汽車制造中焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

    焊接是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中一種必要的工藝方法，在汽車制造中得到廣泛的應(yīng)用。汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、車橋、車架、車身、車廂六大總成都離不開(kāi)焊接技術(shù)的應(yīng)用。在汽車零部件的制造中，點(diǎn)焊、凸焊、縫焊、滾點(diǎn)(凸)焊、焊條電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊、氬弧焊、氣焊、釬焊、摩擦焊、電子束焊和激光焊等各種焊接方法中，由于點(diǎn)焊、氣體保護(hù)焊、釬焊具有生產(chǎn)量大、自動(dòng)化程度高、高速、低耗、焊接變形小、易操作的特點(diǎn)，所以特別適合汽車車身薄板覆蓋零部件的焊接，因此在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用最多。在投資費(fèi)用中點(diǎn)焊約占75%，其他焊接方法只占25%。

    汽車工業(yè)所用焊接方法及零部件的應(yīng)用情況

    1.電阻焊

    (1)點(diǎn)焊：主要用于車身總成、地板、車門、側(cè)圍、后圍、前橋和小零部件等的焊接。(2)多點(diǎn)焊：用于車身底板、載貨車車廂、車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋和行李箱蓋等的焊接。(3)凸焊及滾凸焊：用于車身零部件、減振器閥桿、制動(dòng)蹄、螺釘、螺帽和小支架等的焊接。(4)縫焊：用于車身頂蓋雨檐、減振器封頭、燃油箱、消聲器和機(jī)油盤等的焊接。(5)對(duì)焊：用于鋼圈、進(jìn)排氣閥桿、刀具等的焊接。

    2.電弧焊

    (1)CO2保護(hù)焊：用于車廂、后橋、車架、減振器閥桿、橫梁、后橋殼管、傳動(dòng)軸、液壓缸和千斤頂?shù)鹊暮附印?2)氬弧焊：用于機(jī)油盤、鋁合金零部件的焊接和補(bǔ)焊。(3)焊條電弧焊：用于厚板零部件，如支架、備胎架、車架等的焊接。(4)埋弧焊：用于半橋套管、法蘭、天然氣汽車的壓力容器等的焊接。

    3.特種焊

    (1)摩擦焊：用于汽車閥桿、后橋、半軸、轉(zhuǎn)向桿和隨車工具等的焊接。(2)電子束焊：用于齒輪、后橋等的焊接。(3)激光焊割：用于車身底板、齒輪、零件下料及修邊等的焊接。

    4.氧乙炔焊

    用于車身總成的補(bǔ)焊。

    5.釬焊

    用于散熱器、銅與鋼件、硬質(zhì)合金的焊接。

    電阻點(diǎn)(凸)焊工藝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

    1.電阻點(diǎn)(凸)焊技術(shù)現(xiàn)狀目前，汽車制造廠商所采用的阻焊設(shè)備的次級(jí)輸出主要是工頻交流和直流兩種，其額定功率一般在63kVA以上，最高的達(dá)400kVA或更高，電能消耗較大。阻焊控制器大部分為天津陸華科技開(kāi)發(fā)公司生產(chǎn)的WDK或HW系列控制器和少量的KD7和KD9型控制器。KD7型控制器，其控制精度較差；WDK或HW系列控制器對(duì)電流的控制精度較高，約為±3%，同時(shí)具備了多脈沖焊接功能，基本能滿足低碳鋼或鍍鋅板的焊接。

    在點(diǎn)焊過(guò)程中，影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素有焊接時(shí)間、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)、分流等。特別在阻焊設(shè)備較多的焊接車間，同時(shí)工作的焊機(jī)相互感應(yīng)，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)影響控制器的觸發(fā)，導(dǎo)致焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性較差。

    在汽車制造中，焊接質(zhì)量的優(yōu)劣是制造商和用戶共同關(guān)注的焦點(diǎn)，焊接質(zhì)量主要依靠焊接設(shè)備來(lái)保證。對(duì)車身點(diǎn)焊而言，主要由控制器保證設(shè)定焊接參數(shù)在一定的波動(dòng)范圍內(nèi)，從而獲得穩(wěn)定的焊點(diǎn)質(zhì)量。以恒流控制方式為主的國(guó)產(chǎn)控制器基本能滿足軟鋼和鍍鋅鋼板的焊接，但其控制精度還需進(jìn)一步提高，對(duì)焊接電流的控制仍是開(kāi)環(huán)控制，隨工況的變化其焊點(diǎn)質(zhì)量的一致性很難保證。

