汽車制造領域中焊接自動化技術的應用

摘 要：焊接是汽車制造中的關鍵技術之一，涉及車身金屬結構、零部件等的焊接，是影響汽車制造質量、車身安全的重要因素，其重要性不言而喻。汽車制造企業要積極創新焊機技術，引進焊接自動化技術，運用主體與控制器，智能化操作焊接裝置；運用自動化焊接機器人，提高焊接精度；應用PLC控制技術，提高焊接自動化效果；優化機械操控技術，根據車身結構、材質特點開展焊接作業，滿足汽車焊接需求；融合運用傳感技術，保證汽車焊接質量和安全性，進一步提高汽車制造質量和效率，促進我國汽車制造產業可持續發展。

關鍵詞：汽車制造 人工智能 焊接自動化技術 應用策略

0 引言

隨著人工智能、物聯網、大數據等技術的飛速發展，我國汽車產業異軍突起，成為國民經濟發展熱點，汽車生產量、出口量逐年增長，帶動了金屬材料加工、新能源等產業發展。汽車制造涉及金屬材料加工制造、金屬結構焊接、零部件制造等多種技術，其中焊機技術是汽車制造核心技術之一，對提升汽車生產效率和質量具有重要意義。為了促進我國汽車制造產業集約化、智能化、規模化發展，汽車制造企業要積極推動科研創新，研發新型焊接技術，把工業機器人、PLC程序和傳感器等新技術融入汽車焊接工藝中，實現焊接自動化，提高焊接精度，讓焊接面更加平滑牢固，確保高效率、高質量完成焊接生產，進一步提高汽車生產效率。

1 焊接自動化技術特點

1.1 生產效率高、成本低

焊接自動化技術具有生產效率高、智能化控制和成本低的優點，備受制造類企業青睞。目前應用最為廣泛的焊接自動化技術是焊接機器人，只需要幾名技術人員進行操作，可以代替人工進行焊接操作，有效降低了人力成本，幫助企業節約成本。同時，焊接機器人運轉速度快，焊接效率要遠遠高于人工，可以提高整個生產流水線工作效率，實現智能化監測與維護，有效降低設備維修成本，可以進行連續高強度作業，有效提供企業生產效率，幫助他們實現降本增效的發展目標。

1.2 有效提高產品加工質量

焊接自動化實現了智能化、標準化、程序化作業，遠比人工焊接定位、操作精度要高，可以在焊接過程中進行重復性定位，確保焊接位置準確性，有利于提高焊接成品質量。技術人員可以通過焊接機器人、PLC程序開展焊接自動化作業，設置好焊接參數、運動軌跡、焊槍角度，避免出現焊偏、焊穿、未熔合等問題，提高焊接精度，有利于提高焊接加工質量。焊接自動化可以根據焊接材料特點、焊接要求來設置焊接程序，設置好焊接參數和焊接軌跡，確保同一批次產品采用同一個焊接標準，實現規模化作業，有利于提高產品合格率，從而提高產品加工質量。

1.3 改善焊接操作環境

焊接屬于特殊工種，在作業過程中會運用特殊材料、設備，會產生火星或金屬物飛濺，并伴隨著噪聲、弧光和煙塵，還會產生有害氣體，威脅焊接人員身體健康、破壞生產環境，焊接行業職業病發病率比較高。焊接自動化由機器人代替人工進行作業，技術人員可以借助PLC程序、控制器等來進行遠程操作，設置好焊接軌跡、焊點位置等參數，避免直接接觸煙塵、弧光和有害氣體，從而降低職業病患病率，有效降低勞動強度，并減少對生產車間環境的破壞，保證焊接生產安全性和生產效率。

2 汽車制造業中焊接技術應用現狀分析

2.1 電阻點焊

汽車制造屬于高新技術產業，離不開各類金屬材料，對焊接工藝要求比較高。車身焊接是汽車制造業焊接工藝的核心，也是車身穩定性、安全性的關鍵要素，其重要性不言而喻。目前汽車車身焊接中運用比較廣泛的是電阻電焊技術，需要調試好靜/動臂電機、電流間的總電阻、焊接時間，設置好焊接電流、電壓值，夾緊夾具，保證焊點在加壓時互熔，保證電阻焊接質量。技術人員可以利用電阻電焊來焊接汽車各個部位的零部件，做好零部件焊接位置清潔，先試焊再進行正式作業，保證YkPEIsQh7N05NbdDaYRtwQ==焊點可以準確互熔，提高電阻焊接效率和質量，從而提高車身焊接質量。

