当今先进的汽车车身焊接技术探讨

刘轩 刘春阳

摘 要：汽车车身壳体是是由百余种、甚至数百种薄板冲压件经焊接、铆接、机械连结及粘接等方法连结而成的一个复杂的结构件，由于车身冲压件的材料大都是具有良好焊接性能的低碳钢，焊接具有节省钢材、操作简单、密封性能好等众多优势，是现代车身制造中应用最广泛的连结方式。本文主要对点焊、缝焊、凸焊、二氧化碳气体保护焊、激光焊等工艺进行了分析。

关键词：汽车;车身焊接;焊接技术

汽车行业的飞速发展令汽车的质量不断地发生变化，汽车所选择的材料尤其是钢类材料也越来越多样，在实际应用中范围非常大。车身安全性是消费者的第一个要求，汽车用钢的强度和包厚度都在变化。汽车焊接工艺可以令汽车的整体性更强，也会令汽车车身质量乃至汽车的质量都得到很大的提高，在安全、密度、舒适度等方面都具有积极作用。

1.汽车车身焊接质量控制难点

1.1缺乏先进科学的理论支持

汽车车身电阻焊接过程具有复杂性，而且存在很多因素都会对汽车车身焊接质量产生影响。常见的有被焊的材料、电流、电极以及时间等等，除了这些因素之外还有很多种因素直接影响着焊接的质量。因此在实践中无法将这些复杂因素影响汽车车身焊接质量的规律总结出来并形成理论进行研究。这就导致汽车车身焊接一直缺乏先进的科学的理论作为基础，无法起到指导性作用。

1.2缺乏参数控制方案

焊接电流以及压力和时间都影响着电阻焊焊接过程，加之实践中还存在很多其他的因素影响着焊接质量，所以参数控制方案一直无法形成。比如实践中工厂中的整条压缩空气管路对于焊接压力的影响，还有通电时间对于电流热量的影响等。焊接参数在整个实践过程中没有检测的时间，检查校正参数的工作是由工程师完成的，而且是按照定期检查校正的方式进行的，这样一来设备参数发生的变动对于焊接质量的影响会加大。

1.3缺乏丰富的控制手段

目前我国较为常见的焊接质量检查手段是生产线凿检以及定期破检两种方式。这两种方式各自都存在不足之处，无法满足要求。比如生产线凿检占用的时间多，而且需要很多被覆盖的点完全不能够采用凿检的方法。另外凿检的操作技术难度大，需要专业人员进行。破检这种检查方式的周期非常长，对及时解决问题不具有现实意义，加之应用这种技术的成本非常高，所以在实践中应用的时候意义不大。

2. 车身新材料和焊接新技术

2.1、车身新材料

随着汽车工业的发展，为了节约能源和安全性考虑，车身采用大量新型材料。车身结构材料从单一钢结构，逐步向高强度优质钢结构，进而向轻质合金和复合材料结构发展。

2.1.1轻合金材料

为了使车身重量变得更轻，国外汽车厂商在车身结构设计中开始采用轻合金，包括镁合金、铝合金、甚至钛合金，这样就使得车身焊接的难度进一步加大。尤其是铝合金的点焊难度非常大，目前较多的情况还是采用TIG/MIG焊，或铆接/TOX连接法，或胶粘结的方法。英国最近发明的摩擦搅拌点焊技术，对于解决铝合金的车身焊接有很好的效果，其焊接强度非常理想，但由于摩擦搅拌点焊的焊点中心有个小孔，故往往用于内板结构件上。

2.1.2 高强度钢

为获得相同的塑性变形，就需要较大的电极压力，从而造成高强度钢性能使得塑性温度区间变窄，这就给焊接工艺提出了新的挑战。通常是对传统点焊工艺进行改进优化，采用脉冲点焊、中频点焊等专有技术，增加焊接压力、控制焊接过程，从而获得性能良好的焊点质量。激光焊工艺的发展大大提高了高强度钢板的焊接性能和接头焊接强度，成功地应用于门槛、座椅、骨架、保险杠加强板、纵梁和横梁等车身的高强度功能件，为了实现超高强度钢车身部件冲压成形，热冲压成形和中频点焊、激光焊接成为针对此问题的重要焊接手段。