    為了獲得可靠的焊接質(zhì)量，焊接檢驗(yàn)必不可少。在車身制造中，焊點(diǎn)檢測(cè)方法采用非破壞性抽樣檢查，可能開(kāi)焊的焊點(diǎn)未被檢查出來(lái)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。如果能保證焊點(diǎn)100%合格，每臺(tái)車身可減少焊點(diǎn)數(shù)量約200點(diǎn)，即可節(jié)約成本約80元。

    因此，點(diǎn)(凸)焊質(zhì)量的在線檢測(cè)與控制技術(shù)對(duì)保證點(diǎn)(凸)焊質(zhì)量的可靠性和一致性非常重要，該項(xiàng)技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。實(shí)時(shí)監(jiān)控的方法很多，但能應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的并不常見(jiàn)。

    2.點(diǎn)焊質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

    (1)控制模式。由單模式控制發(fā)展為多模式控制，動(dòng)態(tài)電阻監(jiān)控、動(dòng)態(tài)電極位移監(jiān)控都是實(shí)現(xiàn)這種控制的綜合模式，即動(dòng)態(tài)電阻差值與動(dòng)態(tài)電阻變化速率相綜合；最大位移與位移速度相綜合。

    (2)控制方法。由一種監(jiān)控方法發(fā)展為多種監(jiān)控方法。

    (3)調(diào)節(jié)參量。由初始的單變量調(diào)節(jié)(焊接時(shí)間或焊接電流)發(fā)展為多變量調(diào)節(jié)，即在焊接過(guò)程中同時(shí)對(duì)焊接電流、焊接時(shí)間和焊接壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

    (4)在控制決策上，已由常規(guī)的控制決策方式(由被控制參數(shù)的偏差值通過(guò)查表確定其控制參數(shù)的調(diào)節(jié)量)向人工智能(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等)決策方式發(fā)展。

    點(diǎn)焊和縫焊電極的使用壽命直接影響著汽車制造成本和焊接質(zhì)量，在鍍層鋼板的焊接中尤其嚴(yán)重。點(diǎn)焊電極材料主要包括：鉻鋯銅、彌散強(qiáng)化銅、鈹青銅等。彌散強(qiáng)化銅合金材料，其常溫和高溫硬度、導(dǎo)電率均優(yōu)于鉻鋯銅材料。采用彌散強(qiáng)化銅電極其使用壽命是鉻鋯銅電極的2～4倍。但其成本高于鉻鋯銅材料。在國(guó)內(nèi)，汽車制造廠主要采用鉻鋯銅電極，有少部分合資公司采用彌散強(qiáng)化銅電極，且依賴進(jìn)口。為了提高電極的使用壽命，國(guó)內(nèi)外學(xué)者正在研究涂層電極的應(yīng)用，據(jù)報(bào)道其使用壽命與常用的鉻鋯銅電極相比可提高5～6倍，并且成本也較低。

    目前，電阻焊機(jī)大量使用交流50Hz的單相交流電源，其容量大、功率因數(shù)低。發(fā)展三相低頻電阻焊機(jī)、三相次級(jí)整流焊機(jī)(已在普通型點(diǎn)焊機(jī)、縫焊機(jī)、凸焊機(jī)中應(yīng)用)和IGBT逆變電阻焊機(jī)，可以解決電網(wǎng)不平衡和提高功率因數(shù)的問(wèn)題。同時(shí)還可進(jìn)一步節(jié)約電能，利于實(shí)現(xiàn)參數(shù)的微機(jī)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(shè)備質(zhì)量。

    目前，由于國(guó)產(chǎn)逆變點(diǎn)焊機(jī)的性能還不能滿足使用要求，因此國(guó)內(nèi)所用逆變點(diǎn)焊機(jī)主要依賴于進(jìn)口。在載貨車車身制造中，所采用的材料為08Al和鍍鋅板，采用常用的點(diǎn)焊機(jī)即可。但在轎車車身制造中，隨著鋁鎂合金的使用量不斷增加，只有采用逆變點(diǎn)焊機(jī)才能獲得較好的點(diǎn)焊質(zhì)量。

