淺析車身焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢論文

　　1前言

　　目前國內(nèi)汽車廠家采用的車身焊接技術(shù)主要是電阻焊、電弧焊、激光焊。在車身制造中應(yīng)用最多的為電阻焊接技術(shù)，通過電阻點焊技術(shù)將數(shù)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(jié)構(gòu)復雜，在有些部位難以實現(xiàn)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(shù)位置采用了電弧焊接技術(shù)。

　　激光焊接技術(shù)在車身制造領(lǐng)域應(yīng)用的時間比較短，但由于其優(yōu)點較多，目前已經(jīng)在國外汽車公司得到大量應(yīng)用，國內(nèi)有些主流汽車廠家也在逐步采用。

　　2電阻焊技術(shù)

　　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(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域生產(chǎn)的電阻熱將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)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(lǐng)域應(yīng)用最多的電阻焊技術(shù)是點焊，其次是凸焊，在車身制造中沒有應(yīng)用縫焊及對焊技術(shù)。

　　2.1點焊技術(shù)

　　點焊由于生產(chǎn)效率高、操作簡單、焊接變形小、易于實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點，在車身制造中應(yīng)用最為廣泛;目前點焊工藝依然是國內(nèi)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(guān)系主要有兩種：兩層鋼板和三層鋼板;四層鋼板焊接在少數(shù)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(guān)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(zhuǎn)化為熱能的焊接方法，計算公式如下。

　　Q=I2RT(1)

　　式中，Q為產(chǎn)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(guān)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(shù)值由鋼板厚度、鋼板強度、鋼板鍍層情況及鋼板裝配狀態(tài)等因素綜合決定。焊點質(zhì)量水平是衡量車身質(zhì)量的重要指標，影響焊點質(zhì)量的因素較多，即零件裝配狀態(tài)、鋼板鍍鋅層厚度、焊點間距、零件結(jié)構(gòu)、電極對中狀態(tài)、焊鉗冷卻狀態(tài)、電極帽修磨狀態(tài)、夾具是否分流、程序轉(zhuǎn)換開關(guān)是否失效、焊接參數(shù)值是否合理等，在出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題時，應(yīng)需從多方面進行分析。

　　2.2點焊設(shè)備

　　目前，點焊的設(shè)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(nèi)汽車廠家應(yīng)用十分廣泛;由于不符合節(jié)能環(huán)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(jié)能、效率高、易于操作等特點，最近幾年已經(jīng)在國內(nèi)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(shù)，根據(jù)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(shù)等參數(shù)值進行設(shè)置;其中一體式焊鉗的控制器最多可以設(shè)置64套焊接參數(shù)程序，利用焊接參數(shù)程序轉(zhuǎn)換開關(guān)，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(shè)備出現(xiàn)故障時，控制器會出現(xiàn)故障代碼，極大地提高了設(shè)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(gòu)、上下電極組件及電極等部件組成。通過壓縮空氣驅(qū)動氣缸進而帶動焊鉗上下電極夾緊至預先設(shè)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(chǎn)生變形、焊接飛濺、焊接時噪音較大等缺點，已經(jīng)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(qū)別在于伺服焊鉗焊接壓力采用的是伺服電機驅(qū)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(zhuǎn)運動，通過滾珠絲杠轉(zhuǎn)化為焊鉗電極的上下運行。在伺服焊鉗機械結(jié)構(gòu)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(qū)動力矩小、精度高、可實現(xiàn)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(xiàn)。

　　2.3凸焊技術(shù)

　　在車身制造領(lǐng)域中凸焊技術(shù)主要應(yīng)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(shù)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(huán)，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(huán)被壓潰而迅速下降，否則會因為壓力上升緩慢產(chǎn)生噴濺或炸電極，因此凸焊設(shè)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(shù)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(huán)螺釘時，焊接電流需達到30000A，凸焊設(shè)備功率要比常用點焊設(shè)備功率大的多。

　　2.4電阻焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢—中頻電阻焊

　　目前汽車車身的發(fā)展方向是“輕量、安全、節(jié)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(yīng)用在車身制造中。傳統(tǒng)的工頻電阻焊技術(shù)已經(jīng)難以滿足新材料的焊接要求。使用傳統(tǒng)的工頻電阻焊設(shè)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(tài)響應(yīng)速度快、控制精度高、焊接電流脈動小、加熱集中、焊接質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠很好滿足鍍鋅鋼板和高強度鋼板焊接的技術(shù)要求，正在逐步應(yīng)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(jīng)整流電路和濾波電容轉(zhuǎn)換成500V左右脈動直流電，再經(jīng)由功率開關(guān)器件組成的逆變電路轉(zhuǎn)換成中頻方波(1000Hz)，然后輸入變壓器降壓后，經(jīng)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(diào)制(PWM)獲得穩(wěn)定的恒電流輸出。

　　中頻電阻焊的主要優(yōu)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(zhì)量。

　　b.三相負荷均衡，不受電網(wǎng)波動的影響，即使在網(wǎng)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(zhì)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(diào)節(jié)反饋控制周期為千分之一秒，響應(yīng)速度是工頻焊接控制器的20倍，能瞬時分析及調(diào)整焊接參數(shù)，焊接質(zhì)量控制更精確。

　　根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗可知，中頻電阻焊的焊接質(zhì)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(yōu)點并沒有能夠體現(xiàn)出來。