汽車生產中的焊接技術 |
| 發(fā)布者：蘇州凱林能自動化設備有限公司 發(fā)布時間：2023-03-19 11:34:13 點擊次數(shù)：407 關閉 |
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| 焊接是現(xiàn)代機械制造業(yè)中一種必要的工藝方法，在汽車制造中得到廣泛的應用。隨著技術的進步，焊接新工藝、新材料、新方法不斷運用在汽車制造中，鍍層鋼板、輕金屬材料的焊接問題，高分子材料、復合材料、異種材料、特種材料對汽車焊接提出了新的挑戰(zhàn)。而汽車焊接過程中的機器人與自動化技術使汽車焊接面貌大為改觀。 一. 汽車焊接新技術或新用途 激光焊接技術 激光技術采用偏光鏡反射激光產生的光束使其集中在聚焦裝置中產生巨大能量的光束，如果焦點靠近工件，工件就會在幾毫秒內熔化和蒸發(fā)，這一效應可用于焊接工藝。激光焊接設備的關鍵是大功率激光器。主要有兩大類，一類是固體激光器，又稱Nd: YAG激光器。Nd（釹）是一種稀土族元素，YAG代表釔鋁柘榴石，晶體結構與紅寶石相似。Nd:YAG激光器波長為1.06mm，主要優(yōu)點是產生的光束可以通過光纖傳送，因此可以省去復雜的光束傳送系統(tǒng)，適用于柔性制造系統(tǒng)或遠程加工，通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車工業(yè)常用輸出功率為3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一類是氣體激光器，又稱CO2激光器，分子氣體作工作介質，產生平均為10.6mm的紅外激光，可以連續(xù)工作并輸出很高的功率，標準激光功率在2-5千瓦之間。激光焊接的特點是被焊接工件變形極小，幾乎沒有連接間隙，焊接深度/寬度比高，因此焊接質量比傳統(tǒng)焊接方法高。但是，如向保證激光焊接的質量，也就是激光焊接過程監(jiān)測與質量控制是一個激光利用領域的重要內容，包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器，通過電子計算機處理，針對不同焊接對象和要求，實現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫質量監(jiān)測等項目，通過反饋控制調節(jié)焊接工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)自動化激光焊接。汽車工業(yè)中，激光技術主要用于車身拼焊、焊接和零件焊接。 塑料焊接技術 超聲波塑焊是將高頻率機械振動通過工件傳到接口部分，使分子加速運動。分子摩擦轉換成熱量使接口處塑料溶化，從而使兩個焊件以分子聯(lián)接方式真正結合為一體。因為這種分子運動是在瞬間完成的，所以絕大部分的超聲波塑焊可以0.25～0.5s內完成。超聲波塑焊適用于焊接面積較小，結構規(guī)則和熱塑性的塑料件。 
振動摩擦塑料焊接技術是使工件在加壓的狀況下相互摩擦，能量沿熔接部位傳導，并且在特別設計的部位使塑膠因摩擦生熱而溶化，溶化時段過后在繼續(xù)加壓的狀態(tài)下冷卻固化，固化后的接口強度與本體塑膠強度相當。 Branson塑料焊接技術已被成功地運用于汽車保修杠、儀表板和儀表盤、剎車顯示燈、方向指示器、汽車門板以及其他與發(fā)動機有關的零部件制造工業(yè)中。近年來，原先許多傳統(tǒng)使用金屬的零部件也開始用塑料代替，如進氣管，儀表指針，散熱器加固，油箱，過濾器等。振動摩擦焊接適用于焊接面積較大，結構復雜的工件，而且對塑料類型沒有特殊要求。 電阻焊的節(jié)能及控制技術 目前電阻焊機大量使用交流50Hz的單相交流電源，容量大、功率因數(shù)低。發(fā)展三相低頻電阻焊機、三相次級整流接觸焊機(已在普通型點焊機、縫焊機、凸焊機中應用)和IGBT逆變電阻焊機，可以解決電網(wǎng)不平衡和提高功率因數(shù)的問題。同時還可進一步節(jié)約電能，利于實現(xiàn)參數(shù)的微機控制，可更好地適用于焊接鋁合金、不銹鋼及其他難焊金屬的焊接。另外還可進一步減輕設備重量。西南交通大學針對一工廠鋁合金車圈對焊研制成車圈焊接PLC(可編程控制器)智能控制器，對原機進行了改造，解決了鋁合金車圈的焊接質量問題，提高了焊接生產率。后又同一工廠研制了PLC縫焊控制器，解決了對一般清理要求制件的縫焊問題。通過這兩項控制器的研制，證明了PLC比單片微機控制器抗干擾能力強，可靠性高；比工控機控制器體積小、成本低，使用通用的單相工頻交流電阻焊機完成了高難度的對焊及縫焊工作。 等離子焊（PAW） 像TIG焊接工藝一樣，PAW焊接機器人的應用是很少的。這種生產是用于汽車燃油箱的焊接，使用的是不同的焊接工藝像TIG-電阻點焊和等離子焊等，等離子的焊接工藝應用在油箱的兩個半圓邊緣的焊接。許多行業(yè)對等離子焊接工藝的進一步發(fā)展非常感興趣，具體的開發(fā)將會集中在開發(fā)很高的等離子密度和用于等離子焊槍的重新設計上。氬氣保護的等離子焊接切割早已在各行業(yè)應用，主要用于合金鋼和有色金屬加工。目前空氣等離子切割已普遍應用于一般鋼鐵和有色金屬的切割，國內鐵路客車廠引進了水下等離子切割，以減少變形和提高精度。發(fā)動機氣閥體早已采用填充圈等離子焊接。近十幾年來粉末等離子堆焊有很大發(fā)展，可進行小熔合比的薄層料精細堆焊，能堆焊各種特種合金表面。 TCP自動校零技術 