    弧焊技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

    1.弧焊技術(shù)現(xiàn)狀在汽車制造中，大量采用弧焊工藝，主要以MIG/MAG焊為主。焊接電源主要采用晶閘管電源和逆變電源，并針對(duì)不同的焊接結(jié)構(gòu)件，采用大量自動(dòng)化程度較高的焊接方法。但由于焊接坡口位置的重復(fù)精度較差，焊槍的行走軌跡容易偏離坡口位置，因此造成焊縫有缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。例如，儲(chǔ)氣筒本體的直焊縫和與端蓋連接處的環(huán)焊縫；沖焊橋殼的直縫及環(huán)縫等。目前，在此類零件的自動(dòng)焊接專機(jī)上，均未采用焊縫跟蹤技術(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中須人工監(jiān)控焊槍的位置，并根據(jù)焊槍相對(duì)坡口的偏離位置而不斷地調(diào)整其位置，其可控性差，容易出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，且增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。另外，在白車身的裝焊中，由于車身總成的重復(fù)精度較差，車身焊裝線上的弧焊機(jī)器人的焊槍通過(guò)示教編程后，在生產(chǎn)中很容易偏離焊接位置，從而產(chǎn)生焊接缺陷。通過(guò)采用焊縫跟蹤技術(shù)，減少焊接缺陷，提高焊縫質(zhì)量和生產(chǎn)效率，且降低成本。

    目前，焊縫跟蹤形式有機(jī)械跟蹤、電弧跟蹤、CCD攝像，激光跟蹤等方法。機(jī)械跟蹤方法較容易實(shí)現(xiàn)，精度相對(duì)較低；電弧跟蹤，CCD攝像的精度相對(duì)較高，對(duì)執(zhí)行元件的控制精度要求較高。精度高的焊接專用設(shè)備或機(jī)器人，由于制備工件坡口時(shí)存在誤差和裝配誤差，導(dǎo)致焊接機(jī)器人缺少對(duì)工件的自適應(yīng)能力。效果比較好的是用激光視覺(jué)傳感器系統(tǒng)，它能夠自動(dòng)識(shí)別焊縫位置，在空間尋找和跟蹤焊縫，尋找焊縫起、終點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)焊槍跟隨焊縫位置自適應(yīng)控制。但這種方法不太適合轎車底盤零件的焊接，因轎車底盤零件機(jī)器人系統(tǒng)的夾具允許機(jī)器人工作的空間范圍很小，很難實(shí)現(xiàn)附帶激光跟蹤頭焊槍的焊接。為此，可使用的焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)為電弧電壓跟蹤傳感器，該系統(tǒng)具有尋找焊縫起始點(diǎn)、終點(diǎn)及弧長(zhǎng)參考點(diǎn)，在焊接過(guò)程中根據(jù)弧長(zhǎng)的變化，用電弧傳感器控制電壓自適應(yīng)控制。這種方法也只能應(yīng)用于角接接頭形式，對(duì)于轎車底盤零件大量的薄板搭接焊縫，因無(wú)法尋找弧長(zhǎng)參考點(diǎn)亦無(wú)法應(yīng)用。

    2.高效弧焊技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

    脈沖GMAW(P-GMAW)、雙絲MIG/MAG焊(Twin-Wire，Tandem-Wire)等代表了當(dāng)前在汽車制造中應(yīng)用的高效、高速焊接新工藝。這兩種焊接方法與機(jī)器人相配合，能充分體現(xiàn)高效化焊接的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)在空間的可達(dá)性、焊接速度完美的協(xié)同和組合。

    P-GMAW電弧過(guò)程具有好的穩(wěn)定性，能有效地保證焊縫質(zhì)量的一致性，改善了由于短路過(guò)渡焊接過(guò)程較低的熱輸入造成的熔深不足。P-GMAW的射流過(guò)渡方式適用于薄板材料的高速焊接、鋼或鋁合金的車身框架結(jié)構(gòu)的全位置焊接。在AudiA8全鋁合金車身框架結(jié)構(gòu)的管狀型材和接合點(diǎn)的焊接中，均大量地采用了P-GMAW的工藝。

    雙絲MIG/MAG焊有2種基本形式：一種是雙絲焊接工藝(Twin-Wire)，2個(gè)焊絲都是采用同樣的焊接參數(shù)；另一種是Tandem-Wire，采用2個(gè)獨(dú)立的噴嘴和2個(gè)獨(dú)立的電源，每個(gè)電弧有自己獨(dú)立的焊接參數(shù)。機(jī)器人的鋁合金脈沖MIG焊及Tandem焊的焊速分別為60～80cm/min、180～210cm/min。由此看來(lái)，大力發(fā)展雙絲焊接工藝并與焊接機(jī)器人配合可大大提高生產(chǎn)效率。

