談汽車產業中焊接自動化技術的應用

巢杰　程超　陳海龍

摘 要：隨著我國汽車產業飛速發展，汽車制造技術改革步伐也在不斷加快，焊接作為汽車制造的關鍵環節，是汽車制造業技術創新的主要“陣地”。隨著人們對汽車制造技術要求的提升，車身流線、美觀度等成為了消費者購車的重要考慮因素，為了保證車身造型美和安全性，焊接自動化技術逐漸成為汽車制造企業技術創新重點，很多企業開始研究機械技術、自動化技術和人工智能技術在汽車焊接自動化技術中的運用，進一步提升汽車零部件和車身制造工藝，為我國汽車產業轉型升級注入活力。

關鍵詞：汽車產業 焊接技術 自動化技術 應用策略

Discussion about the Application of Welding Automation Technology in the Automobile Industry

Chao Jie，Cheng Chao，Chen Hailong

Abstract：With the rapid development of China's automobile industry， the pace of automobile manufacturing technology reform is also accelerating. As a key link of automobile manufacturing， welding is the main "front" of technological innovation. As people’s requirements for automobile manufacturing technology increase， body streamlines， and aesthetics have become important considerations for consumers when buying cars. To ensure the beauty and safety of the body shape， welding automation technology has gradually become the focus of technological innovation for automobile manufacturers. Many companies begin to study the application of mechanical technology， automation technology and artificial intelligence technology in automotive welding automation technology， further improve the manufacturing process of auto parts and bodywork， and inject vitality into the transformation and upgrading of China's auto industry.

Key words：automobile industry， welding technology， automation technology， application strategy

1 引言

隨著我國汽車制造業轉型升級，焊接自動化技術逐步成熟，與發達國家之間的差距逐漸縮小，我國汽車焊接自動化逐步向智能化、集成化、柔性化和環?；l展，積極響應了我國節能減排戰略目標。汽車制造企業要積極研發焊接自動化機器人，實現標準化、流水線操作，在保證焊接精度和美觀度基礎上，提升焊接環節工作效率;積極更新自動化控制技術，運用PLC系統和虛擬仿真系統開展操作，滿足不同標準焊接要求;促進人工智能技術和焊機自動化技術融合，運用傳感、AI監測等對焊機過程進行監督，保證焊機自動化加工質量，全面提升汽車焊接自動化技術質量和安全性。

2 汽車產業焊接自動化技術特點

2.1 降低生產成本，提升焊接效率

焊接自動化技術主要由工業機器人完成，一臺自動焊接機器人可以承擔3-4名工人的工作量，并且還可以連續工作，還可以大大降低焊接事故發生，工作效率遠遠高于人工，焊機自動化技術可以幫助企業降低人力成本，把更多資金運用在新技術研發上。此外，焊接自動化技術還可以幫助企業緩解“用工荒”，彌補部分企業缺少高級焊工的不足，利用高科技、標準化自動焊接機器人來代替人力焊接，保證焊接工作的順利開展，同時提升汽車焊接加工環節工作效率。

2.2 標準化焊接作業，提升加工質量

焊接自動化的一大優勢在于標準化作業，技術人員通過PLC技術或自動化操作系統來設定焊接標準、焊接位置等技術參數，機器人就可以按照設定好的程序開始工作，真正實現了標準化、精細化作業，保證了汽車車身和零部件焊接質量。人力焊接受自身技能、外部因素的干擾，焊接自動化技術可以排除內外部干擾，技術人員只要設定好焊接參數、焊接運動軌跡、焊槍角度、材料融化溫度等數值，焊接程序就可以自動運行，避免出現焊穿、焊偏等問題，提升焊接產品的合格率和加工精度。

2.3 自動化焊接作業，優化作業環境

焊接作業具有一定危險性，屬于特殊工種，需要借助一定特殊材料和化學藥品，焊接時會產生弧光、粉塵和刺鼻氣味，一些材料在高溫熔化后會產生有毒氣體，容易損害焊工的身體健康。焊接自動化技術可以更好的保證焊工健康和安全，焊工可以通過自動化控制系統進行遠程操作，根據汽車、零部件焊接工藝要求來設定焊接程序指令，在車間進行遠程操作和監管即可，避免了焊工遭受職業病侵害，還可以降低焊工作業強度，提升焊接自動化作業質量。

3 新時期我國汽車產業焊接自動化技術趨勢

3.1 趨向于構建柔性化、自動化加工系統

隨著消費者對汽車外形、性能要求的提升，車身外觀造型成為了汽車企業技術研發重點，為了提升市場占有率，汽車企業紛紛開始研發新車型，這對汽車焊接工藝提出了更高的要求。很多汽車企業開始嘗試建立自動化柔性焊接生產線，結合本企業主要車型焊接標準來建設混合生產線，把不同規格的分總成焊接夾具組合在一起，滿足不同車型焊接要求，降低企業設備采購成本，焊工也可以在一條生產線上完成所有焊接工作，有效提升汽車車身焊接生產線效率。

3.2 樹立綠色環保發展理念

汽車車身焊接主要采用熔化焊、壓力焊和釬焊等方式，這些傳統焊接方式在作業過程中會釋放污染物，不僅影響作業人員健康，還會影響車間環境。焊接自動化由機器人完成，技術人員通過智能控制系統來設定焊接軌跡、焊槍角度以及焊接位置等程序，機器人根據指令進行焊接，大大縮短焊接用時，從而減少弧光、噪音和煙塵等污染物產生，可以減輕車間環境污染，還可以節省焊接材料，落實好綠色環保理念，實現汽車制造業可持續發展。

