焊接是現代機械制造業(yè)中一種必要的工藝方法，在汽車(chē)制造中得到廣泛的應用。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，焊接新工藝、新材料、新方法不斷運用在汽車(chē)制造中，鍍層鋼板、輕金屬材料的焊接問(wèn)題，高分子材料、復合材料、異種材料、特種材料對汽車(chē)焊接提出了新的挑戰。而汽車(chē)焊接過(guò)程中的機器人與自動(dòng)化技術(shù)使汽車(chē)焊接面貌大為改觀(guān)。

汽車(chē)焊接新技術(shù)或新用途

激光焊接技術(shù)

激光技術(shù)采用偏光鏡反射激光產(chǎn)生的光束使其集中在聚焦裝置中產(chǎn)生巨大能量的光束，如果焦點(diǎn)靠近工件，工仵就會(huì )在幾毫秒內熔化和蒸發(fā)，這一效應可用于焊接工藝。激光焊接設備的關(guān)鍵是大功率激光器，主要有兩大類(lèi)，一類(lèi)是固體激光器，又稱(chēng)Nd:YAG激光器。Nd（釹）是一種稀土族元素，YAG代表釔鋁柘榴石，晶體結構與紅寶石相似。Nd:YAG激光器波長(cháng)為1.06mm，主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的光束可以通過(guò)光纖傳送，因此可以省去復雜的光束傳送系統，適用于柔性制造系統或遠程加工，通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車(chē)工業(yè)常用輸出功率為3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一類(lèi)是氣體激光器，又稱(chēng)CO2激光器，分子氣體作工作介質(zhì)，產(chǎn)生平均為10.6mm的紅外激光，可以連續工作并輸出很高的功率，標準激光功率在2-5千瓦之間。

激光焊接的特點(diǎn)是被焊接工件變形極小，幾乎沒(méi)有連接間隙，焊接深度/寬度比高，因此焊接質(zhì)量比傳統焊接方法高。但是，如向保證激光焊接的質(zhì)量，也就是激光焊接過(guò)程監測與質(zhì)量控制是一個(gè)激光利用領(lǐng)域的重要內容，包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器，通過(guò)電子計算機處理，針對不同焊接對象和要求，實(shí)現諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫質(zhì)量監測等項目，通過(guò)反饋控制調節焊接工藝參數，從而實(shí)現自動(dòng)化激光焊接。汽車(chē)工業(yè)中，激光技術(shù)主要用于車(chē)身拼焊、焊接和零件焊接。

塑料焊接技術(shù)

超聲波塑焊是將高頻率機械振動(dòng)通過(guò)工件傳到接口部分，使分子加速運動(dòng)。分子摩擦轉換成熱量使接口處塑料溶化，從而使兩個(gè)焊件以分子聯(lián)接方式真正結合為一體。因為這種分子運動(dòng)是在瞬間完成的，所以絕大部分的超聲波塑焊可以0.25～0.5s內完成。超聲波塑焊適用于焊接面積較小，結構規則和熱塑性的塑料件。

振動(dòng)摩擦塑料焊接技術(shù)是使工件在加壓的狀況下相互摩擦，能量沿熔接部位傳導，并且在特別設計的部位使塑膠因摩擦生熱而溶化，溶化時(shí)段過(guò)后在繼續加壓的狀態(tài)下冷卻固化，固化后的接口強度與本體塑膠強度相當。

Branson塑料焊接技術(shù)已被成功地運用于汽車(chē)保修杠、儀表板和儀表盤(pán)、剎車(chē)顯示燈、方向指示器、汽車(chē)門(mén)板以及其他與發(fā)動(dòng)機有關(guān)的零部件制造工業(yè)中。近年來(lái)，原先許多傳統使用金屬的零部件也開(kāi)始用塑料代替，如進(jìn)氣管，儀表指針，散熱器加固，油箱，過(guò)濾器等。振動(dòng)摩擦焊接適用于焊接面積較大，結構復雜的工件，而且對塑料類(lèi)型沒(méi)有特殊要求。

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)展三相低頻電阻焊機、三相次級整流接觸焊機(已在普通型點(diǎn)焊機、縫焊機、凸焊機中應用)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。同時(shí)還可進(jìn)一步節約電能，利于實(shí)現參數的微機控制，可更好地適用于焊接鋁合金、不銹鋼及其他難焊金屬的焊接。另外還可進(jìn)一步減輕設備重量。