    摩擦焊工藝的應(yīng)用

    在國(guó)內(nèi)汽車制造中，摩擦焊工藝應(yīng)用于汽車零件加工方面，其范圍較窄，一般用于刀具和其他車用輔助工具的制造。該焊接工藝為固態(tài)焊接，焊縫熱影響區(qū)相對(duì)較窄，晶粒細(xì)小，焊縫質(zhì)量較易控制，制造成本相對(duì)較低，特別是在以焊代鍛的結(jié)構(gòu)上采用則優(yōu)勢(shì)更為明顯。

    例如，汽車半軸等軸類零件，其毛坯制造工藝為整體鍛造結(jié)構(gòu)，采用水平分模平鍛，其設(shè)備投資較高，并且熱鍛模的維修費(fèi)用較高。若采用摩擦焊工藝將整體鍛造結(jié)構(gòu)改為鍛焊結(jié)構(gòu)，可將水平分模平鍛機(jī)改為熱鍛模壓力機(jī)，減少設(shè)備投資和熱鍛模的維修費(fèi)用，即可降低成本。另外，還可以采用摩擦焊工藝代替CO2氣體保護(hù)焊工藝焊接部分軸類零件，提高生產(chǎn)效率，降低制造成本。例如，傳動(dòng)軸、萬(wàn)向轉(zhuǎn)向節(jié)叉等。目前，傳動(dòng)軸、萬(wàn)向轉(zhuǎn)向節(jié)叉等零件的焊接工藝均為CO2氣體保護(hù)焊，容易產(chǎn)生焊接缺陷，焊縫質(zhì)量較難控制，且需要消耗大量的CO2氣體和焊絲等輔料，生產(chǎn)效率相對(duì)較低。若采用摩擦焊工藝，不用填充任何輔助材料，且有利于改善作業(yè)環(huán)境，減少污染。

    在汽車零部件規(guī)模化生產(chǎn)中，摩擦焊技術(shù)占有較重要的地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國(guó)、德國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的一些著名的汽車制造公司，已有百余種汽車零件采用了摩擦焊技術(shù)。采用摩擦焊技術(shù)的汽車零部件大致有3類：異種材料組合，如發(fā)動(dòng)機(jī)雙金屬(空心)排氣門、渦輪增壓器等；鍛焊復(fù)合結(jié)構(gòu)，如半軸、凸輪軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、叉等；解決關(guān)鍵技術(shù)，如氣囊充氣器、連身齒輪組、傳動(dòng)齒輪組等。因此，在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用摩擦焊技術(shù)勢(shì)在必行。

    激光焊接

    激光焊接的特點(diǎn)是被焊接工件變形極小，零件的裝配間隙很小，對(duì)零件和工裝的精度要求較高。由于國(guó)內(nèi)汽車零件的精度較低，重復(fù)精度較差，對(duì)激光焊工藝的推廣應(yīng)用帶來(lái)了一定的難度。目前，在國(guó)內(nèi)汽車制造中，應(yīng)用激光焊工藝的只有少數(shù)幾個(gè)合資公司，如上海大眾等。

    由于激光焊能量密度高，焊接深度/寬度比高，其焊接質(zhì)量比傳統(tǒng)焊接方法高。但是，如何保證激光焊接的質(zhì)量，即激光焊接過(guò)程的監(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制，是激光利用領(lǐng)域的重要內(nèi)容。包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器，針對(duì)不同焊接對(duì)象和要求，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測(cè)、焊縫質(zhì)量監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目，通過(guò)反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化激光焊接。在汽車工業(yè)中，激光技術(shù)主要用于車身焊接、坯板拼焊和零件焊接。

    1.車身焊接

    該工藝主要用于車頂焊，其應(yīng)用可以減噪和適應(yīng)新的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。Volvo是最早開(kāi)發(fā)車頂激光焊接技術(shù)的廠家。如今，德國(guó)大眾公司也已在AudiA6、GolfA4、Passat等車頂采用了此項(xiàng)技術(shù)；BMW公司的5系列、Opel公司的Vectra車型等更是趨之若鶩。歐洲各大汽車廠的激光器絕大多數(shù)用于車頂焊接。

