汽车车身焊接技术现状及发展趋势

汽车车身焊接技术现状及发展趋势
胡冠军
保定长城华北汽车有限责任公司河北074000
摘要:当今的汽车工业正在朝着节省能源、低碳环保、安全舒适和车身轻量化方向发展，因而轻合金、高强度钢和碳素纤维等材料在汽车车身的制造中被越来越多的采用，所以对于车身焊接技术的要求越来越高，摩擦搅拌点焊、胶接点焊、激光焊接、等离子焊接和中频点焊等焊接技术已较广泛地应用，本文就对汽车车身焊接技术现状及发展趋势做了简要分析。

关键词:汽车；车身焊接；现状；发展趋势
中图分类号：F407.471文献标识码：A
1、引言
针对现代汽车车身轻量化，以及对车身品质、可靠性、安全性要求高的特点，加上高节拍生产，对车身结构和焊装工艺的要求也进一步提高，新材料应用和新焊接技术迅速发展，焊装几何尺寸精度提高，此外，世界上已普遍采用信息化工程技术开发车身焊装生产线装备，焊装生产线装备已实现了高度自动化，2012年我国汽车产销突破1900万辆，创历史新高，而且汽车行业形成了多品种、全系列的各类整车和零部件生产及其配套体系，为保持我国汽车工业的稳步、快速发展，我国于2009年提出了“汽车产业振兴计划”。

提出加强关键技术研发，加快技术改造，提升企业素质；以新能源汽车为突破口，加强自主创新，培育自主品牌，形成新的竞争优势，促进汽车产业持续、健康、稳定发展的思路。

由于车身焊接技术水平和质量直接影响车身结构强度、安全性和生产率，由此带来车身焊装生产的新特点，对车身焊装提出了新要求。

2、车身新材料和焊接新技术
2.1、车身新材料
随着汽车工业的发展，为了节约能源和安全性考虑，车身采用大量新型材料。

车身结构材料从单一钢结构，逐步向高强度优质钢结构，进而向轻质合金和复合材料结构发展。

（1）轻合金材料
为了使车身重量变得更轻，国外汽车厂商在车身结构设计中开始采用轻合
金，包括镁合金、铝合金、甚至钛合金，这样就使得车身焊接的难度进一步加大。

尤其是铝合金的点焊难度非常大，目前较多的情况还是采用TIG/MIG焊，或铆接/TOX连接法，或胶粘结的方法。

英国最近发明的摩擦搅拌点焊技术，对于解决铝合金的车身焊接有很好的效果，其焊接强度非常理想，但由于摩擦搅拌点焊的焊点中心有个小孔，故往往用于内板结构件上。

（2）高强度钢
为获得相同的塑性变形，就需要较大的电极压力，从而造成高强度钢性能使得塑性温度区间变窄，这就给焊接工艺提出了新的挑战。

通常是对传统点焊工艺进行改进优化，采用脉冲点焊、中频点焊等专有技术，增加焊接压力、控制焊接过程，从而获得性能良好的焊点质量。

激光焊工艺的发展大大提高了高强度钢板的焊接性能和接头焊接强度，成功地应用于门槛、座椅、骨架、保险杠加强板、纵梁和横梁等车身的高强度功能件，为了实现超高强度钢车身部件冲压成形，热冲压成形和中频点焊、激光焊接成为针对此问题的重要焊接手段。

（3）碳素纤维复合材料
为了减轻车身重量，有些汽车公司在制造车身和底盘零部件的时候，采用了碳纤维增强聚合基复合材料，这样可减轻车身重量达50%~65%。

碳素纤维复合材料的连接不同于金属的焊接，所以其难度也更大，此外，也有汽车开发商成功采用树脂传递模塑成形工艺，试制出轿车碳纤维底板。

2.2、车身焊接新技术
2.2.1脉冲GMAW（P-GMAW）焊技术
脉冲GMAW焊是国外近几年发展起来的一种新型高效、高速焊接新工艺，容易与机器人配合，能充分体现高效化焊接的特点，实现机器人系统的空间可达性与焊接速度之间的协同和完美组合。

P-GMAW电弧过程具有好的稳定性，能有效保证焊缝质量的一致性，改善了由于短路过渡焊接过程较低的热输入而造成的熔深不足。

P-GMAW的射流过渡方式适用于薄板材料的高速焊接、钢或铝合金的车身框架的全位置焊接。

在德国AUDI A8全铝合金车身框架结构的管状型材和结合点的焊接中，均大量地采用了P-GMAW的工艺。

2.2.2等离子弧焊技术
由于激光焊接成本高昂，而且其对技术的要求非常严格，在国内大面积应用
还存在较大困难，所以在某种程度上，我们可以研究等离子弧焊接，并将其应用于汽车企业。