2.2 激光焊接

激光焊接利用高能量密度的激光束作為熱源進行焊接，焊接精度更高、效率更高，主要運用在微小型零件的精密焊接中。目前汽車齒輪焊接普遍采用激光焊接，根據齒輪重量、大小、運行速率等來設置激光焊接點、激光束數量等指標，實現高精密焊機，確保齒輪牢固性，保證汽車行駛安全。激光焊接相對于其他焊接方式，具有靈活性強、焊接時間短、焊接位置小等優點，更適用于汽車微小型零部件焊接，保證汽車焊接工作效率。

2.3 弧焊焊接

弧焊技術在汽車制造領域有著廣泛運用，可以運用于車身、零部件等焊接工作中，進一步提高焊接工作效率。焊接人員要利用熔化極惰性氣體保護焊進行作業，利用氬氣或富氬氣體作為保護介質，把可熔化的焊絲放置在需要焊接的汽車零部件之間，焊接過程透明化，便于控制焊接位置和精度。但是弧焊在焊接過程中暴露出一些問題，例如焊口精度誤差比較大、焊接過程中產生金屬飛濺和有害氣體、容易偏離焊接軌跡等問題，影響了焊接質量，有很大的提升空間。

3 汽車制造領域中焊接自動化技術的應用策略

3.1 應用主體與控制器，智能化操作焊接裝置

汽車制造企業要加大在焊接自動化技術研發與引進上的投入，安裝主體與控制器，更新焊接設備，設計自動化焊接裝置，進一步促進焊接自動化技術發展。第一，自動化焊接裝置整體要選用抗腐蝕的材料，主體大都是六軸關節型構成，搭載交流伺服機，提前測量和計算焊接軌跡，并把焊接軌跡導入系統中，通過控制器控制焊接裝置，代替人工進行自動化、智能化焊接，不僅可以提高焊接工作效率，還可以降低人力成本。技術人員在自動化焊接裝置運行過程中要進行全程監測，通過自動控制系統監測焊接軌跡、焊接點熔化情況等數據，一旦發現設備故障，要及時停下設備進行維修，保證焊接精度。第二，汽車企業可以引進先進的焊接遠程操作控制系統，把自動焊接裝置控制程序連接在計算機上，設立自動化焊接控制中線，遠程啟動、調試和關閉自動焊接裝置，根據汽車車身、零部件焊接和電路板焊接參數、焊接軌跡等來設置控制程序，既可以保證焊接工作效率，又可以提高焊接精度。例如企業可以引進電路板無縫焊接遠程操作控制系統，利用該系統進行汽車電路板焊接質量與效率，保證電路板焊接準確性和牢固性，保障汽車電子控制系統性能。

3.2 引進自動化焊接機器人，提高汽車焊接精度

隨著人工智能、大數據和物聯網等技術日益成熟，自動焊接機器人成為汽車焊接自動化領域的“佼佼者”。自動焊接機器人可以根據設定好的焊接點、焊接軌跡、焊機參數等進行作業，保證焊接作業的準確性，進一步提高汽車焊接效率和質量。目前運用比較廣泛的自動焊接機器人工作站包括了箱體型、軸類焊接型和焊接螺柱型，適用于汽車不同部位的焊接，滿足汽車焊接要求。箱體型工作站主要以弧焊機器人為主，應用于微小型汽車零部件、齒輪等高精密焊接，保證汽車焊接質量和工作效率。軸類焊接型主要運用在汽車轉軸類節奏零部件焊接，例如軸承、保險杠等基礎結構的焊接，工作量比較大，依靠內置的控制程序實現標準化、規模化作業，嚴格把控焊接參數，把焊接尺寸誤差縮小到最小范圍，保證汽車安全性。焊接螺柱型機器人主要負責汽車螺柱的焊接，由技術人員在控制系統中輸入螺柱焊接點坐標、焊接軌跡等相關參數，快速進行精準定位，確認好螺柱焊接位置，滿足不同規格螺柱焊接要求，有效提高螺柱焊接效率。

