汽車工業(yè)正朝著環(huán)保低碳?節(jié)省能源?安全性?舒適性和車身輕量化方向發(fā)展.汽車車身采用高強(qiáng)度比例越來越高;鋁合金等新材料已應(yīng)用于高端車身?
焊接技術(shù)是汽車制造業(yè)中的重要環(huán)節(jié),隨著許多焊接技術(shù)可靠性?經(jīng)濟(jì)性和耐久性的提高,帶有智能化?數(shù)字化?逆變技術(shù)的焊機(jī)將更廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)中?
激光拼焊板技術(shù)?激光復(fù)合焊技術(shù)?機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)?中頻電阻點(diǎn)焊技術(shù)?恒熱控制電阻點(diǎn)焊技術(shù)?磁脈沖焊接技術(shù)?汽車薄板MAG焊技術(shù)?壓鉚連接技術(shù)和膠接技術(shù)將在汽車車身制造中得到更廣泛的應(yīng)用。
為提高車身裝焊精度而建立的尺寸控制工程,成為車身制造的重要環(huán)節(jié),為實(shí)現(xiàn)車身裝焊多車型柔性化和自動(dòng)換化生產(chǎn),開發(fā)了車身總成成型?地面空中傳輸相結(jié)合的多種解決方案。
工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于車身裝焊生產(chǎn)的多個(gè)工藝過程?能夠適應(yīng)多種車型?經(jīng)濟(jì)性好的混流柔性焊裝線技術(shù)將越來越受到青睞?
一、汽車車身焊接的新技術(shù)
激光拼焊板技術(shù)
拼焊板是將幾塊不同材質(zhì)?不同厚度?不同涂層的鋼材焊接成一塊整體板,再?zèng)_壓設(shè)備落料?拉延?沖孔?整形而形成沖壓件,從而達(dá)到不同承載不同板厚的設(shè)計(jì)要求?
拼焊板工藝主要是為汽車行業(yè)進(jìn)行配套服務(wù),尤其在車身零部件生產(chǎn)?制造和設(shè)計(jì)方面,采用激光拼焊板可以給汽車制造業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益?
如車身裝配中的大量點(diǎn)焊,焊鉗在工件邊緣上進(jìn)行焊接,搭接寬度需要16mm,而激光拼焊板無需搭接,點(diǎn)焊改為激光拼焊技術(shù)可以節(jié)省鋼材?
激光- MIG 復(fù)合焊技術(shù)
激光焊與電弧焊是兩種不同的焊接工藝,激光焊是通過光纖將能量傳輸?shù)焦ぜ?而電弧焊則是通過弧柱傳輸能量?
激光焊的熱影響區(qū)非常窄,焊縫的深寬比很高,具有較高的焊接速度?但由于焦點(diǎn)直徑很小,所以焊縫“搭橋”能力很差?
激光復(fù)合焊技術(shù)是將這兩種焊接技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來,激光束和電弧同時(shí)作用于焊接區(qū),互相影響和支持,從而獲得優(yōu)良的綜合性能,在改善焊接質(zhì)量和生產(chǎn)工藝性的同時(shí),也提高了效率成本比,為鋁車身的焊接提供一種全新的焊接工藝?
激光熱絲釬焊可以減少車身焊點(diǎn)數(shù)目?優(yōu)化材料用量?降低零件重量?提高尺寸精度,既降低了板材使用量也提高了車體的剛度,同時(shí)降低車身重量,符合汽車輕量化的發(fā)展趨勢(shì),但是激光焊接系統(tǒng)的高昂價(jià)格制約了它的應(yīng)用?
機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)
機(jī)器人按照在焊裝車間的用途可以分為:點(diǎn)焊機(jī)器人?弧焊機(jī)器人?涂膠機(jī)器人?螺柱焊機(jī)器人?裝配及持件機(jī)器人和激光焊接機(jī)器人?
