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焊接技术在汽车制造中的应用与前景

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  摘 要:汽车的焊接技术是汽车制造过程中一项重要的环节,汽车的发动机、车厢、变速器、车桥、车架的生产都离不开焊接技术。汽车的某些部分在生产时需要特殊强度的材料作为支撑,例如大型的齿轮和轮缘就需要有高强度的合金钢来制成,材料的强度可以确保汽车的使用年限,但是,高强度的钢材价格比较高,在生产汽车的过程中会造成成本的增加,焊接技术的应用取代了合金钢的使用,而且提高了齿轮的耐用性,降低了汽车的生产成本。文章通过分析焊接技术在汽车制造中的应用,对节约汽车的生产成本有一定的促进作用。
  关键词:汽车生产;焊接技术;应用
  中图分类号:O434文献标识码: A
  焊接技术作为生产汽车的必要技术,其存在很多的优势,同时也面临着诸多挑战。一方面材料在新的时代已经产生了一些变化,实现了从黑色金属向有色金属的过渡,实现了从金属材料向非金属材料的过渡,材料的结构和功能也发生了一些变化,实现了从多维性材料向低维性材料的过渡。现在单一的材料已经不常见了,复合材料的应用在增多,新材料应用于汽车制造业必然对焊接技术提出了更高的要求。本文对焊接新技术进行分析,阐述焊接技术在汽车生产中的应用。
  一、改革开放后引进的先进焊接技术
  20 世纪80 年代末,一汽在CA141生产线上采用了两台点焊机器人,一台为联邦德国KUKA公司生产,一台由广州机床所生产,用于焊接驾驶室顶盖和前后风窗。通过这两台机器人的使用,人们看到了焊接机器人生产的优点及应用前景,但由于投资及产品本身的原因,还不能大规模的使用机器人代替人工生产。80 年代后期上海大众率先与国外合资生产轿车,虽然其焊接工艺方法与国外当时的汽车焊接技术水平相差甚远,但其大工业化生产轿车的焊接装配、物流的理念与技术给了我们很大的启示,并且有了一个让我们深入了解国外先进焊装技术的“窗口”,使我们有了现代化轿车生产对总成尺寸精度、零件表面状态、生产车间环境要求的全新概念。
  20 世纪90年代初,一汽与德国大众合资建设现代化的轿车生产基地,其焊装线虽然是国外的二手设备,但其投入使用后的自动化程度、物流方式让许多从事汽车焊接技术的人耳目一新,对现代化汽车生产线有了新的理解和认识。随后,二汽在其载货车、轻型车项目中都引进了国外的焊接机器人,其中还有一条无人焊接线,人们切实体会到了机器人焊接技术不仅仅是减少了操作者的数量和劳动强度,对提高产品质量、满足高标准要求也是必不可少的。可以说,20 世纪90年代以来的技术引进及生产设备、工艺装备的引进使汽车行业实现了轿车生产的规模化起步,对保证产品质量、实现平稳生产起到了重要作用。但这一结果对国内的焊接设备生产厂家造成了很大冲击,国内厂家主要在载货车生产线及轿车配套装备和单工位焊机方面做了一些工作。
  二、焊接技术在轿车生产中的应用
  在汽车的生产过程中,人们运用电阻焊接的方法,这种方法运用电学、传热学和冶金学等多门学科,因此,要想使焊接质量提高,就必须对电学的相关因素进行控制。电阻焊接工艺是在制定参数的基础上实现的,现在随着计算机技术的高速发展,实现了数值模拟技术,计算机实现了对数据的筛选工作,人们在车间就不用再花费大量的时间来筛选数据,节约了大的人力、物力和财力,提高了汽车制造商的经济效益。尤其是在近几年来汽车制造业的蓬勃发展,在汽车车身的薄板结构的装配过程中,使用电阻焊接的方法,采用铝合金等新的复合材料,增强了焊接的性能。
  三、汽车焊接工艺的应用领域分析
  在汽车领域中,由于越来越多的高新技术被应用,使得汽车生活更加丰富。对于我国而言,随着汽车保有量的不断增加,汽车后市场出现了井喷的状态。在汽车后市场中,汽车的维修与保养占据着非常重要的地位,也让汽车的服务产业有了较大的发展。对于汽车的焊接工艺而言,最早是应用于汽车的车身焊接。但是,随着技术的发展以及车身制造工艺的发展,汽车车身开始使用模具制作,从而降低了因为焊接而造成的车身问题。那么,对于现代化的汽车生产而言,汽车的焊接工艺主要应用于的领域。