3.3 運用PLC控制技術，提高焊接自動化水平

PLC程序安裝了微型計算機，可以幫助技術人員遠程控制焊接機器人、焊接自動化程序，是焊接自動化的核心技術。首先，汽車制造企業技術人員要明確車身、齒輪、軸承、電路板和微小型零部件等不同結構焊接要求，制定不同結構焊接標準，編寫相關程序代碼，實現標準化、智能化焊接，滿足汽車生產線需求。技術人員可以利用PLC系統實現焊接工件傳送、車型掃描識別和自動化焊接，第一步PLC控制程序把需要焊接的工件傳送到操作臺，調試好焊接夾具的位置、角度；第二步自動化掃描識別焊接工件類型，判斷出工件所屬車型，根據車型確定焊接自動化程序，并自動執行焊接指令，保證焊接準確性和效率。例如技術人員可以利用西門子PLC系統來操控激光焊接機器人，根據汽車電路板焊接參數來設定PLC程序，明確激光焊接點、焊接軌跡，利用PLC程序控制激光焊接機器人進行作業，實現精準定位焊接點、調試焊槍角度、識別焊接參數，提高汽車電路板焊接精準度。其次，技術人員可以利用PLC系統進行汽車車身焊接，根據車身金屬材料性能、熔點等來設定焊接自動化程序，明確車身各個焊接點位置，并在相應位置安裝焊接夾具，在夾具上安裝三位五通電磁換向閥，通過這些閥門把焊接機器人通信口和夾具識別系統連接起來，啟動焊接程序，實現車身多個焊點同時進行焊接，實現智能化、精準化焊接。同時，PLC系統還可以監測焊接機器人作業過程，一旦檢測到焊接點溫度偏高、機器人焊接方位偏離預定軌跡，系統會主動發出警報，提醒技術人員及時查看PLC系統數據，及時發現系統中存在的問題，保證汽車車身焊接自動化作業順利進行。

3.4 優化機械控制技術，滿足汽車產業焊接需求

焊接自動化離不開各種機械裝置，例如焊接夾具、傳送帶等機械設備，因此，汽車制造企業要不斷促進機械自動化技術發展，便于焊接機器人開展作業，有效提高焊接工作效率。例如汽車車架焊接結構零配件通常為2-4ram，確定了汽車的基本輪廓和防撞性能，對焊接工藝要求比較高。技術人員可以利用焊接機器人來焊接汽車車架，采用二氧化碳氣體保護焊方式，利用機械自動化技術調整焊接夾具角度、定位面，縮小夾具與焊接工件之間的空隙，避免車架在焊接過程中出現變形。焊接機器人要遵循對稱焊接原則，先從車架中央朝著前尾一側進行焊接，再往左右兩側進行焊接，盡量把焊縫留在接近車架中性軸的部位，避免由于焊縫引發撓曲問題。機器人焊接結束后，技術人員可以把焊接好的車架放置在矯正夾具上，設定好機械矯正方式，分別對車架四個定位點施加壓力，對車架外形進行調整，避免后續出現金屬變形問題，不斷提高汽車車架焊接水平。汽車制造企業要積極把機械自動化技術和焊接自動化技術聯系起來，更新焊接機械設備，滿足汽車車架、車身、微小型零部件等焊接需求，進一步提高焊接工藝水平，為提高汽車產量、汽車生產質量奠定良好基礎。

3.5 應用傳感器技術，提高汽車焊接工藝水平

汽車生產企業要積極引進先進的傳感器，并把傳感器運用在焊接機器人上，優化焊接自動化技術，進一步提高汽車制造業焊接工藝水平。第一，技術人員在運用傳感技術前，要做好相關實驗，測試不同類型傳感器在焊接自動化中的應用效果，例如傳感器在車型掃描與識別、焊接軌跡計算與規劃、焊接質量檢測等領域的運用效果，可以進行實驗室和生產車間實驗，獲取更加準確的實驗數據。技術人員可以測試溫度傳感器在自動焊接機器人中的運用，智能化測試焊接點溫度，一旦發現焊接點溫度過高，自動向控制程序發送預警，及時檢查焊接作業流程，調試相關程序，提高焊接精度和安全性。第二，技術人員在運用傳感技術開展自動化焊接作業過程中，還要利用傳感器對焊接流程、焊接軌跡、焊接參數等進行監測，觀察控制系統后臺各項參數，并對數據進行分析。例如技術人員可以利用溫度傳感器、光敏傳感器等對焊接機器人作業流程進行檢測，重點檢測焊接點溫度、焊接軌跡、焊接誤差等項目，一旦發現問題，要及時關閉焊接機器人，快速調整焊接自動化控制程序，再次調試程序，保證焊接工藝精度，從而提高汽車生產質量。

4 結語

總之，人工智能、物聯網和大數據等新技術為汽車制造業創造了新的發展機遇，加快了焊接自動化技術創新，有效提高了焊接工藝精度和生產效率，有利于塑造中國汽車制造企業良好品牌形象，讓中國汽車走向世界，加快制造業轉型升級步伐。汽車制造企業要加大科研創新上的投入，積極引進自動焊接機器人，滿足車架、車身、齒輪、軸承等不同結構焊接需求，實現智能化、標準化焊接作業，及時更新PLC控制程序，利用PLC系統控制焊接機器人，提高汽車領域焊接自動化水平。同時，汽車企業技術人員要積極運用傳感技術，把不同類型傳感器安裝在焊接設備、機械設備上，采集焊接機器人作業過程中的數據，實現智能化分析，及時發現焊接作業中存在的問題，便于解決焊接中存在的問題，提高汽車焊接工藝精度和生產效率，促進汽車產業高質量發展。

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