點(diǎn)焊機(jī)器人是由機(jī)器人操縱各種點(diǎn)焊焊鉗,實(shí)施點(diǎn)焊焊接?機(jī)器人可以操縱大型焊鉗,對(duì)地板等零件進(jìn)行點(diǎn)焊?
焊點(diǎn)質(zhì)量高,焊接速度快,而且質(zhì)量穩(wěn)定?弧焊機(jī)器人是由機(jī)器人操縱弧焊焊炬,可以很方便地進(jìn)行仰焊?立焊等各種位置的焊接?
但是機(jī)器人弧焊對(duì)零件匹配要求較高,當(dāng)零件間隙不均勻或者不平整時(shí),就會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷?
涂膠機(jī)器人是由機(jī)器人操縱涂膠槍,在車頂天窗?地板?側(cè)圍?四門兩蓋和總拼調(diào)整工位涂敷點(diǎn)焊膠?折邊膠?密封膠及減振膠,可以精確地控制膠的流量,進(jìn)行各種復(fù)雜的形狀和空間位置的涂敷,涂敷速度快且質(zhì)量好?
中頻點(diǎn)焊技術(shù)
中頻點(diǎn)焊技術(shù)是近兩年才發(fā)展起來的最新的焊接技術(shù)?它是利用逆變技術(shù)將工頻電轉(zhuǎn)化為1000Hz的頻電;焊鉗采用一體化焊鉗,變壓器為中頻變壓器?
它具有以下特點(diǎn):能夠滿足焊接鋁?不銹鋼和帶鍍層的鋼板,在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)對(duì)加工設(shè)備和焊接質(zhì)量及其穩(wěn)定性都提出了更高要求。
中頻技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在提供對(duì)稱的電網(wǎng)負(fù)載,因而降低了電網(wǎng)成本;優(yōu)化功率系統(tǒng),節(jié)省能源消耗;由于縮短了焊接時(shí)間和降低了電流負(fù)荷,因此提高了電極使用壽命?
脈沖G M A W (P - G M A W )焊技術(shù)
脈沖GMAW 焊是國外近幾年發(fā)展起來的一種新型高效?高速焊接新工藝,容易與機(jī)器人配合,能充體現(xiàn)高效化焊接的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)在空間可達(dá)性和焊接速度之間的協(xié)同和完美組合?
P - GMAW 電弧過程具有好的穩(wěn)定性,能有效保證焊縫質(zhì)量的一致性,改善了由于短路過渡焊接過程較低的熱輸入而造成的熔深不足?
P - GMAW的射流過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的全位置焊接?
TOX 板件沖壓連接技術(shù)
TOX板件沖壓連接技術(shù)是基于表面鍍層材料的廣泛應(yīng)用及異種材料的連接而研制開發(fā)的一種新的連接技術(shù)?
它利用一個(gè)簡(jiǎn)單的原型凸模,在TOX氣液增壓器式?jīng)_壓設(shè)備上,通過一個(gè)沖壓過程,即可將被連接的板件擠壓進(jìn)相應(yīng)的凹模,在進(jìn)一步的擠壓作用下,凸模側(cè)的板件材料擠壓凹模側(cè)的板件材料,使其在凹模內(nèi)“流動(dòng)”變形,如此即可產(chǎn)生一個(gè)既無棱邊,又無毛刺的鉚接點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)多層板的連接?原有漆層或鍍層也隨之“流動(dòng)”變形,不會(huì)損壞,不影響板件的抗腐蝕性?
焊裝線的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)
汽車焊裝線是將各車身沖壓零件裝配焊接成白車身的焊接生產(chǎn)線,后圍?地板和頂蓋等焊接分總成及白車身總成線?
為了減少實(shí)際制造過程中的失誤率及勞動(dòng)強(qiáng)度,降低制造成本,虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)孕育而生?
虛擬設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括:工藝整體規(guī)劃(土建?公用?機(jī)械化?工藝分析)?工廠整體及局部的物流分析?運(yùn)動(dòng)軌跡分析?生產(chǎn)單元布局設(shè)計(jì)仿真?焊接過程仿真?裝配工藝過程仿真?機(jī)器人生產(chǎn)線仿真?干涉模擬和人機(jī)工程分析等?工廠整體及局部的物流分析能夠促使車間物流更加趨于合理,節(jié)約資源?
