻焊機、三相次級整流接觸焊機和IGBT逆變電阻焊機，可以解決電網(wǎng)不平衡和提高功率因數的問(wèn)題。在標準焊接電流的條件下中頻點(diǎn)焊機按設置的焊接電流無(wú)飛濺。焊接電流小、電極發(fā)熱量小，延長(cháng)了電極使用時(shí)間，同時(shí)可進(jìn)一步節約電能，利于實(shí)現參數的微機控制。由于焊接回路小型輕量化還可進(jìn)一步減輕設備重量。
2. 氣體保護焊接技術(shù)
(1)表面張力過(guò)渡波形控制技術(shù)：用2個(gè)電流脈沖完成1個(gè)熔滴過(guò)渡，第1個(gè)脈沖形成熔滴直至熔滴與工件短路；第2個(gè)脈沖是1個(gè)短時(shí)窄脈沖并不斷檢測di/dt，同時(shí)控制電流脈沖值，以產(chǎn)生適當的電磁收縮力，使熔滴頸部收縮，靠熔池表面張力拉斷，完成1個(gè)熔滴過(guò)渡而不產(chǎn)生飛濺。
(2)逆變電源波形控制技術(shù)：利用逆變電源良好的動(dòng)特性和可控性，采用波形控制，在短路階段初期抑制電流上升，以減少大顆粒飛濺，并利于熔滴在熔池鋪開(kāi)；當熔滴在熔池鋪開(kāi)后，使電流迅速上升，以加速形成縮頸，使小橋爆斷時(shí)飛濺減少。
(3)氬弧焊新技術(shù)：氬弧焊有非熔化極和熔化極兩種，均用于汽車(chē)工業(yè)有色金屬和高合金鋼焊接中。為改善CO2氣體保護焊的成形和減少飛濺，采用加入80%或20%Ar的混合氣體保護焊。3. 激光和電弧復合熱源焊接
由于激光焊接成本較高，因此以激光為核心的復合熱源焊接技術(shù)孕育而生?，F在研究最多、應用最廣的是激光-電弧復合熱源焊接技術(shù)，主要目的是有效利用電弧熱源，在較小的激光功率條件下獲得較大熔深，同時(shí)提高激光焊接對焊縫間隙的適應性，實(shí)現高效率、高質(zhì)量的焊接過(guò)程。哈爾濱焊接研究所在該方面的研究做了大量的工作，這一新型焊接技術(shù)，目前研究工作主要集中在這種焊接方法的工藝特點(diǎn)上，對于激光+電弧復合熱源焊接時(shí)激光與電弧的相互作用機理、焊接熱源的特性等課題有待于從理論上進(jìn)一步研究。
汽車(chē)工業(yè)焊接總體發(fā)展趨勢
1.發(fā)展焊接機器人自動(dòng)化柔性生產(chǎn)系統
從目前發(fā)展來(lái)看，自動(dòng)化柔性生產(chǎn)系統是汽車(chē)焊接的發(fā)展趨勢，而工業(yè)機器人因其自動(dòng)化和靈活性在轎車(chē)生產(chǎn)中得到大規模使用。在焊接方面，主要使用的是六自由度點(diǎn)焊機器人和弧焊機器人。且機器人具有焊鉗儲存庫，可根據焊裝部位的不同要求或焊裝產(chǎn)品的變更，自動(dòng)從儲存庫抓換所需焊鉗。傳輸裝置則已發(fā)展為采用無(wú)人駕駛的更具柔性化的感應導向小車(chē)。
2.發(fā)展輕便組合式智能自動(dòng)焊機
近年來(lái)，國內的汽車(chē)制造廠(chǎng)都非常重視焊接的自動(dòng)化。如一汽引進(jìn)的捷達車(chē)身焊裝車(chē)間的13條生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化率達80%以上。各條線(xiàn)都由計算機(可編程控制器PLC-3)控制，自動(dòng)完成工件的傳送和焊接。機器人的動(dòng)作采用點(diǎn)到點(diǎn)的序步軌跡，具有很高的焊接自動(dòng)化水平，既改善了工作條件，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，又降低材料消耗。
3.發(fā)展計算機與信息技術(shù)
隨著(zhù)計算機與信息技術(shù)的工業(yè)應用，促進(jìn)了傳統的焊接生產(chǎn)向“精量化”的制造方式轉變。
基于虛擬現實(shí)建模的機器人焊接過(guò)程仿真技術(shù)提供了關(guān)于工件、夾具和機器人焊槍姿態(tài)的三維信息，已大量地應用于焊接過(guò)程策劃、工藝參數優(yōu)化以及焊接夾具設計等各個(gè)環(huán)節。對加快焊接程序的編制、縮短現場(chǎng)調試時(shí)間及焊接過(guò)程位置信息的準確獲取具有重要應用價(jià)值。同時(shí)，仿真技術(shù)也運用于焊縫質(zhì)量的評估及焊后的應力與變形預測。在新車(chē)型設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(guò)對接頭的仿真作出適用性評價(jià)。
以計算機和信息技術(shù)為平臺的焊接生產(chǎn)過(guò)程信息系統對汽車(chē)焊接生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量分析與優(yōu)化、企業(yè)的管理與決策有著(zhù)非常重要的意義。
總之，通過(guò)大力開(kāi)發(fā)高效節能的焊接新技術(shù)、新材料、新工藝和新設備、應用機器人技術(shù)，輕便靈巧的智能設備及計算機和信息技術(shù)，汽車(chē)工業(yè)必將取得更大的進(jìn)步。