淺析車身焊接技術現狀及發展趨勢論文

　　1前言

　　目前國內汽車廠家采用的車身焊接技術主要是電阻焊、電弧焊、激光焊。在車身制造中應用最多的為電阻焊接技術，通過電阻點焊技術將數目眾多的薄板零件連接起來形成白車身總成。由于汽車車身結構復雜，在有些部位難以實現點焊，或由于零件裝配問題，厚度相差太大等因素，為了完成不同零件之間的連接，少數位置采用了電弧焊接技術。

　　激光焊接技術在車身制造領域應用的時間比較短，但由于其優點較多，目前已經在國外汽車公司得到大量應用，國內有些主流汽車廠家也在逐步采用。

　　2電阻焊技術

　　電阻焊是將被焊工件壓緊于兩電極之間，通以電流，利用電流流經工件接觸面及鄰近區域生產的電阻熱將其加熱到熔化或塑性狀態，使之形成金屬結合的焊接方法。電阻焊主要分為點焊、凸焊、縫焊、對焊。在車身制造領域應用最多的電阻焊技術是點焊，其次是凸焊，在車身制造中沒有應用縫焊及對焊技術。

　　2.1點焊技術

　　點焊由于生產效率高、操作簡單、焊接變形小、易于實現機械化和自動化等優點，在車身制造中應用最為廣泛;目前點焊工藝依然是國內外各大轎車廠家車身焊接方法中最重要的方法。通常一個轎車車身有3000～5000個焊點。焊點的裝配關系主要有兩種：兩層鋼板和三層鋼板;四層鋼板焊接在少數情況也可以獲得合格的焊點，但其對鋼板強度、鋼板厚度及裝配關系的要求很高，且焊接時飛濺大，焊點壓痕深，焊點疲勞強度有所下降，因此四層鋼板點焊需要謹慎使用。

　　電阻焊是電能轉化為熱能的焊接方法，計算公式如下。

　　Q=I2RT(1)

　　式中，Q為產生的熱量;I為焊接電流;R為焊接電阻;T為焊接時間。

　　焊接電阻包括電極與工件之間的接觸電阻、工件與工件之間的接觸電阻、以及工件本身的電阻。其中接觸電阻與焊接壓力有直接的關系，要獲得合格的焊點，需要合適的焊接壓力。

　　形成一個合格焊點需要三個主要因素，即焊接電流、焊接時間和焊接壓力。每個焊點的具體焊接參數值由鋼板厚度、鋼板強度、鋼板鍍層情況及鋼板裝配狀態等因素綜合決定。焊點質量水平是衡量車身質量的重要指標，影響焊點質量的因素較多，即零件裝配狀態、鋼板鍍鋅層厚度、焊點間距、零件結構、電極對中狀態、焊鉗冷卻狀態、電極帽修磨狀態、夾具是否分流、程序轉換開關是否失效、焊接參數值是否合理等，在出現焊接質量問題時，應需從多方面進行分析。

　　2.2點焊設備

　　目前，點焊的設備類型主要分為兩大類：手工焊鉗和機器人焊鉗。

　　手工焊鉗的主要元件包括阻焊變壓器、焊鉗控制器、氣缸、鉗體、鉗臂、水電氣管等。手工焊鉗分為分體式手工焊鉗和一體式手工焊鉗。分體式手工焊鉗，其阻焊變壓器與鉗體分離，中間采用較長的次級電纜相連接，能耗比較高，價格便宜，前些年在國內汽車廠家應用十分廣泛;由于不符合節能環保的要求，能耗高，次級電纜容易損壞，近些年逐步被淘汰。一體式手工焊鉗，其阻焊變壓器與鉗體直接連接，無次級電纜損耗，價格稍高，但由于其節能、效率高、易于操作等特點，最近幾年已經在國內主流汽車廠家得到大量采用。手工焊鉗無論分體式還是一體式，焊鉗控制器都采用了微處理器技術，根據鋼板零件裝配情況可以對焊接電流、焊接壓力、焊接時間、電流遞增臺階、電極修磨記數等參數值進行設置;其中一體式焊鉗的控制器最多可以設置64套焊接參數程序，利用焊接參數程序轉換開關，一把焊鉗可以焊接多種不同裝配的焊點;且控制器具有故障自診斷功能，當設備出現故障時，控制器會出現故障代碼，極大地提高了設備維修效率。