二、汽車車身焊接的發(fā)展趨勢(shì)
目前,焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)正從傳統(tǒng)的單一焊接工序自動(dòng)化向產(chǎn)品設(shè)計(jì)?工藝設(shè)計(jì)?焊接過程?檢測(cè)?傳輸?管理等全系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展,從單臺(tái)穩(wěn)定焊接參數(shù)控制向多臺(tái)焊接質(zhì)量閉環(huán)控制和帶有智能的系統(tǒng)自動(dòng)控制發(fā)展?
其關(guān)鍵技術(shù)為:
(1) 帶有傳感器的自動(dòng)控制技術(shù)
① 高速?高響應(yīng)度,高精度的焊絲送給控制技術(shù);
② 接觸和非接觸式的焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù);
③ 熔透和焊接質(zhì)量控制技術(shù);
④ 高適應(yīng)性?高能量?高精度焊接電源控制技術(shù);
⑤ 能適應(yīng)各種焊接接頭盒各種焊接空間位置的焊接參數(shù)自適應(yīng)控制技術(shù);
⑥各類焊縫的在線和焊后自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)?
(2) 系統(tǒng)技術(shù):
① CAD/CAM系統(tǒng)技術(shù),能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)品?焊接工藝并能進(jìn)行機(jī)器人離線示教和自動(dòng)示教;
② 焊接過程和焊接生產(chǎn)的仿真技術(shù);
③焊接生產(chǎn)的集成技術(shù);
④計(jì)算機(jī)生產(chǎn)過程的分析和管理技術(shù)?
(3) 采用新工藝新技術(shù)?
近年來,為了適應(yīng)汽車生產(chǎn)發(fā)展的需要,不斷對(duì)焊接新技術(shù)?新工藝進(jìn)行研究,以提高焊接自動(dòng)化?機(jī)械化的水平,在接觸焊方面,除了繼續(xù)擴(kuò)大接觸焊的應(yīng)用范圍外,大力發(fā)展多電焊(包括凸焊)和機(jī)器人點(diǎn)焊,保證了焊點(diǎn)質(zhì)量,可方便的更換“焊接模胎”,解決了多點(diǎn)焊機(jī)的通用性并增加了“柔性”。
通過提高了氣源壓力(如用1.2MPa的壓縮空氣),可完全取代液壓動(dòng)力源,減少環(huán)境污染,并采用數(shù)字控制氣缸,通過數(shù)控氣缸組合來得到焊槍的移動(dòng),使之對(duì)焊接零件進(jìn)行多點(diǎn)焊接;在電弧焊方面,大力發(fā)展CO2半自動(dòng)和全自動(dòng)焊?
同時(shí)還研究成功了激光焊?微弧等離子焊等特種焊,并在汽車生產(chǎn)中初步得到了應(yīng)用?
縱觀整個(gè)汽車車身的焊接現(xiàn)狀為減輕車身重量,提高車身抗沖擊強(qiáng)度,汽車生產(chǎn)中大量應(yīng)用高強(qiáng)度鋼?高強(qiáng)度鋼的使用,給車身件沖壓成形和焊接都帶來了新課題?
高強(qiáng)度鋼板無論是機(jī)械性能,還是化學(xué)成分或是顯微結(jié)構(gòu)都與普通鋼板差別很大,給焊接工藝提出了新的挑戰(zhàn)?
通常通過改進(jìn)優(yōu)化傳統(tǒng)點(diǎn)焊工藝,采用脈沖點(diǎn)焊?中頻點(diǎn)焊等專有技術(shù),增加焊接壓力?控制焊接過程,以獲得性能良好的焊點(diǎn)質(zhì)量?
