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        汽車車身焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

        2020-04-30 04:35:30李孜志昌先濤杜衛(wèi)民
        設(shè)備管理與維修 2020年6期
        關(guān)鍵詞:周波車身電流

        李孜志,昌先濤,杜衛(wèi)民

        (元?jiǎng)?chuàng)實(shí)業(yè)(鄭州)有限公司,河南鄭州 450000)

        0 引言

        我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅速,發(fā)展規(guī)模、制造水平呈現(xiàn)出飛躍式提升發(fā)展態(tài)勢(shì)。汽車制造業(yè)在發(fā)展過(guò)程中提升制造水平,加強(qiáng)企業(yè)管理,并朝向節(jié)能、安全綠色、低碳環(huán)保、機(jī)械化、智能化等方向發(fā)展[1]。在汽車制造技術(shù)發(fā)展過(guò)程中,越來(lái)越注重車身焊接技術(shù),提升焊接質(zhì)量,滿足汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展新需求,緊跟時(shí)代發(fā)展腳步,積極采購(gòu)先進(jìn)焊接設(shè)備,如點(diǎn)焊與CO2焊接機(jī)械手、懸掛焊、激光拼焊、激光疊焊等多種現(xiàn)代化設(shè)備,并使用電阻焊接工藝、激光焊接工藝進(jìn)行車身焊接,滿足汽車制造焊裝需求。當(dāng)今社會(huì),科技水平不斷提升,焊接工藝也在不斷發(fā)展,要想真正在汽車產(chǎn)業(yè)中占據(jù)頭角,必須重視車身焊接工藝技術(shù)發(fā)展,分析汽車車身焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)是十分必要的。

        1 車身焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

        早在2000 年我國(guó)汽車銷量就已經(jīng)多次刷新全球銷售記錄,并兩次蟬聯(lián)世界第一,汽車銷量早已經(jīng)破千萬(wàn)。2018 年我國(guó)汽車銷量雖然總量上出現(xiàn)下滑,但相比于2000 年,我國(guó)的汽車銷量已經(jīng)上升至2800 萬(wàn)輛,并在車輛購(gòu)買結(jié)構(gòu)上有了明顯變化,商用車輛、電子車輛顯著增加。汽車行業(yè)高速發(fā)展,推動(dòng)了行業(yè)由量向質(zhì)發(fā)展,多種零部件生產(chǎn)與配套工藝不斷完善化、體系化。汽車行業(yè)是我國(guó)支柱產(chǎn)業(yè),為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

        鑒于汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)與作用,我國(guó)于2009 年由中央政府制定了“汽車產(chǎn)業(yè)振興計(jì)劃”,并多次強(qiáng)調(diào)發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵是要研發(fā)技術(shù),提升企業(yè)素質(zhì),加快技術(shù)改造,樹(shù)立民族品牌,由此才能夠促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展[2]。同時(shí),在汽車發(fā)展指導(dǎo)文件中提出汽車車身四大制造工藝分別為涂裝、沖壓、焊裝、總裝,對(duì)車身焊接質(zhì)量以及焊接水平提出了新要求,車身經(jīng)過(guò)焊接后能夠滿足強(qiáng)度、安裝型以及生產(chǎn)率需求。

        2 車身焊接技術(shù)特點(diǎn)

