汽车制造中的焊接技术

山东大学继续（网络）教育学院毕业设计论文题目：汽车制造中的焊接技术姓名：/学号：/学习中心：/专业：焊接技术自动化（专）年级：/20年月日摘要汽车制造中焊接技术应用广泛,随着我国汽车制造业的迅猛发展及焊接在汽车制造业所占据的重要地位,对汽车焊接技术提出了更高的要求.面对入世的冲击、技术的挑战及我国取消对汽车的非关税措施带来的冲击;本文旨在探讨焊接新技术的推广应用及发展趋势,以利于我国汽车工业的品牌提升,增强其市场竞争力.关键词：焊接技术；汽车；发展趋势一前言焊接是利用各种形式的能量使被加工的材料产生永久连接的一种成形方法，在现代工业生产中正显示出越来越重要的地位和作用。焊接成形技术的应用已经遍及机械制造、冶金、能源、交通、轻工、电子、通信、造船、航空航天等工业部门及国民经济的其他各个领域。汽车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。焊接技术主要应用在金属母材上，塑料等非金属材料亦可进行焊接。在目前的汽车制造中，主要的焊接方法可分为熔化焊、压力焊和钎焊，具体的形式有：电阻焊、CO2气保焊、激光焊等。焊接是汽车零部件与车身制造中的一个重要关键环节，起着承上启下的作用，同时，汽车产品的车型众多、成型结构复杂、零部件生产专业化、标准化以及汽车制造在质量、效率和成本等方面的综合要求，都决定了汽车焊接加工是一个多学科、跨领域和技术集成性强的生产过程。现代汽车工业正朝着环保低碳、节省能源、安全性和车身轻量化方向发展。汽车车身采用高强度钢比例越来越高；铝合金等新材料已应用于高端车身；中频点焊、激光焊接等焊接技术已较广泛地应用；同时为实现车身焊装多车型柔性化和自动化生产，工业机器人广泛应用于车身焊装生产的多个工艺过程。二国内外汽车焊接技术的研究现状焊接技术的发展概况我国是最早应用焊接技术的国家之一，根据考古发现，战国时期的一些金属制品就已采用了钎焊技术。宋代沈括所著的《梦溪笔谈》一书，就提到了焊接方法。明代宋应星所著的《天工开物》中，对锻焊和钎焊技术作了详细的叙述。在1892年前后气焊技术出现，当时使用的的是H2和O2混合气体。在1903年，O2和C2H2（乙炔）火焰被运用到金属焊接上去，奠定了气焊接术的基础。近代主要的焊接技术——电弧焊，是在电能成功地应用于工业生产之后发展起来的。20世纪初，焊条电弧焊机问世。20年代后期电阻焊和40年代后期埋弧焊、惰性气体保护焊相继获得应用。50年代CO2气电焊、电渣焊、摩擦焊、电子束焊、超声波焊和60年代等离子弧焊、激光焊、光束焊相继出现，使焊接技术达到了新的水平。近年来，太阳能焊机、冷压焊机等新型焊接设备开始研制，特别是在焊接生产自动化及电子计算机在焊接生产中的应用方面有很大发展，使焊接技术的发展达到一个新阶段。焊接由于具有生产周期短、成本低结构、设计灵活，用材合理及能够以小拼大等一系列优点，所以在工业生产中得到了广泛的应用。在造船、汽车、石油、桥梁、矿山机械等行业中，焊接已成为不可缺少的加工手段。在制造一辆小轿车时需要焊接5000~12000个焊点，一艘30万吨油轮要焊1000Km长的焊缝，一架飞机的焊点多达20~30万个。此外，随着工业的发展，被焊接的材料种类也愈来愈多，除了普通的材料外，还有如超高强钢、活性金属、难熔金属以及各种非金属的焊接。同时，由于各类产品日益向着高参数（高温、高压、高寿命）、大型化方向发展，焊接结构越来越复杂。焊接工作量越来越大，这对于焊接生产的质量、效率等提出了更高的要求，同时也推动了焊接技术的飞速发展，使它在工业生产中的应用更为广阔。汽车工业中所用的焊接方法及零部件所用的焊接方法种类繁多。电阻焊技术将工件置于两电极之间的进行加压，通过加压处施加电流，当电流通过工件时，产生热量而形成局部熔化，断电冷却时，继续施加压力，进而形成牢固接头。此工艺过程称为电阻焊。电阻焊的种类很多，按接头形式可分：搭接电阻焊和对接电阻焊。