汽车焊接技术现状及发展趋势

汽车焊接技术现状及发展趋势

【字体：大中小】时间：2014-11-17 10:46:35 点击次数：15次

图1 采用激光焊接顶蓬消除了表面凹凸、省去了镶边

车身的焊装质量直接决定着后面工序的质量，车身的装配质量不良，不仅影响整车外观，还会导致漏雨、风噪、路噪和车门关闭障碍的发生，所以，焊接应该引起足够重视。

汽车工业中，焊接是汽车零部件与车身制造中的一个关键环节，起着承上启下的特殊作用，同时，汽车产品的车型众多、成形结构复杂、零部件生产专业化、标准化以及汽车制造在质量、效率和成本等方面的综合要求，都决定了汽车焊接加工是一个多学科、跨领域和技术集成性强的生产过程。在目前汽车零部件及白车身的制造中，主要的焊接方法有电阻点焊、CO2气体保护焊和激光焊，另外也有采用氩弧焊、电子束焊等。

焊接技术的特点

焊接是汽车制造过程中一项重要的环节。汽车的白车身、发动机和变速箱等都离不开焊接技术的应用。在以“钢结构”为主的汽车车身的焊接加工中，汽车焊接又有不同于其他产品焊接的要求：

1. 对焊接件的尺寸精度要求高

为了保证产品的装配精度和尺寸稳定性，要求尽可能减少薄板件在焊前的精度偏差和焊后的热应力与变形。

2. 对焊缝接头的性能要求高

焊接接头不仅要满足静态和动态的力学性能指标，而且有苛刻的低周疲劳性能要求。

3. 对批量焊接生产品质高且一致性好的要求

4. 对焊接生产过程高节拍、高效率的要求

5. 对“零缺陷”的质量控制与保证，提出了自动化焊接过程的监测与信息化管理的要求

图2 机器人焊接生产线

近几年来，汽车工业在焊接新技术的应用及推广方面起了积极的推动作用。针对汽车产品“更轻、更安全、性能更好且成本更低”的发展目标，当前的汽车焊接技术正在传统的材料连接概念与方法的基础上迅速地延伸和拓展，并向先进的“精量化焊接制造”的方向发展。

主要焊接方法

汽车制造业是焊接应用最广的行业之一，其中主要的焊接方法如下：

1. 电阻焊

电阻焊是工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法，目前广泛应用于汽车制造中。

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及分流等。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，导致焊接质量的稳定性和一致性较差。因此，电阻点焊控制技术显得尤为重要。目前，控制模式已由单模式控制发展为多模式控制，调节参量已由初始的单变量调节发展为多变量调节，在焊接过程中可同时对焊接电流、焊接时间和焊接压力进行调节。

2. 气体保护焊

用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。CO2气体保护焊作为一种高效的焊接方法，以其焊接变形小和焊接成本低的特点，在我国汽车业获得了广泛的运用。但CO2气体保护焊在实际应用中还存在一些问题：以CO2气保焊中应用最为广泛的短路过渡形式为例，电弧电压、焊接电流或焊接回路电感匹配不当，或焊丝干伸长度不合适，都可能造成焊接电弧不稳定、飞溅以及未焊透等，对焊缝成形、焊缝的机械性能有较大影响。另外，短路过渡焊接时对焊接电源的动特性要求很高。如果选型错误，稳定焊接电弧的参数范围狭窄，会影响焊接的质量。

3. 激光焊

激光焊是利用激光器受激产生的激光束，通过聚焦系统并调焦到焊件接头处，将光能转换为热能，使金属熔化形成接头。与传统的点焊相比，激光焊接在焊接精度、效率、可靠性、自动化、轻量化和降低成本等方面都具有无可比拟的优越性。激光焊接被认为是21世纪最有发展前景的制造技术之一。

图3 伺服电机驱动焊钳与气动焊钳

激光焊接设备的关键是大功率激光器，目前主要有两大类，一类是固体激光器，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，适用于柔性制造系统或远程加工。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，以分子气体作工作介质，可以连续工作并输出很高的功率。

汽车工业中，激光技术主要用于车身拼焊和零件焊接，例如顶蓬与侧围的焊接（见图1）。但激光焊接要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。否则很容易造成焊接缺陷。

以激光焊接为代表的精量化焊接生产方式用一种新的技术理念促进了汽车焊接技术的进步。此外，一些新的连接方法也率先在汽车制造中获得应用。如变极性MIG／MAG焊接方法、激光-电弧复合焊接方法、磁脉冲焊接方法、胶接和机械连接方法等都已开始成功地应用在各类新车型的制造中。

焊接材料的应用及发展趋势

随着车身向着轻量化方向发展，车身材料的轻量化及车身金属材料的非金属化是必然趋势。未来车身材料仍以钢板为主，但是一些复合材料将得到广泛应用。

1. 镀锌钢板

随着汽车工业发展，为了提高车体使用寿命和增强车体材料的抗腐性能，镀锌钢板得到广泛使用。由于在目前汽车车身制造中，主要采用电阻点焊方法，与无镀层钢板相比，镀锌钢板的点焊过程中还存在一些问题：先于钢板熔化的锌层形成锌环而分流，致使焊接电流密度减小；锌层表面烧损、污染电极而使电极寿命降低；锌层电阻率低，接触电阻小；容易产生焊接飞溅、裂纹及气孔等缺陷。

2. 高强度钢板

为了实现汽车轻量化，提高汽车安全性能，高强度钢板的应用正逐年增加。目前高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板及冷轧双相钢板等。

（1）含磷高强度冷轧钢板：具有较高强度，良好的强度和塑性平衡，良好的耐腐蚀性及点焊性能；主要用于侧围、车门、顶蓬和行李箱盖。

（2）烘烤硬化冷轧钢板：这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之一。

（3）冷轧双相钢板：主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等。

3. 铝合金

与汽车钢板相比，铝合金具有密度小、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形和可回收再生等优点，技术成熟。汽车工业中也逐渐在使用铝合金材料的零部件。但铝合金焊接目前还存在线膨胀系数大，产生的热应力较大，易出现气孔从而导致铝合金焊接接头的强度降低的缺点。

4. 镁合金

镁的密度仅为钢材密度的35％。它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，尺寸稳定性好，因此，在汽车工业中得到了广泛的应用。目前，镁合金在汽车工业中主要运用于车门铸造，随着压铸技术的进步，已可以制造出形状复杂的薄壁镁合金车身零件，如前/后挡板、仪表盘和方向盘等。

5. 高强度纤维复合材料

20世纪80年代后期，复合材料车身外覆件得到大量的应用和推广，如发动机罩、翼子板、车门和顶蓬等，甚至出现了全复合材料的轿车车身。用复合材料作为汽车车身外覆件，无论从设计还是生产制造、应用都已成熟，并已从外覆件的使用向内饰件和结构件方向发展。

图4 激光-电弧复合热源焊接