        現(xiàn)代車身更加輕量化、車型變更速度快、安全要求高,加大了車身焊接技術(shù)難度,使其具備了新的焊接特點(diǎn),主要有以下6點(diǎn):①新材料焊接技術(shù),由于車身輕量化發(fā)展,原有焊接技術(shù)顯然無(wú)法滿足焊接需求,車身制造過(guò)程中使用新的材料,焊接技術(shù)必然要與之相適應(yīng),研究新的焊接技術(shù),保證焊接效果;②新焊接設(shè)備,現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模巨大,產(chǎn)品更新?lián)Q代快,各代汽車產(chǎn)品之間車型差異性較大,焊接裝備也需要及時(shí)更換,滿足新的車身焊接需求;③焊接工藝,汽車生產(chǎn)批量化,對(duì)焊接工作效能提出了更高要求,在保證高車身焊接工藝水平的同時(shí),強(qiáng)化焊裝生產(chǎn)線自動(dòng)化焊接水平;④信息化發(fā)展,焊裝生產(chǎn)線工作任務(wù)量增加,必然要引進(jìn)多種焊裝生產(chǎn)設(shè)備,使其能夠滿足基本焊裝需求,壓縮人工焊接操作環(huán)節(jié),在焊裝生產(chǎn)線運(yùn)行與管理中,必然要將信息化技術(shù)應(yīng)用于其中,加強(qiáng)信息化工程技術(shù)的應(yīng)用;⑤混合焊裝生產(chǎn),在零件加工、車身焊裝過(guò)程中為了降低設(shè)備更新成本,會(huì)組裝多功能混合焊裝生產(chǎn)線,以此來(lái)滿足不同車型的焊裝需求;⑥提升工藝精準(zhǔn)度,現(xiàn)代車身制造更加追求工藝水平、車身舒適等多個(gè)方面,這對(duì)車身焊裝精準(zhǔn)度和測(cè)量提出了更高要求。

        3 車身新材料

        車身焊裝技術(shù)與車身材料有直接關(guān)系,在實(shí)際作業(yè)中需要科學(xué)分析焊接材料,選擇對(duì)應(yīng)焊接技術(shù)。汽車發(fā)展過(guò)程中車身強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng),質(zhì)量越來(lái)越輕;其結(jié)構(gòu)材料由鋼結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)化為復(fù)合材料結(jié)構(gòu),主要材料包括鋼、合金、復(fù)合材料、優(yōu)質(zhì)鋼等。

        3.1 優(yōu)質(zhì)鋼

        優(yōu)質(zhì)鋼即是高強(qiáng)度鋼,其本身強(qiáng)度高,但塑性溫度區(qū)間窄,增加了焊接難度。由于優(yōu)質(zhì)鋼具有回彈小、強(qiáng)度高、耐腐性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì),主要被用于車身高強(qiáng)度功能件中,如座椅、骨架、門檻、加強(qiáng)板等。為了達(dá)成預(yù)期焊接目標(biāo),焊接過(guò)程中需要使用電極壓力較大的焊接設(shè)備,能夠達(dá)成塑性需求。在優(yōu)質(zhì)鋼焊接過(guò)程中,只需要對(duì)于原有焊接技術(shù)稍加變革,使用中頻電焊、脈沖點(diǎn)焊等焊接方法就可以完成塑性,這是實(shí)際焊接過(guò)程中采用的主要焊接方法[3]。近年來(lái)激光焊接技術(shù)飛速發(fā)展,被廣泛應(yīng)用于優(yōu)質(zhì)鋼的焊接當(dāng)中,提升焊接處強(qiáng)度與性能,可以預(yù)見(jiàn)在未來(lái)發(fā)展中,激光焊接技術(shù)必然在車身焊裝中占據(jù)重要地位,焊接水平也愈加成熟。

        3.2 合金材料

        合金材料是近年來(lái)車身制造材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的重點(diǎn),在車身制造中應(yīng)用的合金材料主要為輕合金,如鎂合金、鋁合金、鈦合金等。合金材料的應(yīng)用增加了車身焊接難度,傳統(tǒng)點(diǎn)焊工藝應(yīng)用于鋁合金材料車身焊接時(shí)難度明顯加大。目前在合金材料焊接中多采用鉚接焊接、TIG 等焊接方法,部分汽車車身焊接過(guò)程中也會(huì)使用摩擦攪拌點(diǎn)焊接技術(shù),由于焊接后留有小孔痕跡,因此主要被應(yīng)用于車身內(nèi)板結(jié)構(gòu)焊接件上。