结合工艺方法，搭接电阻焊又可分为点焊、缝焊、凸焊，对接电阻焊一般分电阻对焊和闪光对焊激光焊接激光焊接是本世纪汽车工业上应用的新技术。它的原理是利用原子受辐射，使工作物质受激而产生的一种单色性高、方向性强、亮度高的光束，经聚焦后把光束聚焦到焦点上可获得极高的能量密度，利用它与被焊工件相互作用，使金属发生蒸发、融化、熔合、结晶、凝固而形成焊缝。激光焊接特点：A.由于激光束的频谱宽度窄，经汇聚后后的光斑直径可小到0.01mm，功率密度可达109W/cm2，它和电子束焊同属于高能焊。可焊0.1~50mm厚的工件。B．脉冲激光焊加热过程短、焊点小、热影响区小。C．与电子束焊相比，激光焊不需要真空，也不存在X射线防护问题。D．能对难以接近的部位进行焊接，能透过玻璃或其他透明物体进行焊接。E．激光不受电磁场的影响。F．激光的电光转换效率低。工件的加工和组装精度要求高，夹具要求精密，因此焊接成本高。激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，例如焊缝宽1mm，深为5mm，因此焊接极为牢固，表面焊缝宽度很小，连接间隙实际为零，焊接质量比传统方法高。所以在一些用激光焊接的汽车顶壳是不用装饰条遮蔽焊接线的。在汽车制造中，激光焊接主要用于车身框架结构的焊接，例如顶盖与侧面车身的焊接，传统焊接方法的电阻点焊已经逐渐被激光焊接所取替。用激光焊接技术，既提高了工件表面的美观，又降低了板材使用量，由于零件焊接部位几乎没有变形，不需要焊后热处理，还提高了车身的刚度。由于激光焊能量密度高，焊接深度/宽度比高，其焊接质量比传统焊接方法高。但是，如何保证激光焊接的质量，即激光焊接过程监测与质量控制，是激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器，通过计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。汽车工业中，激光技术主要用于车身焊接、坯板拼焊和零件焊接。三汽车工业中焊接新技术的应用现今，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。汽车工业中的先进焊接技术很多，这里只列举出与车身焊接相关的焊接新技术。电阻焊的节能及控制技术(1)联体悬挂式点焊机汽车工业中应用最多的是悬挂式点焊机，一个车间往往是几十或上百台，其容量大多在100kVA以上，在汽车薄板的焊接中得到了广泛的应用。(2)电阻焊机目前电阻焊机大量使用交流50Hz的单相交流电源，容量大、功率因数低。发展三相低频电阻焊机、三相次级整流接触焊机(已在普通型点焊机、缝焊机、凸焊机中应用)和IGBT逆变电阻焊机，可以解决电网不平衡和提高功率因数(可达0.9以上)的问题。同时还可进一步节约电能，利于实现参数的微机控制，可更好地适用于焊接铝合金、不锈钢及其他难焊金属的焊接。另外还可进一步减轻设备重量。(3)电阻焊的控制**汽车针对悬挂点焊机焊点电流监测，联合设备厂家共同开发了打点计数器，按一个工件所需打的点数为一个计量周期，对设定的计数的焊点数允许有+2~3个点的浮动范围（只可以多，不可以少），并焊接的每个焊点的电流进行检测，当检测值与设定值比较相符的，设备判定为合格，计数器焊接点数增一，电流不在范围之内的，不计数，有效的保证了焊接质量。目前，此项技术已在全公司进行应用。气体保护焊接技术(1)表面张力过渡的波形控制法方法的关键是用2个电流脉冲完成1个熔滴过渡，第1个电流脉冲形成熔滴并使之长大，直至熔滴与工件短路；第2个电流脉冲是1个短时窄脉冲并不断检测其di/dt，同时控制电流脉冲值，以产生适当的电磁收缩力，使熔滴颈部收缩变细，最后靠熔池表面张力拉断，完成1个熔滴过渡而不产生飞溅。(2)逆变电源波形控制利用逆变电源良好的动特性和灵活的可控性，采用波形控制，在短路阶段初期抑制电流上升，以减少电磁力在刚形成小桥时熔滴过渡的阻碍和爆断，减少大颗粒飞溅，并利于熔滴在熔池摊开；当熔滴在熔池摊开后，使电流迅速上升，以加速形成缩颈，以后再慢速上升到一较低峰值，使小桥爆断时飞溅减少。