西南交通大學(xué)針對一工廠(chǎng)鋁合金車(chē)圈對焊研制成車(chē)圈焊接PLC(可編程控制器)智能控制器，對原機進(jìn)行了改造，解決了鋁合金車(chē)圈的焊接質(zhì)量問(wèn)題，提高了焊接生產(chǎn)率。后又同一工廠(chǎng)研制了PLC縫焊控制器，解決了對一般清理要求制件的縫焊問(wèn)題。通過(guò)這兩項控制器的研制，證明了PLC比單片微機控制器抗干擾能力強，可靠性高；比工控機控制器體積小、成本低，使用通用的單相工頻交流電阻焊機完成了高難度的對焊及縫焊工作。

等離子焊（PAW）

像TIG焊接工藝一樣，PAW焊接機器人的應用是很少的。這種生產(chǎn)是用于汽車(chē)燃油箱的焊接，使用的是不同的焊接工藝像TIG-電阻點(diǎn)焊和等離子焊等，等離子的焊接工藝應用在油箱的兩個(gè)半圓邊緣的焊接。許多行業(yè)對等離子焊接工藝的進(jìn)一步發(fā)展非常感興趣，具體的開(kāi)發(fā)將會(huì )集中在開(kāi)發(fā)很高的等離子密度和用于等離子焊槍的重新設計上。

氬氣保護的等離子焊接切割早已在各行業(yè)應用，主要用于合金鋼和有色金屬加工。目前空氣等離子切割已普遍應用于一般鋼鐵和有色金屬的切割，國內鐵路客車(chē)廠(chǎng)引進(jìn)了水下等離子切割，以減少變形和提高精度。發(fā)動(dòng)機氣閥體早已采用填充圈等離子焊接。近十幾年來(lái)粉末等離子堆焊有很大發(fā)展，可進(jìn)行小熔合比的薄層料精細堆焊，能堆焊各種特種合金表面。

TCP自動(dòng)校零技術(shù)

焊接機器人的工具中心點(diǎn)就是焊槍的中心點(diǎn)，TCP（toolcenterpoint工具中心點(diǎn)）的零位精度直接影響著(zhù)焊接質(zhì)量的穩定性。但在實(shí)際生產(chǎn)中不可避免會(huì )發(fā)生焊槍與夾具之間的碰撞等不可預見(jiàn)性因素導致TCP位置偏離。通常的做法是利用手動(dòng)進(jìn)行機器人TCP校零，但一般全過(guò)程需要30分鐘才能完成，影響生產(chǎn)效率。TCP自動(dòng)校零是用在機器人焊接中的一項新技術(shù)，它的硬件設施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當焊槍以不同姿態(tài)經(jīng)過(guò)TCP支座時(shí)，激光傳感器都將記錄下的數據傳遞到CPU與最初設定值進(jìn)行比較與計算。當TCP發(fā)生偏離時(shí)，機器人會(huì )自動(dòng)運行校零程序，自動(dòng)對每根軸的角度進(jìn)行調整，并在最少的時(shí)間內恢復TCP零位。目前在波羅后橋及帕薩特副車(chē)架的機器人焊接生產(chǎn)線(xiàn)上均采用了該技術(shù)，大大方便了設備調整，節約了調整時(shí)間，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)

焊接機器人缺少對工件的自適應能力，效果比較好的是用激光視覺(jué)傳感器系統，它能夠自動(dòng)識別焊縫位置，在空間中尋找和跟蹤焊縫、尋找焊縫起、終點(diǎn)，實(shí)現焊槍跟隨焊縫位置自適應控制。但這種方法不太適合轎車(chē)底盤(pán)零件的焊接，因轎車(chē)底盤(pán)零件機器人系統的夾具允許機器人工作空間范圍很小，根本不允許焊槍頭上再有附帶激光跟蹤頭焊接。為此僅可使用的焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)為電弧電壓跟蹤傳感，該系統具有尋找焊縫起始點(diǎn)、終點(diǎn)以及弧長(cháng)參考點(diǎn)，焊接過(guò)程中根據弧長(cháng)的變化，用電弧傳感器控制電壓自適應控制。這種方法也只能應用于角接接頭形式，對于轎車(chē)底盤(pán)零件大量的薄板搭接焊縫，因無(wú)法尋找弧長(cháng)參考點(diǎn)也無(wú)法應用。

