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汽车生产中的焊接关键技术研究

发表时间：2020/8/12 来源：《基层建设》2020年第10期作者：黄开炽薛玲

[导读] 摘要：随着经济和科技水平的快速发展，在现代机械制造业之中，焊接作为一种必要的工艺方法，在汽车制造之中得到广泛的应用。

        柳州柳新汽车冲压件有限公司广西柳州 545006
        摘要：随着经济和科技水平的快速发展，在现代机械制造业之中，焊接作为一种必要的工艺方法，在汽车制造之中得到广泛的应用。汽车的发动机、车桥、变速箱、车身、车架、车厢等总成都需要焊接技术应用的支持。所以，文章针对汽车制造中焊接技术的使用情况进行了分析，以便对后续的汽车制造有一定的借鉴价值。
        关键词：汽车；制造；焊接
        引言
        我国汽车工业发展迅速，发展规模、制造水平呈现出飞跃式提升发展态势。汽车制造业在发展过程中提升制造水平，加强企业管理，并朝向节能、安全绿色、低碳环保、机械化、智能化等方向发展。在汽车制造技术发展过程中，越来越注重车身焊接技术，提升焊接质量，满足汽车产业发展新需求，紧跟时代发展脚步，积极采购先进焊接设备，如点焊与CO2焊接机械手、悬挂焊、激光拼焊、激光叠焊等多种现代化设备，并使用电阻焊接工艺、激光焊接工艺进行车身焊接，满足汽车制造焊装需求。当今社会，科技水平不断提升，焊接工艺也在不断发展，要想真正在汽车产业中占据头角，必须重视车身焊接工艺技术发展，分析汽车车身焊接技术发展现状与发展趋势是十分必要的。
        1车身焊接技术发展现状
        目前汽车白车身生产过程中大规模应用的焊接技术是电阻焊，气体保护焊，螺柱焊等，这些常用焊接技术在白车身生产环节中已应用多年，技术积累足够，相关焊接设备也不断的升级优化，成本更低，质量更优，故障率更低。足够的技术积累可以保证生产稳定性及质量问题处理，同时低廉的设备成本使得这些焊接技术成为目前白车身工业的主角。另一方面，随着对焊接强度以及车身外观质量的要求不断提高，不断涌现出新的焊接技术：CMT焊接（冷金属过渡焊）、中频焊接技术、激光钎焊等较为先进的技术陆续应用到生产过程中。但新的焊接技术由于技术积累不足，焊接设备成本高，焊接生产过程不稳定，质量问题难以攻克等问题，使其未能得到大规模应用。亟需对新技术开展更深入的研究分析，以及经验总结，以促进下一代焊接设备开发，得到更好的改良。
        2汽车工业中焊接新技术的应用
        2.1冷金属过渡焊（CMT）
        冷金属过渡焊接技术（cold metal transfer，CMT）是一种无焊渣飞溅的新型焊接工艺技术。所谓冷金属过渡，指的是数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。其中的换向送丝系统由前、后两套协同工作的焊丝输送机构组成，从而使焊丝的输送过程呈现间断的送丝。后送丝机构按照恒定的送丝速度向前送丝，前送丝机构则按照控制系统的指令以70Hz的频率控制脉冲式的电焊丝输送。数字化的过程控制监控到短路信号会实时反馈给送丝机，送丝机作出回应抽回焊丝，迫使焊丝与溶滴分离。这种完全数字化的溶滴过渡方式完全区别于传统的过渡方式。CMT技术实现了几乎无电流状态下的溶滴过渡。焊丝与工件短路时，电流即转变为小的短路电流，送机机构停止送丝并自动抽回焊丝，从而使溶滴过程无飞溅。精确的溶滴过渡及分离控制保证了每个过渡周期内过渡到焊缝的填充金属的量都是相等的。这样减少了电弧输入热量，焊接过程就是冷热交替中循环往复。通过CMT焊接技术可以轻松的实现无飞溅焊接，钎焊连接，镀锌板与铝的焊接，0.3mm超薄板的焊接以及背面无需垫保护的对接结构件的焊接，这是传统焊接技术无法实现的。传统的焊接方法，电弧的稳定性往往受到工件表面状态及焊接速度的影响，但在CMT工艺中，系统会根据实际情况自动调节保持电弧长度不变，就是说不管工件表面状态如何或焊接速度有多快，电弧都能保持稳定。CMT焊接技术可以应用在车身的任何位置。
        CMT焊接技术焊接过程几乎无飞溅，薄板焊接无焊穿现象，焊缝更优，确实全方面优于传统的焊接技术，但是CMT焊接设备成本较高，其成本几乎是传统CO2气体保护焊机的10倍，因此较高的设备成本使其未能完全替代传统的焊接技术。目前在车身外观面及薄板焊接区域，采用CMT焊接技术，如顶盖区域，尾灯框区域，其他车身内部仍采用传统的CO2气体保护焊技术。

