當今先進的汽車車身焊接技術探討

劉軒 劉春陽

摘 要：汽車車身殼體是是由百余種、甚至數百種薄板沖壓件經焊接、鉚接、機械連結及粘接等方法連結而成的一個復雜的結構件，由于車身沖壓件的材料大都是具有良好焊接性能的低碳鋼，焊接具有節省鋼材、操作簡單、密封性能好等眾多優勢，是現代車身制造中應用最廣泛的連結方式。本文主要對點焊、縫焊、凸焊、二氧化碳氣體保護焊、激光焊等工藝進行了分析。

關鍵詞：汽車;車身焊接;焊接技術

汽車行業的飛速發展令汽車的質量不斷地發生變化，汽車所選擇的材料尤其是鋼類材料也越來越多樣，在實際應用中范圍非常大。車身安全性是消費者的第一個要求，汽車用鋼的強度和包厚度都在變化。汽車焊接工藝可以令汽車的整體性更強，也會令汽車車身質量乃至汽車的質量都得到很大的提高，在安全、密度、舒適度等方面都具有積極作用。

1.汽車車身焊接質量控制難點

1.1缺乏先進科學的理論支持

汽車車身電阻焊接過程具有復雜性，而且存在很多因素都會對汽車車身焊接質量產生影響。常見的有被焊的材料、電流、電極以及時間等等，除了這些因素之外還有很多種因素直接影響著焊接的質量。因此在實踐中無法將這些復雜因素影響汽車車身焊接質量的規律總結出來并形成理論進行研究。這就導致汽車車身焊接一直缺乏先進的科學的理論作為基礎，無法起到指導性作用。

1.2缺乏參數控制方案

焊接電流以及壓力和時間都影響著電阻焊焊接過程，加之實踐中還存在很多其他的因素影響著焊接質量，所以參數控制方案一直無法形成。比如實踐中工廠中的整條壓縮空氣管路對于焊接壓力的影響，還有通電時間對于電流熱量的影響等。焊接參數在整個實踐過程中沒有檢測的時間，檢查校正參數的工作是由工程師完成的，而且是按照定期檢查校正的方式進行的，這樣一來設備參數發生的變動對于焊接質量的影響會加大。

1.3缺乏豐富的控制手段

目前我國較為常見的焊接質量檢查手段是生產線鑿檢以及定期破檢兩種方式。這兩種方式各自都存在不足之處，無法滿足要求。比如生產線鑿檢占用的時間多，而且需要很多被覆蓋的點完全不能夠采用鑿檢的方法。另外鑿檢的操作技術難度大，需要專業人員進行。破檢這種檢查方式的周期非常長，對及時解決問題不具有現實意義，加之應用這種技術的成本非常高，所以在實踐中應用的時候意義不大。

2. 車身新材料和焊接新技術

2.1、車身新材料

隨著汽車工業的發展，為了節約能源和安全性考慮，車身采用大量新型材料。車身結構材料從單一鋼結構，逐步向高強度優質鋼結構，進而向輕質合金和復合材料結構發展。

2.1.1輕合金材料

為了使車身重量變得更輕，國外汽車廠商在車身結構設計中開始采用輕合金，包括鎂合金、鋁合金、甚至鈦合金，這樣就使得車身焊接的難度進一步加大。尤其是鋁合金的點焊難度非常大，目前較多的情況還是采用TIG/MIG焊，或鉚接/TOX連接法，或膠粘結的方法。英國最近發明的摩擦攪拌點焊技術，對于解決鋁合金的車身焊接有很好的效果，其焊接強度非常理想，但由于摩擦攪拌點焊的焊點中心有個小孔，故往往用于內板結構件上。

2.1.2 高強度鋼

為獲得相同的塑性變形，就需要較大的電極壓力，從而造成高強度鋼性能使得塑性溫度區間變窄，這就給焊接工藝提出了新的挑戰。通常是對傳統點焊工藝進行改進優化，采用脈沖點焊、中頻點焊等專有技術，增加焊接壓力、控制焊接過程，從而獲得性能良好的焊點質量。激光焊工藝的發展大大提高了高強度鋼板的焊接性能和接頭焊接強度，成功地應用于門檻、座椅、骨架、保險杠加強板、縱梁和橫梁等車身的高強度功能件，為了實現超高強度鋼車身部件沖壓成形，熱沖壓成形和中頻點焊、激光焊接成為針對此問題的重要焊接手段。