汽車(chē)焊接新材料

為了實(shí)現汽車(chē)的輕量化，提高汽車(chē)安全性能，高強度鋼板在汽車(chē)中的應用正在逐年增加，現今出現了新一代的高強度鋼板材料—超細晶粒鋼。該鋼種主要指在經(jīng)濟指標進(jìn)一步提高的基礎上，鋼鐵材料的強度、韌性比現有的鋼材提高一倍。新一代超細晶粒鋼在組織結構上具有超細晶粒、高潔凈度、高均勻度的特性。在對新一代鋼鐵的研究上，我國與國際水平并沒(méi)有什么差距，幾乎是同時(shí)起步，同日、韓兩國共處世界的領(lǐng)先地位。

SMC國際超合金集團焊接產(chǎn)品公司開(kāi)發(fā)的NI-RODㄌ畛浣鶚羰悄?鐵-錳系的填充金屬，它是第一種成功地應用于這類(lèi)異種焊接的耗材，并且它的衍生產(chǎn)品NI-ROD?HT可以適用于日益升高的發(fā)動(dòng)機溫度。同時(shí)，使用這一類(lèi)鎳基耗材不但使生產(chǎn)成本降低，并且在降低廢氣泄漏率和排放水平以及降低噪音方面都取得了新的進(jìn)展，因此成為優(yōu)化汽車(chē)鑄鐵排氣系統制作的特種焊接材料。直到十九世紀90年代，NI-ROD(r)填充金屬一直是西歐和北美等國家汽車(chē)排氣裝置生產(chǎn)時(shí)，鑄鐵和不銹鋼之間焊接所選擇的焊接耗材。

但是，現代汽車(chē)為提高燃料燃燒效率而提高了發(fā)動(dòng)機工作溫度，結果使得排氣歧管的溫度超過(guò)了750℃，并產(chǎn)生了一種新的熱影響區開(kāi)裂方式。由于密集網(wǎng)狀二次石墨沉淀、氧化環(huán)境以及熱循環(huán)導致的循環(huán)應力的綜合作用，這種裂紋出現在沿著(zhù)熱影響區的熔合線(xiàn)上。這種現象已經(jīng)被定義為應力加速的氧化作用（SAO）。當排氣歧管裝配到汽車(chē)發(fā)動(dòng)機上，隨著(zhù)重復的發(fā)動(dòng)機操作，馬氏體將被回火而且馬氏體和滲碳體都會(huì )被溶解并重新作為二次石墨沉淀出來(lái)。二次石墨越多產(chǎn)生SAO裂紋的可能性越高。

汽車(chē)焊接走向智能化

機器人焊接

機器人焊接目前已廣泛應用在汽車(chē)制造業(yè)，汽車(chē)底盤(pán)、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接，尤其在汽車(chē)底盤(pán)焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。豐田公司已決定將點(diǎn)焊作為標準來(lái)裝備其日本國內和海外的所有點(diǎn)焊機器人。用這種技術(shù)可以提高焊接質(zhì)量，因而甚至試圖用它來(lái)代替某些弧焊作業(yè)。在短距離內的運動(dòng)時(shí)間也大為縮短。該公司最近推出一種高度低的點(diǎn)焊機器人，用它來(lái)焊接車(chē)體下部零件。這種矮小的點(diǎn)焊機器人還可以與較高的機器人組裝在一起，共同對車(chē)體上部進(jìn)行加工，從而縮短了整個(gè)焊接生產(chǎn)線(xiàn)長(cháng)度。

國內生產(chǎn)的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車(chē)架、搖臂、懸架、減振器等轎車(chē)底盤(pán)零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件，主要構件采用沖壓焊接，板厚平均為1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質(zhì)量要求相當高，其質(zhì)量的好壞直接影響到轎車(chē)的安全性能。應用機器人焊接后，大大提高了焊接件的外觀(guān)和內在質(zhì)量，并保證了質(zhì)量的穩定性和降低勞動(dòng)強度，改善了勞動(dòng)環(huán)境。

自動(dòng)化焊接

縱觀(guān)整個(gè)汽車(chē)工業(yè)的焊接現狀，不難分析出汽車(chē)工業(yè)的焊接發(fā)展趨勢為：發(fā)展自動(dòng)化柔性生產(chǎn)系統。而工業(yè)機器人，因集自動(dòng)化生產(chǎn)和靈活性生產(chǎn)特點(diǎn)于一身，故轎車(chē)生產(chǎn)近年來(lái)大規模、迅速地使用了機器人。在焊接方面，主要使用的是點(diǎn)焊機器人和弧焊機器人。焊接生產(chǎn)線(xiàn)要高度自動(dòng)化，廣泛采用6自由度的機器人，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)。國內汽車(chē)焊接水平與國外相比差距很大。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。