  第一,在汽车的维修领域中有非常广泛的应用;汽车维修属于汽车后市场领域,由于汽车驾驶的过程中,难免会出现碰撞的现象,从而造成了汽车车身或者是相关配件的损坏。因此,在这种情况下,就可以使用汽车的焊接工艺,将损坏的部分采用焊接的方式,从而进行汽车的维修工艺。
  第二,人们对于汽车的装饰和改装越来越感兴趣。虽然在汽车检测的过程中,对于擅自改装会进行处罚,但是有车一族们仍然热衷于对于汽车的改装和装饰。其中,对于汽车尾翼的安装非常常见。汽车安装尾翼以后,就显得非常运动动感,有一种非常霸气的感觉。因此,为了让汽车的外观更加个性鲜明,需要对汽车的外观进行相关的改装,从而实现车主所需要的效果。而对于尾翼的加装而言,就一定要采用焊接技术,从而使得汽车的尾翼牢固坚实。因为安装尾翼还是存在一定的风险的,当车速达到一定程度的时候,就需要保证汽车的尾翼的稳定性。
  第三,对于汽车的车身配件的焊接工艺;汽车在使用的过程中,经常需要在配件方面进行焊接,此外对于在配件之间的结合方面,也需要在适当的情况下使用汽车焊接技术。因此,对于汽车的焊接工艺而言,主要在车身焊接、汽车改装以及汽车配件之间主要进行应用。
  四、自动焊接技术的特征
  自动焊钳是由钳身、电极、加压器和安装板等组成。电极直接应用于导电,形成焊接点,并可以发挥良好的散热效果,根据焊接的位置和周围工件形状的差异,电极可以制作成弯形、直形和帽形,在进行焊接时,电极帽和电极杆要频繁地与零件接触,要承受焊接时带来的压力,因此,电极帽和电极杆容易发生变形和磨损,因此,需要经常更换电极帽和电极杆。为了在焊接过程中节约材料,要将电极进行分离式设计,将电极的夹头和电极帽分开设计,夹头和电极帽用椎体进行连接,这样容易被磨损的电极杆就可以设计成能互换的通用件,这样就提高了焊钳的使用效率。
  自动焊钳有气压和油压两种加压动力源,气压系统的结构特别简易,且可靠性比较高,系统的反应速度快,系统的使用效率高,因此,气动加压的方法被汽车制造业广泛应用。气缸应该确保焊接时有充足的焊接压力,它的大小应当根据焊接部位的冲压件没有压痕为标准,同时要确保焊接的牢固,在对薄板进行焊接时,压力一般在3000-5000N,为了保障气缸的外形尺寸比较合理,一般在焊接时采用活塞增压气缸。在电极臂内应该设置冷却水管,是焊钳在工作时可以行使冷却水循环的通路,确保电极具有良好的冷却设施。安装板是自动焊接技术与运动机构的结合体,整个焊接过程是通过安装板的连接实现各点的连接的。安装板与焊钳之间的位置要根据焊接的要求来设定,在实际情况下,一定要保障
  自动焊钳与机械装置之间是绝缘的,通过使用绝缘套和绝缘垫片来实现两者的绝缘。
  五、车身自动焊接技术分析
  自动焊钳通过安装板与运动机构连接,采用机械装置的驱动力来完成“原位―到位―焊接―移位―再焊接―回位”的操作,完成每个位置的焊接后,可以将自动焊钳看作三自由度的机器人,这样可以高效地对工件进行定位,同时又能提高焊接的效率,减少人力耗损。
  (一)运动形式。自动焊钳在车身的焊接工作中可以确定焊接点,也可以采用自动焊钳进行多个焊接点的连接,自动焊钳按照基座的运动形式可以分为固定式焊接、旋转式焊接和移动式焊接。
  在焊接的过程中,自动焊钳的电极的闭合位置的确定应该根据工件数模的原理来确定,电极的方向必须与焊接处的工件面成垂直状态,与焊接夹具的工作原理相同,自动焊钳在不工作的时候,应该将工件取出。进行焊接时,可以按照固定的支架将自动焊钳与焊台连接,在实际的操作中常常避开与工件的干涉,将自动焊钳移动。自动焊钳在气缸的驱动中进旋转,这种措施比较简单、可靠,已经被广泛地应用于汽车制造中。
  (二)自动焊接系统。自动焊接系统是由自动焊钳、焊钳变压器、时间调节装置和二次回路构成的,焊接的变压器与整流器可以为焊接工作提供电力资源,一台焊接变压器只能给一把焊钳提供电源。时间调节器将焊接电流的频率改变,起到调节焊接时间的作用。二次回路实现了焊接变压器与自动焊钳的链接,使之形成焊接的二次回路,二次回路是由铜电极和二次电缆组成,铜电极和焊钳的运行状态是由行程开关控制的,形成开关对铜电极的运行状态检测后将检测信号发送到主控制系统,协调焊钳的运行,整个焊钳在主控制系统的控制下实现自动的焊接。驱动气缸为焊钳提供驱动力,速度的调整采用的是出口节流的方式,保证焊钳具有较大的启动速度,可以平稳地运行,焊钳具有较强的缓冲能力。加压气缸为自动焊钳提供了加压力。焊钳的压力与焊点处部件的厚度密切相关,因此,要对减压阀进行控制,从而对进气压力进行调节。
