汽车制造中焊接技术现状及发展趋势.

焊接是现代机械制造业中一种必要的工艺方法,在汽车制造中得到广泛的应用。汽车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术

的应用。在汽车零部件的制造中,点焊、凸焊、缝焊、滚点(凸焊、焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊、钎焊、摩擦焊、电子束焊和激光焊等各种焊接

方法中,由于点焊、气体保护焊、钎焊具有生产量大,自动化程度高,高速、低耗、焊接变形小、易操作的特点,所以对汽车车身薄板覆盖零部件特别适合,因此,在汽车生产中应用最多。在投资费用中点焊约占75%,其它焊接方法只占25%。

1 汽车工业所用的焊接方法及零部件的应用情况

汽车制造业是焊接应用面最广的行业之一,所用的焊接方法也种类繁多,其应用情况如下:

1.1 电阻焊

(1点焊主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等。

(2多点焊用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖和行李箱盖等。

(3凸焊及滚凸焊用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支

架等。

(4缝焊用于车身顶盖雨檐、减震器封头、油箱、消声器和机油盘等。

(5对焊用于钢圈、排进气阀杆、刀具等。

1.2 电弧焊

(1CO2保护焊用于车箱、后桥、车架、减震器阀杆、横梁、后桥壳管、传动

轴、液压缸和千斤顶等的焊接。

(2氩弧焊用于机油盘、铝合金零部件的焊接和补焊。

(3焊条电弧焊用于厚板零部件如支架、备胎架、车架等。

(4埋弧焊用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等。

1.3 特种焊

(1摩擦焊用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等。

(2电子束焊用于齿轮、后桥等。

(3激光焊割用于车身底板、齿轮、零件下料及修边等。

1.4 氧乙炔焊

用于车身总成的补焊。

1.5 钎焊

用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接。

2 电阻点(凸焊工艺及质量控制技术现状及发展趋势

电阻焊工艺是一种高效的焊接方法,广泛应用于汽车制造中。其应用场合主要

有白车身、储气筒、油底壳、减震器等焊接总成等。例如,在一辆Passat车身上有电阻焊焊点5892个。

目前,汽车制造厂商所采用的阻焊设备的次级输出主要以工频交流和直流两种,其额定功率一般在63KVA以上,最高的达400KVA或更高,电能消耗较大;阻焊控制器大部分为天津陆华科技开发公司生产的WDK或HW系列控制器和少量的KD7和KD9型控制器。对KD7型控制器而言,其控制精度较差,WDK或HW系列控制器对电流的控制精度较高,约为±3%,同时具备了多脉冲焊接功能,基本能满足低碳钢或镀锌板的焊接。

在点焊过程中,影响焊点质量的因素有:焊接电流,焊接压力,电极的端面形状,穿过电极的铁磁性物质,分流等;特别在阻焊设备较多的焊接车间,同时工作的焊机相互

感应,对电网产生影响,严重时就会影响控制器的触发,导致焊接质量的稳定性和一致性较差。

在汽车制造中焊接质量的优劣是制造商和用户共同关注的焦点,焊接质量主要依靠焊接设备来保证,对车身点焊而言,主要由控制器保证设定焊接参数在一定的波

动范围内,从而获得稳定的焊点质量。以恒流控制方式为的国产控制器基本能满足

软钢和镀锌的焊接,但其控制精度还需进一步提高,对焊接电流的控制仍是开环控制,随工况的变化,焊点质量的一致性很难保证。

为获得可靠的焊接质量,焊接检验必不可少,在车身制造中,焊点检测方法采用非破坏性抽样检查,可能开焊的焊点未被检查出来,严重影响了产品质量。如果能保证

焊点的100%合格,每台车身可减少焊点数量约200点,即可节约成本约80元。因此,点(凸焊质量的在线检测与控制技术对保证点(凸焊质量的可靠性和一致性非常重要,该项技术受到国内外学者的广泛关注和研究。实时监控的方法很多,但能应用于实际生产的并不常见。

点焊质量控制技术的发展趋势:

1 控制模式,已由单模式控制发展为多模式控制,动态电阻监控,动态电极位移监控都是实现这种多控制的综合模式,动态电阻差值与动态电阻变化速率相综合;最大位移与位移速度相综合。

2 控制方法,由一种监控方法发展为多种监控方法进行决策对点焊过程及质量的

控制趋势。

3 调节参量,已由初始的单变量调节(焊接时间或焊接电流发展为多变量调节,在焊接过程中同时对焊接电流、焊接时间和焊接压力进行调节。

在控制决策上,已由常规的控制决策方式(由被控制参数的偏差值通过查表确定

控制参数的调节量向人工智能(神经网络、模糊逻辑等决策方式发展。

点焊和逢焊电极的使用寿命直接影响着汽车制造成本和焊接质量,在镀层钢板的焊接中尤其严重。点焊电极材料主要包括:铬锆铜、弥散强化铜、铍青铜等。弥

散强化铜合金材料,其常温和高温硬度、导电率均优于铬锆铜材料。采用弥散强化

铜电极其使用寿命是铬锆铜电极的2-4倍。但其成本高于铬锆铜材料。在国内汽车

制造厂主要采用铬锆铜电极,有少部分合资公司采用弥散强化铜电极。但主要依赖

进口。为了提高电极的使用寿命,国内外学者正在研究涂层电极的应用,据报道其使用寿命与常用的铬锆铜电极相比可提高5-6倍,并且成本也较低。

目前电阻焊机大量使用交流50Hz的单相交流电源,容量大、功率因数低。发展三相低频电阻焊机、三相次级整流焊机(已在普通型点焊机、缝焊机、凸焊机中应

用和IGBT逆变电阻焊机,可以解决电网不平衡和提高功率因数的问题。同时还可

进一步节约电能,利于实现参数的微机控制,可更好地适用于焊接铝合金、不锈钢及

其他难焊金属的焊接。另外还可进一步减轻设备重量。

由于国产的逆变点焊机的性能还不能满足使用要求,现在,国内的逆变点焊机主要依赖进口。在卡车车身制造中,所采用的材料为08AL和镀锌板,采用常用的点焊机即可。但在轿车车身制造中,随着铝镁合金的使用量不断增加,只有采用逆变点焊机才能获得较好的点焊质量。

3 汽车制造中弧焊技术现状和发展趋势

3.1 汽车制造中弧焊技术现状

在汽车制造中,大量采用弧焊工艺,主要以MIG/MAG焊为主,焊接电源主要采用晶匝管电源和逆变电源;并针对不同的焊接结构件,采用了大量的自动化程度高的焊

接专用设备或机器人,由于制备工件坡口时存在误差和装配误差,导致坡口位置的重复精度较差,因此焊枪的行走轨迹容易偏离坡口位置,由此而造成焊缝缺陷,严重影响产品质量。例如:储气筒本体的直焊缝和与端盖连接处的环焊缝;冲焊桥壳的直缝及环缝等;目前在此类零件的自动焊接专机上,均未采用焊缝跟踪技术,因此,在实际生产中,须人工监控焊枪的位置,并根据焊枪相对坡口的偏离位置而不断地调整其位置,其可控性差,容易出现产品质量问题,并且增加了工人的劳动强度;另外,在白车身的