不難分析出汽車工業(yè)的焊接發(fā)展趨勢(shì)為:發(fā)展自動(dòng)化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)?而工業(yè)機(jī)器人,因集自動(dòng)化生產(chǎn)和靈活性生產(chǎn)特點(diǎn)于一身,故車身生產(chǎn)近年來大規(guī)模?迅速地使用了機(jī)器人?
在焊接方面,主要使用的是點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人?激光焊接由于采用計(jì)算機(jī)控制,所以具有較強(qiáng)的靈活性和機(jī)動(dòng)性,可以對(duì)車身內(nèi)板構(gòu)件如門板?擋板?側(cè)圍?儀表板等零部件實(shí)施焊接?
采用激光釬焊對(duì)車身外部?要求外表質(zhì)量較高的部件實(shí)施焊接?頂蓋+側(cè)圍激光釬焊,通過光纖傳輸系統(tǒng)和機(jī)械手就可以進(jìn)入汽車裝配生產(chǎn)線達(dá)到自動(dòng)化焊接的目的。
三、汽車車身中焊接新材料的發(fā)展趨勢(shì)
隨著轎車發(fā)展的日趨緊湊小型化?輕量化?新材料的應(yīng)用使轎車材料構(gòu)成發(fā)生了明顯改變,未來轎車車身材料仍以鋼板為主,為使鋼板厚度減薄,將廣泛采用高強(qiáng)度鋼板?
同時(shí)為了提高車身的防腐蝕性能,世界上不少汽車廠家在轎車生產(chǎn)中大量應(yīng)用了鍍鋅鋼板?
另外,還使用鋁合金?塑料及陶瓷等材料?據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè),到本世紀(jì)末并不會(huì)在大批量轎車生產(chǎn)中出現(xiàn)全鋁車身或全塑車身?
鍍鋅鋼板
在美國焊接學(xué)會(huì)分會(huì)的會(huì)議上討論汽車工業(yè)中應(yīng)用的金屬板焊接問題時(shí),有關(guān)專家指出,焊接鍍鋅鋼板最有前途的方法是激光焊接?
但是由于該過程現(xiàn)在自動(dòng)化程度還不夠,必須完善汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用的接觸點(diǎn)焊方法?這種方法的主要缺點(diǎn)是在焊件與電極接觸中鋅的大量過渡而使電極燒損較快?
故建議使用Al2O3彌散微粒強(qiáng)化的Cu-Zn和Cu-Cr合金制造的電極,可在最小電抗下焊接,以保證獲得最小的焊接接頭尺寸?
高強(qiáng)度鋼板
為了實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化,提高汽車安全性能,高強(qiáng)度鋼板在汽車中的應(yīng)用正在逐年增加,現(xiàn)今出現(xiàn)了新一代的高強(qiáng)度鋼板材料——超細(xì)晶粒鋼?
該鋼種主要指在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)一步提高的基礎(chǔ)上,鋼鐵材料的強(qiáng)度?韌性比現(xiàn)有的鋼材提高一倍?新一代超細(xì)晶粒鋼在組織結(jié)構(gòu)上具有超細(xì)晶粒?高潔凈度?高均勻度的特性?
當(dāng)前用于研究的新一代超細(xì)晶粒鋼主要有400MPa級(jí)和800MPa級(jí)兩種?
在對(duì)新一代鋼鐵的研究上,我國與國際水平并沒有什么差距,幾乎是同時(shí)起步,同日?韓兩國共處世界的領(lǐng)先地位?
但是由于出現(xiàn)的時(shí)間較短,所以參與研究的單位也并不很多,主要是以鋼鐵研究總院和清華大學(xué)機(jī)械系為主?在對(duì)超細(xì)晶粒鋼的焊接技術(shù)進(jìn)行一定的研究后,取得了一些先進(jìn)成果?
鋁合金
鋁合金具有重量輕?強(qiáng)度高及抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn),是優(yōu)良的建筑材料,汽車工業(yè)中也逐漸在使用鋁合金材料的零部件?