(3)氩弧焊新技术氩弧焊有非熔化极(TIG)和熔化极(MIG)两种，均用于汽车工业有色金属和高合金钢焊接中。为了改善CO2气体保护焊的成形和减少飞溅，采用加入80%或20%Ar的混合气体保护焊。高能束热源焊接及加工技术高能束热源是指能量密度已大于5×108W/m2的热源(电子束、离子束和激光)，在汽车工业中均有应用，目前国外发展的新技术有：(1)激光和电弧复合加热焊接激光焊接可焊出窄而深的焊缝，电弧焊接可焊出宽而浅的焊缝；前者投资大，后者成本低，两者特性组合，会大大提高焊接效率。激光和电弧复合加热焊接的焊炬设计特别重要，两热源的夹角要尽可能小，焊炬也设计成激光+双电弧电源。该方法已在4～8mm厚的钢结构中使用，正拟用于更薄的汽车部件生产和铝合金焊接中。激光除了在焊接及精密切割中应用外，还在摩擦面形成储油细花纹或重熔复合层，以提高耐磨性方面应用。(2)等离子体的应用氩气保护的等离子焊接切割早已在各行业应用，主要用于合金钢和有色金属加工。目前空气等离子切割已普遍应用于一般钢铁和有色金属的切割，国内铁路客车厂引进了水下等离子切割，以减少变形和提高精度。发动机气阀体早已采用填充圈等离子焊接。近十几年来粉末等离子堆焊有很大发展，可进行小熔合比的薄层料精细堆焊，能堆焊各种特种合金表面。四汽车焊接技术的应用及发展趋势1.发展焊接机器人自动化柔性生产系统从目前发展来看，自动化柔性生产系统是汽车焊接的发展趋势，而工业机器人因其自动化和灵活性在轿车生产中得到大规模使用。在焊接方面，主要使用的是六自由度点焊机器人和弧焊机器人。且机器人具有焊钳储存库，可根据焊装部位的不同要求或焊装产品的变更，自动从储存库抓换所需焊钳。传输装置则已发展为采用无人驾驶的更具柔性化的感应导向小车。2.发展轻便组合式智能自动焊机近年来，国内的汽车制造厂都非常重视焊接的自动化。如一汽引进的捷达车身焊装车间的13条生产线的自动化率达80%以上。各条线都由计算机(可编程控制器PLC-3)控制，自动完成工件的传送和焊接。机器人的动作采用点到点的序步轨迹，具有很高的焊接自动化水平，既改善了工作条件，提高了产品质量和生产率，又降低材料消耗。3.发展计算机与信息技术随着计算机与信息技术的工业应用，促进了传统的焊接生产向“精量化”的制造方式转变。基于虚拟现实建模的机器人焊接过程仿真技术提供了关于工件、夹具和机器人焊枪姿态的三维信息，已大量地应用于焊接过程策划、工艺参数优化以及焊接夹具设计等各个环节。对加快焊接程序的编制、缩短现场调试时间及焊接过程位置信息的准确获取具有重要应用价值。同时，仿真技术也运用于焊缝质量的评估及焊后的应力与变形预测。在新车型设计阶段还可以对多种材料的连接方式及疲劳性能、冲击性能等进行综合考虑，通过对接头的仿真作出适用性评价。以计算机和信息技术为平台的焊接生产过程信息系统对汽车焊接生产过程的质量分析与优化、企业的管理与决策有着非常重要的意义。结论从20世纪50年代开始起步的中国汽车制造工业，以手工焊和电阻点焊作为主要加工手段迈出了汽车制造的第一步，之后，我国的汽车产业通过合资或引进国外先进的产品技术和制造技术，缩短了汽车国产化率的周期，也加快了先进的焊接技术在汽车制造中的应用。尤其是近l0年以来，汽车工业在焊接新技术的应用与推广方面起了积极的示范作用，已具有高新技术提高竞争力、促进传统生产方式改造与更新的明显特征。汽车制造业的需求对焊接技术产生巨大牵引力，焊接技术对汽车制造业的重要支撑作用，构成了基础制造技术与相关产业之间依存与互动的发展史和不断进步的动力。面对国际竞争的全球化形势，我国要想在世界汽车工业的发展中占有一席之地，唯有依靠包括焊接技术在内的基础制造技术的进步和创新能力的提高，才能实现具有中国特色的汽车工业自主发展的目标。相信，在不久的将来，通过我们的共同努力，国内汽车行业的焊接技术会逐步缩短与国外先进焊装技术水平的差距，迎接WTO带给汽