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        2.2中频焊接技术
        电阻焊接技术相对比较成熟，主要以中频焊接技术为主，也是车身焊接过程中采用的主要焊接技术。优势主要体现在6个方面：①质量佳，中频焊接技术电流响应时间极短，仅为1ms，能够极大提升焊接精准度，提升焊接质量；②速度快，中频焊接过程中使用的为直流输出设备，能够对焊接处进行集中加热，由此缩短车身焊接过程中所用时间；③节能，中频焊接技术依赖于逆变焊机，该型设备在高频高压模式下能源耗损小；④节省空间，逆变焊变压器设备体积小巧，质量较轻，安放与管理更加便捷；⑤范围广，中频焊接技术能够适用于多种金属焊接，应用范围广；⑥节能环保，中频焊接技术使用过程中由三相平衡负载，对电网冲击力度相对较小。电阻焊焊接效果与焊接电流、加压力、通电时间有直接关系，也是电阻焊三大要素：①焊接电流，焊接电流大小能够影响焊接热量，电流小则焊接热量不足，会导致焊接效果受到影响，强度无法满足焊接需求，电流过大会导致焊接时容易产生金属气泡，并使焊接部位发生形变；②加压力，加压力直接影响到焊接部位阻值大小，也具备预防局部焊接部位过热的作用，压力过大就会减少焊接部位阻值，容易造成温度过低，影响焊接部位结合强度，但较小也易引发焊接裂痕；③通电时间，焊接时通电时间越长，热量损失越大，甚至引发焊接部位材质变化，但焊接时间过短，则会影响焊点强度，导致焊接不充分。
        2.3激光钎焊技术
        激光钎焊也称激光填丝钎焊，主要应用于顶盖的焊接。激光钎焊的原理是利用激光光束作为热源，聚焦后的光束照射在填充的焊丝表面上，焊丝在光束能量持续发热下熔化形成高温液态金属，液态金属浸润到被焊零件连接处，在适当的外部条件下，使之与工件间形成良好的冶金结晶。激光热源的优势在于：具有极高的加热能力，能把大量的能量集中在很小的焊接点上，所以具有能量密度高、加热集中、焊接速度快、焊接变形小等特点，可实现薄板的快速连接。
        激光钎焊需要较高的自动化、柔性化，首先，需要激光源来提供焊接热源，为保证激光源内部光学模块及外部光路的性能稳定，需要水冷机对其进行循环冷却；激光源的能量通过一根光纤进行传输，并由一个激光头对光纤进行耦合、准直、聚焦，使得照射在工件表面的激光束是加工所需；需要由一台送丝机自动的、匀速的、稳定的向熔池输送焊丝；由一台机器人带着激光头执行焊接动作；由于激光辐射危险，所有出光需要在一个密闭的安全防护房内进行，避免人员受到辐射伤害。
        激光钎焊质量验证方法：采用与工序相同的参数进行试，采用特制试片，放置于激光工作站试片试焊工作台上固定后，进行激光试焊。激光钎焊对车身精度、焊丝质量，工艺参数，导丝嘴/激光头/导丝嘴等关键设备的状态要求极高，如有任一要素不符合要求，则易产生以下4种常见缺陷：1、焊缝偏移；2、焊缝气孔；3、焊缝中断（有钎丝相连）；4、收弧焊镏或焊丝残留。激光钎焊技术目前在国内各主机厂仍未大规模应用，技术经验积累不足，设备成本高，仍需不断的深入研究及总结经验，在下一代设备升级开发中，做出优化建议。
        结语
        本文主要对目前汽车工业中应用的焊接新技术进行较为粗浅的探讨分析，作为个人对新的焊接技术的学习总结，每一个新技术发展都需要一定技术积累期。随着技术经验的不断积累，质量难点不断被攻克，同时设备稳定性提高，成本的不断降低，这些新的焊接技术在汽车工业的应用比例将不断提高。
        在国家大力发整车与业内工程师不懈努力之下，国内汽车行业的焊接技术就一定能够不断缩小与国外之间的差异，最终更好的迎接汽车工业的挑战和机遇。
        参考文献：
        [1]金颋勋.数字化焊接技术发展趋势分析[J].中国设备工程，2019（22）：130-131.
        [2]李帅勇.汽车车架焊接工艺分析及工装设计[J].中国新技术新产品，2019（21）：49-50.
        [3]段东磊.激光焊接技术在汽车制造中的应用现状及发展趋势[J].世界制造技术与装备市场，2019（05）：38-44.