    另外，車身(架)激光焊可以提高車身強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)剛度。奔馳公司首先在C級(jí)車后立柱上采用了激光填絲焊接；BMW和GM公司在車架頂部采用了搭接焊；GM公司利用3kWYAG激光器在AuroraG型車上進(jìn)行車頂與車頂附件托架的焊接。

    在車身制造中，采用激光焊技術(shù)，可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性，降低制造成本，提高車身的剛度，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

    2.激光拼焊板的應(yīng)用

    該技術(shù)可降低車身自重和成本，減少零件數(shù)量，提高安全可靠性。

    此項(xiàng)應(yīng)用最早源于Audi100車的底板拼焊，目前已推廣到各大汽車公司。豐田公司Tahara工廠生產(chǎn)的凌志(Lexus)車門板原來(lái)是用2種不同厚度、5種不同表面處理的多塊鋼板組成，現(xiàn)在只用1塊激光拼焊板代替，大大提高了生產(chǎn)率。BMW公司1/3的汽車已采用激光拼焊板。在美國(guó)，1997年用于汽車工業(yè)的激光拼焊板將近1500萬(wàn)件，2000年達(dá)到4000萬(wàn)～6000萬(wàn)件。有專家預(yù)言，激光拼焊板將成為一項(xiàng)數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。

    采用激光拼焊板應(yīng)用于車身制造，可以減少零件、模具及焊接工裝數(shù)量，降低車身自重和成本，并提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

    3.齒輪及傳動(dòng)部件激光焊

    齒輪及傳動(dòng)部件的焊接采用激光焊代替電子束焊，可減少變形、提高生產(chǎn)率。20世紀(jì)80年代末，克萊斯勒(Chrysler)公司的Kokomo分公司購(gòu)進(jìn)9臺(tái)6kWCO2激光器用于齒輪激光焊接，其生產(chǎn)能力提高40%。90年代初，美國(guó)三大汽車公司已投入40多臺(tái)激光器用于傳動(dòng)部件焊接。奔馳公司已經(jīng)研究利用激光焊接代替電子束焊接，因?yàn)榍罢吆缚p熱影響區(qū)小。

    4.非金屬及對(duì)電磁性有要求的汽車零件的焊接

    Volvo和大眾公司用激光焊接塑料燃油箱；許多廠家利用激光精細(xì)焊接發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器。

    焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

    焊裝生產(chǎn)線是由焊接設(shè)備、工裝夾具、傳輸系統(tǒng)和自動(dòng)控制等部分組成。因此，生產(chǎn)線的整體柔性程度由各組成部分的柔性程度所決定。其中，焊接設(shè)備的柔性是決定焊裝生產(chǎn)線柔性程度的關(guān)鍵，而工裝夾具是決定焊接生產(chǎn)線柔性程度的主要因素。

    ●車身焊裝線上的焊接設(shè)備主要有手工焊設(shè)備、自動(dòng)焊專機(jī)及焊接機(jī)器人3類。

    ●手工焊接設(shè)備主要包括懸掛式點(diǎn)焊機(jī)、半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊機(jī)等，它們均屬于通用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。通過(guò)人工操作完成焊接工作，其獨(dú)立性較強(qiáng)，便于安裝、調(diào)整及維修，且價(jià)格低廉，所以在生產(chǎn)發(fā)展的各個(gè)時(shí)代都得到了廣泛地應(yīng)用。

    ●自動(dòng)焊專機(jī)包括多點(diǎn)焊機(jī)、臺(tái)式自動(dòng)焊機(jī)及各種焊接機(jī)械手。

    這些專機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)作簡(jiǎn)單、程序基本固定、制造成本及維修費(fèi)用高，只適用于某一種產(chǎn)品焊接，柔性程度低，所以只有在單一品種、大批量生產(chǎn)的焊裝生產(chǎn)線上采用。以前，一般在年生產(chǎn)綱領(lǐng)為6萬(wàn)輛以上的生產(chǎn)線上采用，現(xiàn)在只有年生產(chǎn)量更大的生產(chǎn)線才予以考慮。