2.1.3 碳素纤维复合材料

为了减轻车身重量，有些汽车公司在制造车身和底盘零部件的时候，采用了碳纤维增强聚合基复合材料，这样可减轻车身重量达50%～65%。碳素纤维复合材料的连接不同于金属的焊接，所以其难度也更大，此外，也有汽车开发商成功采用树脂传递模塑成形工艺，试制出轿车碳纤维底板。

2.2车身焊接新技术

2.2.1脉冲GMAW（P-GMAW）焊技术

脉冲GMAW焊是国外近几年发展起来的一种新型高效、高速焊接新工艺，容易与机器人配合，能充分体现高效化焊接的特点，实现机器人系统的空间可达性与焊接速度之间的协同和完美组合。P-GMAW电弧过程具有好的稳定性，能有效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而造成的熔深不足。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的全位置焊接。在德国AUDI A8全铝合金车身框架结构的管状型材和结合点的焊接中，均大量地采用了P-GMAW的工艺。

2.2.2等离子弧焊技术

由于激光焊接成本高昂，而且其对技术的要求非常严格，在国内大面积应用还存在较大困难，所以在某种程度上，我们可以研究等离子弧焊接，并将其应用于汽车企业。等离子弧弧柱温度高、能量密度大，所以对焊件的加热较为集中，且熔透能力强，在同样熔深下，等离子弧焊接速度比TIG 焊高，从而可以极大地提高焊接生产效率。

2.2.3激光-MIG复合焊技术

激光焊与电弧焊是两种不同的焊接工艺，前者是通过光纤将能量传输到工件上，而后者是通过弧柱传输能量。与电弧焊相比，激光焊的热影响区较窄，焊缝的深宽比高，焊接速度较快。但其焦点直径很小，所以焊缝“搭桥”能力很差。相反，电弧焊的能量密度比较低，加热面积大，但焊接速度相对较低。激光复合焊结合了这两种焊接技术的优点，使激光束和电弧同时作用于焊接区，从而获得优良的综合性能，不但改善了焊接质量和生产工艺，也极大地提高了效率成本比，为铝车身的焊接提供了一種全新的焊接工艺。此外，对于镀锌板的车身焊接，激光热丝钎焊是比较理想的选择，采用MIG焊电源预热填充焊丝，它与M IG复合焊的最大区别在于增加了一套软件。

2.3机器人应用技术

2.3.1点焊机器人：主要进行的是点焊作业，在点与点之间移位时速度比较快，从而减少了移位的时间，通过平稳的动作、长时间的重复工作和准确的定位，取代了笨重、单调、重复的体力劳动，更好地保证了焊点质量，使工作效率得到了很大的提高。它是柔性自动生产系统的重要组成部分，增强了企业应变能力。

2.3.2弧焊机器人：弧焊过程比点焊过程要复杂得多，对焊丝端头的运动轨迹、焊枪姿态、焊接参数都要求精确控制。具有较高的抗干扰能力和高的可靠性。能实现连续轨迹控制，并可以利用直线插补和圆弧插补功能焊接由直线及圆弧所组成的空间焊缝，还应具备不同摆动样式的软件功能，供编程时选用，以便作摆动焊，而且摆动在每一周期中的停顿点处，机器人也应自动停止向前运动，以满足工艺要求。此外，还应有接触寻位、自动寻找焊缝起点位置、电弧跟踪及自动再引弧功能等。

2.3.3激光焊接机器人：激光焊接是与传统焊接本质不同的一种焊接方法，是将两块钢板的分子进行了重新组合，使两块钢板融为了一体变为一块钢板，从而提升了车身结构强度。同时在焊接过程中焊接工件变形非常小，一点连接间隙都没有，焊接深度/宽度比高，焊接质量高。从而提升了车身的结合精度。可见机器人的应用，实现了焊接流水线的智能化，实现了焊接生产线的自动化与现代化。

参考文献：

[1]饶良才，蔡成伟，马海龙，王晓峰，莫水金.汽车车身焊接质量控制[J].中国高新区，2017，（20）.

[21刘春光.汽车车身的焊接工艺设计[J].科技创新与应用，2017，（03）.