汽车制造中焊接技术现状及发展趋势

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BQ_1-7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、变速器、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，所以特别适合汽车车身薄板覆盖零部件的焊接，因此在汽车生产中应用最多。

在投资费用中点焊约占75%，其他焊接方法只占25%。

汽车工业所用焊接方法及零部件的应用情况1.电阻焊(1)点焊：主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等的焊接。

(2)多点焊：用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机罩盖和行李箱盖等的焊接。

(3)凸焊及滚凸焊：用于车身零部件、减振器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支架等的焊接。

(4)缝焊：用于车身顶盖雨檐、减振器封头、燃油箱、消声器和机油盘等的焊接。

(5)对焊：用于钢圈、进排气阀杆、刀具等的焊接。

2.电弧焊(1)CO2保护焊：用于车厢、后桥、车架、减振器阀杆、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、车架等的焊接。

(4)埋弧焊：用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等的焊接。

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的焊接。

(2)电子束焊：用于齿轮、后桥等的焊接。

(3)激光焊割：用于车身底板、齿轮、零件下料及修边等的焊接。

4.氧乙炔焊用于车身总成的补焊。

5.钎焊用于散热器、铜与钢件、硬质合金的焊接。

电阻点(凸)焊工艺技术现状及发展趋势1.电阻点(凸)焊技术现状目前，汽车制造厂商所采用的阻焊设备的次级输出主要是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。

KD7型控制器，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时间、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。

以恒流控制方式为主的国产控制器基本能满足软钢和镀锌钢板的焊接，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，随工况的变化其焊点质量的一致性很难保证。

为了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，严重影响产品的质量。

如果能保证焊点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。

2.点焊质量控制技术的发展趋势(1)控制模式。

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控制的综合模式，即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。

(3)调节参量。

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，即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。

(4)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其控制参数的调节量)向人工智能(神经网络、模糊逻辑等)决策方式发展。

点焊和缝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，且依赖进口。

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，其容量大、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质量。

目前，由于国产逆变点焊机的性能还不能满足使用要求，因此国内所用逆变点焊机主要依赖于进口。

在载货车车身制造中，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。

弧焊技术现状及发展趋势1.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闸管电源和逆变电源，并针对不同的焊接结构件，采用大量自动化程度较高的焊接方法。

但由于焊接坡口位置的重复精度较差，焊枪的行走轨迹容易偏离坡口位置，因此造成焊缝有缺陷，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，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，且增加了工人的劳动强度。

另外，在白车身的装焊中，由于车身总成的重复精度较差，车身焊装线上的弧焊机器人的焊枪通过示教编程后，在生产中很容易偏离焊接位置，从而产生焊接缺陷。

通过采用焊缝跟踪技术，减少焊接缺陷，提高焊缝质量和生产效率，且降低成本。

目前，焊缝跟踪形式有机械跟踪、电弧跟踪、CCD摄像，激光跟踪等方法。

机械跟踪方法较容易实现，精度相对较低；电弧跟踪，CCD摄像的精度相对较高，对执行元件的控制精度要求较高。

精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，导致焊接机器人缺少对工件的自适应能力。

效果比较好的是用激光视觉传感器系统，它能够自动识别焊缝位置，在空间寻找和跟踪焊缝，寻找焊缝起、终点，实现焊枪跟随焊缝位置自适应控制。

但这种方法不太适合轿车底盘零件的焊接，因轿车底盘零件机器人系统的夹具允许机器人工作的空间范围很小，很难实现附带激光跟踪头焊枪的焊接。

为此，可使用的焊缝自动跟踪技术为电弧电压跟踪传感器，该系统具有寻找焊缝起始点、终点及弧长参考点，在焊接过程中根据弧长的变化，用电弧传感器控制电压自适应控制。

这种方法也只能应用于角接接头形式，对于轿车底盘零件大量的薄板搭接焊缝，因无法寻找弧长参考点亦无法应用。

2.高效弧焊技术的发展趋势脉冲GMAW(P-GMAW)、双丝MIG/MAG焊(Twin-Wire，Tandem-Wire)等代表了当前在汽车制造中应用的高效、高速焊接新工艺。

这两种焊接方法与机器人相配合，能充分体现高效化焊接的特点，实现机器人系统在空间的可达性、焊接速度完美的协同和组合。

P-GMAW电弧过程具有好的稳定性，能有效地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结构的全位置焊接。

在Audi A8全铝合金车身框架结构的管状型材和接合点的焊接中，均大量地采用了P-GMAW的工艺。

双丝MIG/MAG焊有2种基本形式：一种是双丝焊接工艺(Twin-Wire)，2个焊丝都是采用同样的焊接参数；另一种是Tandem-Wire，采用2个独立的喷嘴和2个独立的电源，每个电弧有自己独立的焊接参数。

机器人的铝合金脉冲MIG焊及Tandem焊的焊速分别为60～80cm/min、180～210cm/min。

由此看来，大力发展双丝焊接工艺并与焊接机器人配合可大大提高生产效率。

摩擦焊工艺的应用在国内汽车制造中，摩擦焊工艺应用于汽车零件加工方面，其范围较窄，一般用于刀具和其他车用辅助工具的制造。

该焊接工艺为固态焊接，焊缝热影响区相对较窄，晶粒细小，焊缝质量较易控制，制造成本相对较低，特别是在以焊代锻的结构上采用则优势更为明显。

例如，汽车半轴等轴类零件，其毛坯制造工艺为整体锻造结构，采用水平分模平锻，其设备投资较高，并且热锻模的维修费用较高。

若采用摩擦焊工艺将整体锻造结构改为锻焊结构，可将水平分模平锻机改为热锻模压力机，减少设备投资和热锻模的维修费用，即可降低成本。

另外，还可以采用摩擦焊工艺代替CO2气体保护焊工艺焊接部分轴类零件，提高生产效率，降低制造成本。

例如，传动轴、万向转向节叉等。

目前，传动轴、万向转向节叉等零件的焊接工艺均为CO2气体保护焊，容易产生焊接缺陷，焊缝质量较难控制，且需要消耗大量的CO2气体和焊丝等辅料，生产效率相对较低。

若采用摩擦焊工艺，不用填充任何辅助材料，且有利于改善作业环境，减少污染。

在汽车零部件规模化生产中，摩擦焊技术占有较重要的地位。

据不完全统计，美国、德国、日本等工业发达国家的一些著名的汽车制造公司，已有百余种汽车零件采用了摩擦焊技术。

采用摩擦焊技术的汽车零部件大致有3类：异种材料组合，如发动机双金属(空心)排气门、涡轮增压器等；锻焊复合结构，如半轴、凸轮轴、转向节、叉等；解决关键技术，如气囊充气器、连身齿轮组、传动齿轮组等。

因此，在国内推广应用摩擦焊技术势在必行。

激光焊接激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，零件的装配间隙很小，对零件和工装的精度要求较高。

由于国内汽车零件的精度较低，重复精度较差，对激光焊工艺的推广应用带来了一定的难度。

目前，在国内汽车制造中，应用激光焊工艺的只有少数几个合资公司，如上海大众等。

由于激光焊能量密度高，焊接深度/宽度比高，其焊接质量比传统焊接方法高。

但是，如何保证激光焊接的质量，即激光焊接过程的监测与质量控制，是激光利用领域的重要内容。