目前,焊接结构生产正从传统的单一焊接工序自动化向产品设计､工艺设计､焊接过程､检测､传输､管理等全系统自动化发展,从单台稳定焊接参数控制向多台焊接质量闭环控制和带有智能的系统自动控制发展｡

其关键技术为:

(1)  带有传感器的自动控制技术

①  高速､高响应度,高精度的焊丝送给控制技术;

②  接触和非接触式的焊缝自动跟踪技术;

③  熔透和焊接质量控制技术;

④  高适应性､高能量､高精度焊接电源控制技术;

⑤  能适应各种焊接接头盒各种焊接空间位置的焊接参数自适应控制技术;

⑥各类焊缝的在线和焊后自动检测技术｡

(2)  系统技术:

①  CAD/CAM系统技术,能实现计算机设计产品､焊接工艺并能进行机器人离线示教和自动示教;

②  焊接过程和焊接生产的仿真技术;

③焊接生产的集成技术;

④计算机生产过程的分析和管理技术｡

(3)  采用新工艺新技术｡

近年来,为了适应汽车生产发展的需要,不断对焊接新技术､新工艺进行研究,以提高焊接自动化､机械化的水平,在接触焊方面,除了继续扩大接触焊的应用范围外,大力发展多电焊(包括凸焊)和机器人点焊,保证了焊点质量,可方便的更换“焊接模胎”,解决了多点焊机的通用性并增加了“柔性”。

通过提高了气源压力(如用1.2MPa的压缩空气),可完全取代液压动力源,减少环境污染,并采用数字控制气缸,通过数控气缸组合来得到焊枪的移动,使之对焊接零件进行多点焊接;在电弧焊方面,大力发展CO2半自动和全自动焊｡

同时还研究成功了激光焊､微弧等离子焊等特种焊,并在汽车生产中初步得到了应用｡

纵观整个汽车车身的焊接现状为减轻车身重量,提高车身抗冲击强度,汽车生产中大量应用高强度钢｡高强度钢的使用,给车身件冲压成形和焊接都带来了新课题｡

高强度钢板无论是机械性能,还是化学成分或是显微结构都与普通钢板差别很大,给焊接工艺提出了新的挑战｡

通常通过改进优化传统点焊工艺,采用脉冲点焊､中频点焊等专有技术,增加焊接压力､控制焊接过程,以获得性能良好的焊点质量｡

不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为:发展自动化柔性生产系统｡而工业机器人,因集自动化生产和灵活性生产特点于一身,故车身生产近年来大规模､迅速地使用了机器人｡

在焊接方面,主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人｡激光焊接由于采用计算机控制,所以具有较强的灵活性和机动性,可以对车身内板构件如门板､挡板､侧围､仪表板等零部件实施焊接｡

采用激光钎焊对车身外部､要求外表质量较高的部件实施焊接｡顶盖+侧围激光钎焊,通过光纤传输系统和机械手就可以进入汽车装配生产线达到自动化焊接的目的。

三、汽车车身中焊接新材料的发展趋势

随着轿车发展的日趋紧凑小型化､轻量化､新材料的应用使轿车材料构成发生了明显改变,未来轿车车身材料仍以钢板为主,为使钢板厚度减薄,将广泛采用高强度钢板｡

同时为了提高车身的防腐蚀性能,世界上不少汽车厂家在轿车生产中大量应用了镀锌钢板｡

另外,还使用铝合金､塑料及陶瓷等材料｡据有关专家预测,到本世纪末并不会在大批量轿车生产中出现全铝车身或全塑车身｡  

镀锌钢板

在美国焊接学会分会的会议上讨论汽车工业中应用的金属板焊接问题时,有关专家指出,焊接镀锌钢板最有前途的方法是激光焊接｡

但是由于该过程现在自动化程度还不够,必须完善汽车工业中广泛应用的接触点焊方法｡这种方法的主要缺点是在焊件与电极接触中锌的大量过渡而使电极烧损较快｡

故建议使用Al2O3弥散微粒强化的Cu-Zn和Cu-Cr合金制造的电极,可在最小电抗下焊接,以保证获得最小的焊接接头尺寸｡

高强度钢板

为了实现汽车的轻量化,提高汽车安全性能,高强度钢板在汽车中的应用正在逐年增加,现今出现了新一代的高强度钢板材料——超细晶粒钢｡

该钢种主要指在经济指标进一步提高的基础上,钢铁材料的强度､韧性比现有的钢材提高一倍｡新一代超细晶粒钢在组织结构上具有超细晶粒､高洁净度､高均匀度的特性｡

当前用于研究的新一代超细晶粒钢主要有400MPa级和800MPa级两种｡

在对新一代钢铁的研究上,我国与国际水平并没有什么差距,几乎是同时起步,同日､韩两国共处世界的领先地位｡

但是由于出现的时间较短,所以参与研究的单位也并不很多,主要是以钢铁研究总院和清华大学机械系为主｡在对超细晶粒钢的焊接技术进行一定的研究后,取得了一些先进成果｡

铝合金

铝合金具有重量轻､强度高及抗腐蚀等优点,是优良的建筑材料,汽车工业中也逐渐在使用铝合金材料的零部件｡

铝合金焊接有五个主要的特点:

(1)铝合金表面有一层致密的氧化薄膜(熔点约2050℃),焊接时如未能将其清除,将会影响基本金属的熔化质量,形成夹杂等质量问题｡

(2)热导率大(约为钢的4倍),导电性好,焊接时若要达到与钢相同的焊速,则焊接热输入要比焊钢时大2～4倍｡

(3)线膨胀系数大,焊件有产生较大的热应力､变形及裂纹的倾向｡  

(4)易出现气孔｡

(5)铝合金焊接接头的强度降低｡

铝合金焊接的这些特点,正是我们在研制焊接设备和焊接工艺时应认真对待的问题,只有这样才能开发出适合铝合金焊接的设备､材料和焊接工艺｡

四、汽车车身焊接的总体发展趋势

发展自动化柔性生产系统

纵观整个汽车工业的焊接现状,不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为:发展自动化柔性生产系统｡

而工业机器人,因集自动化生产和灵活性生产特点于一身,故轿车生产近年来大规模､迅速地使用了机器人｡在焊接方面,主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人｡

焊接生产线要高度自动化,广泛采用自由度的机器人,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｡  

发展轻便组合式智能自动焊机

国内汽车焊接水平与国外相比差距很大｡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｡

焊接由R30型极坐标式机器人和G60肘节式机器人61台进行,机器人驱动由微机控制,数字和文字显示,磁带记录仪输入和输出程序｡

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｡

类似的高水平的生产线,在上海､武汉等地都有合资及引进,包括了德国､美国､法国和日本的先进汽车制造技术｡

但这些毕竟还远不能适应我国民族汽车工业迅速发展的需要,我们必须坚持技术创新,大力加速发展高效节能的焊接新材料､新工艺和新设备,发展应用机器人技术,发展轻便灵巧的智能设备,建立高效经济的焊接自动化系统,必须用计算机及信息技术改造传统产业,提高档次｡

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带给汽车工业的机遇和挑战｡