  六、现代科技在汽车焊接工艺中的应用
  随着现代科技的不断发展,汽车焊接工艺中也不断的引入了现代的科技技术。其中最为重要的就是计算机技术,计算机的单片机远程通信技术以及3Dmax 等技术开始不断应用到汽车的焊接工艺中。由于人工焊接技术容易在焊接的过程中出现失误,无法实现循迹操作,从而造成焊接的不完美。因此,采用计算机单片机技术,可以进行程序编译,将需要焊接的部分利用3Dmax 进行仿真,从而保证在焊接的过程中,其能够实现完美的循迹焊接,降低了焊接过程中出现的失误。此外,在焊接的工艺方面,又引入了一些工艺以及化工技术。传统的高温焊接技术,不仅仅容易造成伤害,更是对操作人员有一定的影响。因此,使用现在的氩弧焊焊接技术,虽然温度更高,但是焊接的质量有所提高。对于焊接的接口以及焊面的平整度,都有了显著的提高。因此,随着现代科技的不断发展,促进了多个行业工艺的提升。对于汽车的焊接工艺而言,引入计算机技术并且实现真正的智能化以及自动化焊接,从而让焊接工艺更加安全方便,有效的提升焊接的效率,保证在焊接的过程中,达到质量的提升以及客户的满意提升。总之,要充分适应时代的发展,让更多的现代科技不断的应用到汽车的焊接工艺之中,从而保证其在不断的发展过程中,符合现有时代的发展理念,满足客户不断提升的硬性要求,实现现代化的汽车焊接工艺。
  
  
  
  激光焊接过程检测原理示意图
  七、焊接技术在汽车制造业中应用的趋势
  现在,机器人焊接技术已经广泛应用于汽车制造业,汽车的底盘、导轨和座椅的框架都需要焊接技术。自动化柔性生产技术的发展,使机器人焊接技术集灵活性和自动化于一体,实现了焊接生产线的自动化。机器人焊接技术安装了焊钳存储库,焊接工人可以根据焊接的不同位置从存储库中自行选择合适的焊钳,传输设施已经实现了无人驾驶的柔性化更好的感应型导向车。随着汽车制造业的不断发展,汽车车身的焊接技术也实现了自动化发展,现代化的管理方法与先进的焊接技术的统一,对汽车制造业的发展具有重大的意义。
  八、未来汽车工业发展对焊接技术的需求
  汽车技术向着节能、安全、环保的方向发展,凡是对汽车的动力性、经济性、可靠性、耐久性、操纵稳定性、安全性、低排放等方面有利的焊接技术都将有广泛的应用空间。如现在载货车厂也要达到“2mm工程”的目标,轿车车身的生产厂进一步提高了要求。据相关人员介绍,车身上600个激光焊点用一个激光头只需12min就可以全部焊完。激光焊出的车身整体性好,对减振、安全都有利,但设备投资太大,对零件和维护人员的要求也很高,因此应降低成本,提高普及率。原有的工艺技术水平也有待于进一步提高,如很多汽车零件中对摩擦焊都有相位要求,国内相位摩擦焊技术不过关,引进国外设备价格又非常昂贵,并且担心维护及改造问题,使得这一工艺的应用受到限制。
  目前,国内的焊接装备生产厂家综合技术实力不足,不具备设计制造高水平的成套焊装线的能力。面对汽车行业的激烈竞争又不允许国内的汽车生产厂家用国产的装备进行试验,只好成套引进,使得国内焊接装备生产厂家近年来与国外水平的差距越来越大,一些较大的焊机厂连生存都遇到了问题。国内汽车焊接生产水平与国外逐渐接近,而国内焊接装备制造水平与国外差距逐渐加大,这一矛盾目前应当予以考虑,仅靠国内焊机厂自身的力量难以解决。总之,汽车制造技术的发展是相当快的,为焊接工作者带来了挑战与机遇。
  结束语
  近年来,国内外都比较重视焊接技术的发展和改善,焊接技术的发展对提高产品质量和性能,提高制造业生产效率,减少生产过程中成本的消耗具有深远的意义。焊剂技术作为汽车制造业不可或缺的加工技术,在迅猛发展的同时也受到了信息化巨浪的冲击。我国为了促进汽车制造业的进一步发展,应该将计算机技术与焊接技术统一,改进对焊接程序的编制,减少现场调试的时间,通过计算机技术高效而准确地获取焊接的信息,以此来提高我国汽车制造业的水平,使汽车制造业的经济效益和社会效益有所提高。
  参考文献
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