    ●焊接機(jī)器人是本體獨(dú)立，動(dòng)作自由度多，程序變更靈活、自動(dòng)化程度高、柔性程度極高的焊接設(shè)備。具有多用途功能、重復(fù)精度高、焊接質(zhì)量高、抓取質(zhì)量大、運(yùn)動(dòng)速度快、動(dòng)作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。焊接機(jī)器人是焊接設(shè)備柔性化的最佳選擇。焊接設(shè)備作為焊裝生產(chǎn)線的重要組成部分，是否采用焊接機(jī)器人是焊裝生產(chǎn)線柔性程度的重要標(biāo)志之一。

    汽車制造的批量化、高效率和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量一致性的要求，使機(jī)器人在汽車焊接生產(chǎn)中獲得了大量應(yīng)用。據(jù)2001年的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共有各類焊接機(jī)器人1040臺(tái)，而汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的76%，成為工業(yè)機(jī)器人的最主要用戶。東風(fēng)商用車車身廠第六焊裝車間總裝線采用了6臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，3臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)。一汽車身廠十萬(wàn)輛新品駕駛室主焊線采用了21臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，點(diǎn)焊自動(dòng)化率達(dá)95%。東風(fēng)車身廠六萬(wàn)輛新品駕駛室總裝線采用了10臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，1臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)，點(diǎn)焊自動(dòng)化率不足60%。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。

    在國(guó)外，法國(guó)雷諾汽車公司與日本日產(chǎn)汽車公司都采用了全機(jī)器人的駕駛室焊裝線，駕駛室的裝配、涂膠、點(diǎn)焊全部由機(jī)器人完成。

    在國(guó)內(nèi)，點(diǎn)焊機(jī)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。同時(shí)，由于工件的重復(fù)精度較差，電極處于凸緣邊緣時(shí)，焊鉗易滑出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞被焊工件。另外，電極磨損量的監(jiān)控反饋精度較差，影響焊接質(zhì)量。在國(guó)外，機(jī)器人用焊鉗已逐步采用伺服焊鉗，焊接時(shí)沖擊小，并能實(shí)現(xiàn)精確控制，提高焊接質(zhì)量。

    銅散熱器硬釬焊技術(shù)的應(yīng)用

    20世紀(jì)50年代，汽車散熱器的制造主要采用銅材料錫焊工藝。20世紀(jì)60年代末到70年代初，因銅材料成本是鋁材料的2～3倍，為了降低成本和自重，開(kāi)始采用鋁制散熱器的釬焊工藝技術(shù)，采用半自動(dòng)化和自動(dòng)化生產(chǎn)加工作業(yè)，但鋁散熱器的工藝過(guò)程復(fù)雜，并污染環(huán)境。90年代以后，新型銅硬釬焊散熱器比鋁散熱器的制造成本更低。銅硬釬焊散熱器具有鋁制散熱器不可替代的優(yōu)點(diǎn)如下。

    ●釬焊速度快，可降低加工成本。

    ●銅的導(dǎo)熱性好，強(qiáng)度和剛度大，可使材料的厚度減薄，為硬釬焊散熱器小型化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

    ●材料的回收和再生產(chǎn)利用率高。

    但是，釬焊爐的溫升率較高，冷卻速度必須嚴(yán)格控制，即對(duì)釬焊爐的精確控制要求較嚴(yán)。目前，東風(fēng)公司銅散熱器的焊接采用了軟釬焊工藝，其焊縫的高溫強(qiáng)度較低，特別是在重型車上，焊縫的密封性較差。據(jù)報(bào)道，一汽將在新型載貨汽車上試用銅硬釬焊散熱器。

    經(jīng)世界許多知名企業(yè)的實(shí)踐證明，銅硬釬焊工藝技術(shù)能在客車、載貨車和工程機(jī)械的散熱器、暖風(fēng)機(jī)、機(jī)油冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器及中冷器等產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮巨大的優(yōu)勢(shì)。

    目前，AstroAir公司生產(chǎn)的銅硬釬焊散熱器系統(tǒng)已經(jīng)在公共汽車、載貨車和其他工程設(shè)備中得到應(yīng)用。日本NAJICO公司從2000年10月開(kāi)始全面生產(chǎn)管帶式銅硬釬焊散熱器。