　　機器人焊鉗也分為兩類：氣動機器人焊鉗和伺服電機機器人焊鉗。氣動機器人焊鉗由氣缸、鉗體、阻鉗變壓器、具有補償功能的浮動機構、上下電極組件及電極等部件組成。通過壓縮空氣驅動氣缸進而帶動焊鉗上下電極夾緊至預先設定壓力以完成焊接動作。由于氣動焊鉗在焊接加壓時無法精確控制電極移動速度，對工件沖擊較大，容易使工件產生變形、焊接飛濺、焊接時噪音較大等缺點，已經逐步被伺服電機機器人焊鉗所取代。伺服電機焊鉗與氣動焊鉗主要區別在于伺服焊鉗焊接壓力采用的是伺服電機驅動，用伺服電機代替氣動焊鉗中的氣缸。伺服電機輸出的是旋轉運動，通過滾珠絲杠轉化為焊鉗電極的上下運行。在伺服焊鉗機械結構中滾珠絲杠是最重要的機械元件，由絲杠、螺母、滾珠等零件組成，具有驅動力矩小、精度高、可實現低速進給及高速進給、剛性高、可逆性強等特點，保證了伺服焊鉗功能的實現。

　　2.3凸焊技術

　　在車身制造領域中凸焊技術主要應用于焊接螺釘，螺母類零件或小件;通常情況下，單個車身使用的螺釘或螺母件數量超過兩百個。凸焊實際上是點焊的一個變形，通常在螺釘或螺母上沖出凸點或凸環，或在小件上沖出凸點。凸焊焊接時由于電流集中，克服了點焊時因零件厚度不同而造成的熔核偏移，零件的厚度比可以超過6∶1，而點焊工藝不同零件的厚度比通常不超過4∶1。凸焊時，電極要隨著凸點或凸環被壓潰而迅速下降，否則會因為壓力上升緩慢產生噴濺或炸電極，因此凸焊設備的電極隨動性要好。在對螺釘或螺母類零件進行焊接時，焊接參數值通常采用大電流，焊接時間短，否則會容易導致螺紋變色，精度下降等問題。在焊接直徑為8mm的凸環螺釘時，焊接電流需達到30000A，凸焊設備功率要比常用點焊設備功率大的多。

　　2.4電阻焊接技術的發展趨勢—中頻電阻焊

　　目前汽車車身的發展方向是“輕量、安全、節能”，為此鍍鋅鋼板、高強度鋼板、鋁合金、鎂合金等新材料越來越廣泛地應用在車身制造中。傳統的工頻電阻焊技術已經難以滿足新材料的焊接要求。使用傳統的工頻電阻焊設備焊接鍍鋅鋼板和高強度鋼板，容易造成焊接飛濺，電極粘連，焊接毛刺等缺陷。中頻電阻焊由于動態響應速度快、控制精度高、焊接電流脈動小、加熱集中、焊接質量穩定等優點，能夠很好滿足鍍鋅鋼板和高強度鋼板焊接的技術要求，正在逐步應用在車身制造中。

　　中頻電阻焊機工作原理，由三相交流電(380V/50Hz)經整流電路和濾波電容轉換成500V左右脈動直流電，再經由功率開關器件組成的逆變電路轉換成中頻方波(1000Hz)，然后輸入變壓器降壓后，經大功率二極管整流成直流電供給電極對工件進行焊接。逆變器通常采用電流反饋脈寬調制(PWM)獲得穩定的恒電流輸出。

　　中頻電阻焊的主要優點如下。

　　a.與工頻交流電流相比，由于中頻逆變直流電流沒有明顯的峰值電流，電流波形平直，減少了焊接飛濺，提高了焊接質量。

　　b.三相負荷均衡，不受電網波動的影響，即使在網壓波動+15%情況下，仍可將焊接電流精度控制在2%以下，且功率因素高。

　　c.中頻變壓器體積小、質量輕，輸入熱量低，便于使用一體化焊鉗。尤其運用于機器人點焊操作時，可減輕機器人的負荷，而使用工頻焊接控制器時則需要載荷能力更大的機器人。

　　d.中頻焊接控制器的調節反饋控制周期為千分之一秒，響應速度是工頻焊接控制器的20倍，能瞬時分析及調整焊接參數，焊接質量控制更精確。

　　根據現場經驗可知，中頻電阻焊的焊接質量得到提高，焊接飛濺有大幅度的下降;不過能耗降低及電極帽壽命延長的優點并沒有能夠體現出來。