焊縫自動跟蹤技術 焊接機器人缺少對工件的自適應能力，效果比較好的是用激光視覺傳感器系統(tǒng)，它能夠自動識別焊縫位置，在空間中尋找和跟蹤焊縫、尋找焊縫起、終點，實現(xiàn)焊槍跟隨焊縫位置自適應控制。但這種方法不太適合轎車底盤零件的焊接，因轎車底盤零件機器人系統(tǒng)的夾具允許機器人工作空間范圍很小，根本不允許焊槍頭上再有附帶激光跟蹤頭焊接。為此僅可使用的焊縫自動跟蹤技術為電弧電壓跟蹤傳感，該系統(tǒng)具有尋找焊縫起始點、終點以及弧長參考點，焊接過程中根據(jù)弧長的變化，用電弧傳感器控制電壓自適應控制。這種方法也只能應用于角接接頭形式，對于轎車底盤零件大量的薄板搭接焊縫，因無法尋找弧長參考點也無法應用。 二. 汽車焊接新材料 為了實現(xiàn)汽車的輕量化，提高汽車安全性能，高強度鋼板在汽車中的應用正在逐年增加，現(xiàn)今出現(xiàn)了新一代的高強度鋼板材料 — 超細晶粒鋼。該鋼種主要指在經濟指標進一步提高的基礎上，鋼鐵材料的強度、韌性比現(xiàn)有的鋼材提高一倍。新一代超細晶粒鋼在組織結構上具有超細晶粒、高潔凈度、高均勻度的特性。在對新一代鋼鐵的研究上，我國與國際水平并沒有什么差距，幾乎是同時起步，同日、韓兩國共處世界的領先地位。 SMC國際超合金集團焊接產品公司開發(fā)的NI-ROD鐵-錳系的填充金屬，它是第一種成功地應用于這類異種焊接的耗材，并且它的衍生產品NI-ROD?HT可以適用于日益升高的發(fā)動機溫度。同時，使用這一類鎳基耗材不但使生產成本降低，并且在降低廢氣泄漏率和排放水平以及降低噪音方面都取得了新的進展，因此成為優(yōu)化汽車鑄鐵排氣系統(tǒng)制作的特種焊接材料。直到十九世紀90年代，NI-ROD(r)填充金屬一直是西歐和北美等國家汽車排氣裝置生產時，鑄鐵和不銹鋼之間焊接所選擇的焊接耗材。 但是，現(xiàn)代汽車為提高燃料燃燒效率而提高了發(fā)動機工作溫度，結果使得排氣歧管的溫度超過了750℃，并產生了一種新的熱影響區(qū)開裂方式。由于密集網(wǎng)狀二次石墨沉淀、氧化環(huán)境以及熱循環(huán)導致的循環(huán)應力的綜合作用，這種裂紋出現(xiàn)在沿著熱影響區(qū)的熔合線上。這種現(xiàn)象已經被定義為應力加速的氧化作用（SAO）。當排氣歧管裝配到汽車發(fā)動機上，隨著重復的發(fā)動機操作，馬氏體將被回火而且馬氏體和滲碳體都會被溶解并重新作為二次石墨沉淀出來。二次石墨越多產生SAO裂紋的可能性越高。 三. 汽車焊接走向智能化 
機器人焊接目前已廣泛應用在汽車制造業(yè)，汽車底盤、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接，尤其在汽車底盤焊接生產中得到了廣泛的應用。豐田公司已決定將點焊作為標準來裝備其日本國內和海外的所有點焊機器人。用這種技術可以提高焊接質量，因而甚至試圖用它來代替某些弧焊作業(yè)。在短距離內的運動時間也大為縮短。該公司最近推出一種高度低的點焊機器人，用它來焊接車體下部零件。這種矮小的點焊機器人還可以與較高的機器人組裝在一起，共同對車體上部進行加工，從而縮短了整個焊接生產線長度。國內生產的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件，主要構件采用沖壓焊接，板厚平均為1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質量要求相當高，其質量的好壞直接影響到轎車的安全性能。應用機器人焊接后，大大提高了焊接件的外觀和內在質量，并保證了質量的穩(wěn)定性和降低勞動強度，改善了勞動環(huán)境。 自動化焊接 縱觀整個汽車工業(yè)的焊接現(xiàn)狀，不難分析出汽車工業(yè)的焊接發(fā)展趨勢為：發(fā)展自動化柔性生產系統(tǒng)。而工業(yè)機器人，因集自動化生產和靈活性生產特點于一身，故轎車生產近年來大規(guī)模、迅速地使用了機器人。在焊接方面，主要使用的是點焊機器人和弧焊機器人。焊接生產線要高度自動化，廣泛采用6自由度的機器人，且機器人具有焊鉗儲存庫，可根據(jù)焊裝部位的不同要求或焊裝產品的變更，自動從儲存庫抓換所需焊鉗。傳輸裝置則已發(fā)展為采用無人駕駛的更具柔性化的感應導向小車。國內汽車焊接水平與國外相比差距很大。近年來，國內的汽車制造廠都非常重視焊接的自動化。 |
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