3.3 研發適合新材料的焊接技術

新時期我國汽車產業倡導輕量化發展，這一理念滲透在汽車設計、制造和材料選擇上，尤其是汽車車身加工材料更注重輕量化，以便制造出更加美觀的流線車型。很多汽車企業開始嘗試把更為輕薄、韌性更好的新材料運用在車身設計中，例如我們熟悉的鍍鋅板、鎂鋁合金和高強度纖維復合板等新材料，這些材料不僅抗撞擊效果比較好，在焊接時更容易成型，它們正在成為汽車車身橫梁、縱梁以及車身板簧支架的主要制作材料。

4 汽車產業中焊接自動化技術的應用策略

4.1 加快研發焊接機器人，提升加工效率

汽車制造企業要積極研發焊接機器人工作站以及混合生產線，全面普及焊機自動化技術，逐步打造“無人焊接車間”。焊接機器人是焊機自動化技術研發重點，企業可以加快研發機器人控制系統、焊槍、機器人末端執行器、示教器以及視頻識別系統等一體化工作站，技術人員可以在操作臺進行遠程操作，通過視頻識別系統觀察焊接作業進展。末端執行器是焊機機器人研發難點，技術人員要根據不同焊接工藝要求安裝不同的夾具和機械臂，方便旋轉或移動加工工件，確保對準焊接點，保證焊接點的準確性和穩定性，例如在焊接汽車電子控制系統面板時，需要換上小型號夾具，控制好面板，再利用機械臂把相應零部件焊接在對應位置，技術人員通過設定翻轉程序來控制面板移動，確保所有零部件都焊接在觸點上。

4.2 搭建智能作業和檢測系統，實施精細化焊接

焊接自動化技術可實現自動檢測、安全預警，企業可以在焊接自動化生產線安裝傳感器和視頻檢測系統，在線對車身焊接質量進行檢測，降低車身焊接返工率，降低企業生產成本。例如技術人員可以針對汽車車架焊接設計檢測系統，先對車架整體焊接點進行分類，選擇合適的焊鉗，例如X 形，C形焊鉗，再根據夾具總成來確定喉深、電極形狀，采用橫吊、縱吊還是轉吊方式來進行焊接。技術人員確認好這些基本信息后，可以利用焊接機器人視覺系統進行作業，先對汽車車身進行全面掃描，確認全部焊接點，以及相應的焊接軌跡，在控制面板和示教器上設定好相關參數，技術人員通過視頻監視器進行全程檢測。自動感應小車把車技運輸到作業區域，再由機械手和機器人共同作業，機器人可以先把夾具固定到制定位置，選用激光焊接頭、釬焊等不同焊頭與焊槍進行焊接。

4.3 優化PLC系統控制技術，實現自動化加工

PLC系統是焊接自動化的關鍵技術，技術人員可以根據汽車車身、零部件焊接工藝要求來優化PLC系統，利用PLC自動控制系統把焊接工件送到操作臺上，自動更換焊接夾具，還可以利用PLC系統識別車型、為不同車型匹配不同的焊接程序，真正實現自動化焊接。例如技術人員可以利用西門子PLC系統控制激光焊接機器人以及焊接夾具系統，控制焊接機器人整個作業過程，通過設定指令要讓機器人更換夾具、激光器，控制整合焊接生產線電源，實現自動化作業。例如技術人員在焊接汽車白車身時，可以運用PLC系統來設計焊接自動化程序，工位上安裝焊接夾具，每套夾具上的氣缸為一組，并安裝三位五通電磁換向閥，氣缸上還要安裝干簧管磁性開關，把機器人通訊接口和夾具識別系統連接起來，設定好溫度和位置傳感器，一旦焊接點溫度太高或機器人未到達焊接點，系統會發出警報，PLC系統會記錄激光焊接機器人作業情況，及時發現焊接過程中存在的問題，隨時調整程序代碼，保證汽車焊接自動化作業的穩定性和安全性。汽車企業要根據主要生產車型編寫不同的PLC控制程序，方便技術人員根據汽車型號選擇不同的焊接程序，對汽車零部件、車架和車身進行自動化焊接，嚴格把控焊接位置、焊接軌跡和焊接痕跡平整度，提升汽車外形美觀度。

4.4 優化機械操控技術，滿足汽車不同焊接要求

焊機自動化需要機械裝置的配合，需要利用機械自動化技術來完成操作，例如固定機械裝置和轉化機械裝置，方便焊接機器人進行操作。例如汽車車架焊接結構零件一般在2-4mm，對焊接精準度和技術要求比較高，技術人員可以為機器人設定CO2氣體保護焊方法，控制好夾具定位面和壓緊塊以及焊接制件之間的縫隙，用夾具加緊焊接部位，防止車架在焊接時出現變形。焊接自動化要遵循對稱焊接原則，從車架中央向前尾方向開始焊接，然后再向左右兩側進行焊接，盡量把焊縫安排在車架結構截面的中性軸上或靠近中性軸的位置上，減少焊縫引起的撓曲。焊接完成后還要對車架進行矯正，技術人員可以設定機械矯正法，以車架中部為中心，把整個車架放置在校正夾具上，分別向車架前端或后端四點施加外力，減少車架總成壓縮變形區的金屬變形，矯正車架外形。

5 結語

汽車企業要加強焊接自動化技術研發，把人工智能、機械自動化、PLC系統技術融入焊接自動化研究中，立足汽車焊機工藝發展趨勢，積極打造焊接自動化生產線，研發智能化焊接機器人，不斷提升汽車車身、車架和零部件焊接工藝精度，為我國汽車制造業轉型升級貢獻一份力量。

參考文獻：

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