2.1.3 碳素纖維復合材料

為了減輕車身重量，有些汽車公司在制造車身和底盤零部件的時候，采用了碳纖維增強聚合基復合材料，這樣可減輕車身重量達50%～65%。碳素纖維復合材料的連接不同于金屬的焊接，所以其難度也更大，此外，也有汽車開發商成功采用樹脂傳遞模塑成形工藝，試制出轎車碳纖維底板。

2.2車身焊接新技術

2.2.1脈沖GMAW（P-GMAW）焊技術

脈沖GMAW焊是國外近幾年發展起來的一種新型高效、高速焊接新工藝，容易與機器人配合，能充分體現高效化焊接的特點，實現機器人系統的空間可達性與焊接速度之間的協同和完美組合。P-GMAW電弧過程具有好的穩定性，能有效保證焊縫質量的一致性，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。在德國AUDI A8全鋁合金車身框架結構的管狀型材和結合點的焊接中，均大量地采用了P-GMAW的工藝。

2.2.2等離子弧焊技術

由于激光焊接成本高昂，而且其對技術的要求非常嚴格，在國內大面積應用還存在較大困難，所以在某種程度上，我們可以研究等離子弧焊接，并將其應用于汽車企業。等離子弧弧柱溫度高、能量密度大，所以對焊件的加熱較為集中，且熔透能力強，在同樣熔深下，等離子弧焊接速度比TIG 焊高，從而可以極大地提高焊接生產效率。

2.2.3激光-MIG復合焊技術

激光焊與電弧焊是兩種不同的焊接工藝，前者是通過光纖將能量傳輸到工件上，而后者是通過弧柱傳輸能量。與電弧焊相比，激光焊的熱影響區較窄，焊縫的深寬比高，焊接速度較快。但其焦點直徑很小，所以焊縫“搭橋”能力很差。相反，電弧焊的能量密度比較低，加熱面積大，但焊接速度相對較低。激光復合焊結合了這兩種焊接技術的優點，使激光束和電弧同時作用于焊接區，從而獲得優良的綜合性能，不但改善了焊接質量和生產工藝，也極大地提高了效率成本比，為鋁車身的焊接提供了一種全新的焊接工藝。此外，對于鍍鋅板的車身焊接，激光熱絲釬焊是比較理想的選擇，采用MIG焊電源預熱填充焊絲，它與M IG復合焊的最大區別在于增加了一套軟件。

2.3機器人應用技術

2.3.1點焊機器人：主要進行的是點焊作業，在點與點之間移位時速度比較快，從而減少了移位的時間，通過平穩的動作、長時間的重復工作和準確的定位，取代了笨重、單調、重復的體力勞動，更好地保證了焊點質量，使工作效率得到了很大的提高。它是柔性自動生產系統的重要組成部分，增強了企業應變能力。

2.3.2弧焊機器人：弧焊過程比點焊過程要復雜得多，對焊絲端頭的運動軌跡、焊槍姿態、焊接參數都要求精確控制。具有較高的抗干擾能力和高的可靠性。能實現連續軌跡控制，并可以利用直線插補和圓弧插補功能焊接由直線及圓弧所組成的空間焊縫，還應具備不同擺動樣式的軟件功能，供編程時選用，以便作擺動焊，而且擺動在每一周期中的停頓點處，機器人也應自動停止向前運動，以滿足工藝要求。此外，還應有接觸尋位、自動尋找焊縫起點位置、電弧跟蹤及自動再引弧功能等。

2.3.3激光焊接機器人：激光焊接是與傳統焊接本質不同的一種焊接方法，是將兩塊鋼板的分子進行了重新組合，使兩塊鋼板融為了一體變為一塊鋼板，從而提升了車身結構強度。同時在焊接過程中焊接工件變形非常小，一點連接間隙都沒有，焊接深度/寬度比高，焊接質量高。從而提升了車身的結合精度。可見機器人的應用，實現了焊接流水線的智能化，實現了焊接生產線的自動化與現代化。

參考文獻：

[1]饒良才，蔡成偉，馬海龍，王曉峰，莫水金.汽車車身焊接質量控制[J].中國高新區，2017，（20）.

[21劉春光.汽車車身的焊接工藝設計[J].科技創新與應用，2017，（03）.