鋁合金焊接有五個(gè)主要的特點(diǎn):
(1)鋁合金表面有一層致密的氧化薄膜(熔點(diǎn)約2050℃),焊接時(shí)如未能將其清除,將會(huì)影響基本金屬的熔化質(zhì)量,形成夾雜等質(zhì)量問題?
(2)熱導(dǎo)率大(約為鋼的4倍),導(dǎo)電性好,焊接時(shí)若要達(dá)到與鋼相同的焊速,則焊接熱輸入要比焊鋼時(shí)大2～4倍?
(3)線膨脹系數(shù)大,焊件有產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力?變形及裂紋的傾向?
(4)易出現(xiàn)氣孔?
(5)鋁合金焊接接頭的強(qiáng)度降低?
鋁合金焊接的這些特點(diǎn),正是我們?cè)谘兄坪附釉O(shè)備和焊接工藝時(shí)應(yīng)認(rèn)真對(duì)待的問題,只有這樣才能開發(fā)出適合鋁合金焊接的設(shè)備?材料和焊接工藝?
四、汽車車身焊接的總體發(fā)展趨勢(shì)
發(fā)展自動(dòng)化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)
縱觀整個(gè)汽車工業(yè)的焊接現(xiàn)狀,不難分析出汽車工業(yè)的焊接發(fā)展趨勢(shì)為:發(fā)展自動(dòng)化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)?
而工業(yè)機(jī)器人,因集自動(dòng)化生產(chǎn)和靈活性生產(chǎn)特點(diǎn)于一身,故轎車生產(chǎn)近年來大規(guī)模?迅速地使用了機(jī)器人?在焊接方面,主要使用的是點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人?
焊接生產(chǎn)線要高度自動(dòng)化,廣泛采用自由度的機(jī)器人,且機(jī)器人具有焊鉗儲(chǔ)存庫,可根據(jù)焊裝部位的不同要求或焊裝產(chǎn)品的變更,自動(dòng)從儲(chǔ)存庫抓換所需焊鉗?
傳輸裝置則已發(fā)展為采用無人駕駛的更具柔性化的感應(yīng)導(dǎo)向小車?
發(fā)展輕便組合式智能自動(dòng)焊機(jī)
國內(nèi)汽車焊接水平與國外相比差距很大?近年來,國內(nèi)的汽車制造廠都非常重視焊接的自動(dòng)化?
如一汽引進(jìn)的捷達(dá)車身焊裝車間的13條生產(chǎn)線的自動(dòng)化率達(dá)80%以上?各條線都由計(jì)算機(jī)(可編程控制器PLC-3)控制,自動(dòng)完成工件的傳送和焊接?
焊接由R30型極坐標(biāo)式機(jī)器人和G60肘節(jié)式機(jī)器人61臺(tái)進(jìn)行,機(jī)器人驅(qū)動(dòng)由微機(jī)控制,數(shù)字和文字顯示,磁帶記錄儀輸入和輸出程序?
機(jī)器人的動(dòng)作采用點(diǎn)到點(diǎn)的序步軌跡,具有很高的焊接自動(dòng)化水平,既改善了工作條件,提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率,又降低材料消耗?
類似的高水平的生產(chǎn)線,在上海?武漢等地都有合資及引進(jìn),包括了德國?美國?法國和日本的先進(jìn)汽車制造技術(shù)?
但這些畢竟還遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國民族汽車工業(yè)迅速發(fā)展的需要,我們必須堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新,大力加速發(fā)展高效節(jié)能的焊接新材料?新工藝和新設(shè)備,發(fā)展應(yīng)用機(jī)器人技術(shù),發(fā)展輕便靈巧的智能設(shè)備,建立高效經(jīng)濟(jì)的焊接自動(dòng)化系統(tǒng),必須用計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),提高檔次?
在不久的將來,通過我們的共同努力,國內(nèi)汽車行業(yè)的焊接技術(shù)會(huì)逐步縮短與國外先進(jìn)焊裝技術(shù)水平的差距,迎接WTO帶給汽車工業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)?