等离子弧弧柱温度高、能量密度大，所以对焊件的加热较为集中，且熔透能力强，在同样熔深下，等离子弧焊接速度比TIG焊高，从而可以极大地提高焊接生产效率。

2.2.3激光-MIG复合焊技术
激光焊与电弧焊是两种不同的焊接工艺，前者是通过光纤将能量传输到工件上，而后者是通过弧柱传输能量。

与电弧焊相比，激光焊的热影响区较窄，焊缝的深宽比高，焊接速度较快。

但其焦点直径很小，所以焊缝“搭桥”能力很差。

相反，电弧焊的能量密度比较低，加热面积大，但焊接速度相对较低。

激光复合焊结合了这两种焊接技术的优点，使激光束和电弧同时作用于焊接区，从而获得优良的综合性能，不但改善了焊接质量和生产工艺，也极大地提高了效率成本比，为铝车身的焊接提供了一种全新的焊接工艺。

此外，对于镀锌板的车身焊接，激光热丝钎焊是比较理想的选择，采用MIG焊电源预热填充焊丝，它与M IG复合焊的最大区别在于增加了一套软件。

2.2.4机器人应用技术
按照在焊装车间的用途，可以将机器人分为:螺柱焊机器人、弧焊机器人、涂胶机器人、点焊机器人、装配及持件机器人和激光焊接机器人。

点焊机器人是由机器人操纵各种点焊焊钳，实施点焊焊接。

机器人可以操纵大型焊钳，对地板等零件进行点焊。

具有焊点质量高，焊接速度快，质量稳定的优点。

弧焊机器人是由机器人操纵弧焊焊炬，在进行仰焊、立焊等各种位置的焊接时非常方便。

其可以通过传感器对焊缝进行跟踪，从而控制弧长。

但此技术对零件匹配要求非常高，在零件间隙不均匀或者不平整的情况下，都会造成焊接缺陷。

涂胶机器人是由机器人控制涂胶枪，对地板、车顶天窗、四门两盖、侧围和总拼调整工位进行折边胶、点焊胶、密封胶及减振胶得涂敷，这样对胶的流量控制比较精确，尤其适用于各种复杂的形状和空间位置的涂敷，且速度快、质量好。

螺柱焊机器人是由机器人操纵螺柱焊枪，进行全方位的螺柱焊接，这样可以节省定位螺柱焊的导套夹具，精度高，工艺质量好。

装配及持件机器人是由机器人抓取工件精确地装配到车身上，激光焊接机器人是由机器人操纵激光加工镜组，进行激光焊接，激光源可以采用CO2激光器或者YAG激光器，这对机器人的重复精度要求非常高。

由于我国的劳动力成本远低于机器人的应用成本，因此，机器人的应用还不是很普遍，大多只是应用于人工劳动强度大和人工焊接质量难以保证的工位。

3、汽车车身焊接的总体发展趋势
随着能源紧缺、节能环保、汽车驾驶室的多样化和复杂化以及生产周期的快速更替，劳动力问题，资金成本等问题而满足不了全自动化的要求，在汽车行市场需求量大大增加的今天，自动化焊接和自动化生产线的方式是车身焊接的必然趋势，焊接新技术新装备为车身焊装线工艺准备提供了广阔的设计思路，如解放J6主焊线的机器人全自动焊接生产线的应用，中频焊接技术、伺服焊钳、机器人滚边技术的陆续应用，智能化控制、柔性化生产和计算机信息技术的不断完善都为下一代产品的生产奠定了很好的基础，现在我国的轿车工厂，车身车间有机器人近40台，线上的传输型式摒弃了原来传统的皮带传输方式，采用滑橇传输和OVERHEAD传输、定位准确、操作方便，实现自动化生产线的同时，质量的监控、监测、跟踪系统也得到了很大的完善和提高。

其次，现场制造技术人才队伍的稳定和工作激情问题也是汽车制造产业发展的重要因素，需要通过管理培养人才，留住并发挥人才的作用，此外，企业还需要有一个良好的制造技术应用、发展的环境，需要通过制造技术的有效管理来营造氛围，并不断地引进国外地先进技术和设备,从中不断地学习，来提高我们的技术水平，坚持技术创新，大力加速发展高效节能的焊接新材料、新工艺和新设备，降低产品成本、提升产品品质，逐步缩短与国外先进焊装技术水平的差距，通过管理最终提高产品竞争力。

参考文献:
[1]王祖建.车身激光焊接夹具设计与入射角对焊接质量影响的研究[D].湖南大学,2010.
[2]陈建明.汽车白车身激光焊接生产线控制系统设计[D].湖南大学,2010.
[3]陈军.车身点焊特性及模拟方法研究[D].湖南大学,2012.
[4]陈飞.车用高强钢光纤激光对接焊工艺研究[D].湖南大学,2011.。