    焊接數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用

    在許多焊接結(jié)構(gòu)件中，由于焊接工藝本身的特點(diǎn)，焊縫接頭(特別是弧焊接頭)存在著各種焊接缺陷和應(yīng)力集中，焊接應(yīng)力分布復(fù)雜，引起承載能力下降和焊接變形。采用常規(guī)的手段無(wú)法分析焊接應(yīng)力分布和預(yù)測(cè)焊接變形，很難控制焊接總成的質(zhì)量，因此采用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行焊接應(yīng)力和焊接變形方面的研究很有必要。通過(guò)焊接數(shù)值模擬，可以模擬出焊接過(guò)程中的應(yīng)力和應(yīng)變的變化及分布情況，為制定合理的焊接工藝提供理論依據(jù)。例如，客車車架焊接變形的控制，目前只能通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)獲得相對(duì)合理的焊接工藝，其試驗(yàn)存在著盲目性，且試驗(yàn)周期長(zhǎng)、投入大。若采用數(shù)值模擬技術(shù)，可以經(jīng)濟(jì)、快速地模擬出正確的工藝方案。在國(guó)內(nèi)，高校對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬技術(shù)研究的較多，并且已有一些成功的應(yīng)用案例。

    關(guān)于數(shù)值模擬軟件很多，如ANSYS和SYSWELD等各類模擬軟件。在2000年，日本大阪大學(xué)結(jié)合科學(xué)研究所提出了一個(gè)5年完成耗資20億日元(2000萬(wàn)美元)的國(guó)家課題，即“高效與安全焊接技術(shù)的開(kāi)發(fā)”。它是一個(gè)焊接虛擬工程研究，其目的是開(kāi)發(fā)一個(gè)用戶界面友好的高效與安全焊接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)給出3個(gè)精密模擬程序，即焊接過(guò)程模擬程序、被焊區(qū)域組織預(yù)測(cè)程序和變形預(yù)測(cè)程序。近來(lái)，英國(guó)焊接研究所開(kāi)發(fā)了一個(gè)“結(jié)構(gòu)變形預(yù)測(cè)系統(tǒng)”(SDPS)，可以用來(lái)預(yù)測(cè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接變形。

    車身焊裝工藝的虛擬設(shè)計(jì)

    在車身焊裝工藝設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)產(chǎn)品的工藝分塊是工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前，車身焊接工藝的設(shè)計(jì)水平主要取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法科學(xué)地判斷某個(gè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣。為了提高工藝設(shè)計(jì)水平，必須采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來(lái)進(jìn)行虛擬工廠設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，可以優(yōu)化焊裝車間平面布置和工作單元布局、預(yù)研工藝對(duì)產(chǎn)品的影響和各工序間的關(guān)聯(lián)、校驗(yàn)所需設(shè)備數(shù)量和對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的需求、計(jì)算生產(chǎn)面積和所需工人數(shù)，而且可對(duì)焊裝線上的機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備及人體作業(yè)進(jìn)行仿真分析。

    Delmia公司為汽車制造業(yè)提供了全面的解決方案，從白車身焊接、油漆、總裝的工藝規(guī)劃到加工仿真等，提供了一系列的軟件和整體解決方案。在通用、豐田等汽車企業(yè)中，都大量應(yīng)用了Delmia公司的軟件，通用卡車公司把Delmia公司作為唯一的數(shù)字制造解決方案供應(yīng)商。上海交通大學(xué)CIMS研究所應(yīng)用Delmia軟件在上海大眾汽車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)線技術(shù)改造項(xiàng)目中也獲得了很好的效益。

    DelmiaBIW是應(yīng)用于汽車白車身規(guī)劃與仿真的一套解決方案。用戶可以利用BIW并行開(kāi)發(fā)白車身焊接工藝及機(jī)器人加工單元仿真。BIW支持整個(gè)企業(yè)各部門瀏覽與利用PPR數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種信息。

    結(jié)束語(yǔ)

    從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，中國(guó)汽車制造業(yè)的焊接技術(shù)主要以手工焊和電阻點(diǎn)焊為主。隨著我國(guó)汽車制造業(yè)的發(fā)展，焊接技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車工業(yè)相比還存在巨大的差距。汽車工業(yè)是世界性的產(chǎn)業(yè)，面對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)全球化、國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)國(guó)際化的形勢(shì)，為使我國(guó)汽車工業(yè)能在世界汽車工業(yè)的發(fā)展中占有一席之地，唯有依靠包括焊接技術(shù)在內(nèi)的制造技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新能力的提高，才能實(shí)現(xiàn)中國(guó)汽車工業(yè)自主發(fā)展的目標(biāo)。