        3.3 復(fù)合材料

        汽車車身制造中為了進(jìn)一步減輕車身重量,使用碳素纖維復(fù)合材料制作部分底盤零件與車身,能夠降低車身50%左右的質(zhì)量[4]。碳素纖維復(fù)合材料所制作車身焊接工藝與一般金屬車身焊接方法不同,部分廠商在焊裝過(guò)程中會(huì)使用樹(shù)脂傳遞模進(jìn)行局部處塑性。

        4 車身焊接技術(shù)

        4.1 電阻焊

        電阻焊接技術(shù)相對(duì)比較成熟,主要以中頻焊接技術(shù)為主,也是車身焊接過(guò)程中采用的主要焊接技術(shù)。優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在6 個(gè)方面:①質(zhì)量佳,中頻焊接技術(shù)電流響應(yīng)時(shí)間極短,僅為1 ms,能夠極大提升焊接精準(zhǔn)度,提升焊接質(zhì)量[5];②速度快,中頻焊接過(guò)程中使用的為直流輸出設(shè)備,能夠?qū)附犹庍M(jìn)行集中加熱,由此縮短車身焊接過(guò)程中所用時(shí)間;③節(jié)能,中頻焊接技術(shù)依賴于逆變焊機(jī),該型設(shè)備在高頻高壓模式下能源耗損?。虎芄?jié)省空間,逆變焊變壓器設(shè)備體積小巧,質(zhì)量較輕,安放與管理更加便捷;⑤范圍廣,中頻焊接技術(shù)能夠適用于多種金屬焊接,應(yīng)用范圍廣;⑥節(jié)能環(huán)保,中頻焊接技術(shù)使用過(guò)程中由三相平衡負(fù)載,對(duì)電網(wǎng)沖擊力度相對(duì)較小。

        電阻焊焊接效果與焊接電流、加壓力、通電時(shí)間有直接關(guān)系,也是電阻焊三大要素:①焊接電流,焊接電流大小能夠影響焊接熱量,電流小則焊接熱量不足,會(huì)導(dǎo)致焊接效果受到影響,強(qiáng)度無(wú)法滿足焊接需求,電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致焊接時(shí)容易產(chǎn)生金屬氣泡,并使焊接部位發(fā)生形變;②加壓力,加壓力直接影響到焊接部位阻值大小,也具備預(yù)防局部焊接部位過(guò)熱的作用,壓力過(guò)大就會(huì)減少焊接部位阻值,容易造成溫度過(guò)低,影響焊接部位結(jié)合強(qiáng)度,但較小也易引發(fā)焊接裂痕;③通電時(shí)間,焊接時(shí)通電時(shí)間越長(zhǎng),熱量損失越大,甚至引發(fā)焊接部位材質(zhì)變化,但焊接時(shí)間過(guò)短,則會(huì)影響焊點(diǎn)強(qiáng)度,導(dǎo)致焊接不充分。

        焊機(jī)工作原理(圖1):①初期加壓時(shí)間,為確保電極在通電之前能夠壓緊工作,預(yù)防因加壓力過(guò)小引發(fā)的焊接缺陷,需要合理控制初期加壓時(shí)間,通常情況下設(shè)定加壓時(shí)間Ts初期值為0~99 周波;②上升時(shí)間,控制電流緩升時(shí)間,確保焊接工作的穩(wěn)定性,讓工件溫度緩慢上升與逐漸退火,并將平均板與凸焊點(diǎn)充分接觸,保證焊點(diǎn)溫度、大小穩(wěn)定性,避免焊接飛濺現(xiàn)象的發(fā)生,通常情況下設(shè)定為0~9 周波;③通電時(shí)間,主要取決于焊機(jī)功率、金屬材質(zhì),在實(shí)際焊接通電過(guò)程中可以采用弱規(guī)范與強(qiáng)規(guī)范兩種方式進(jìn)行通電,通常情況下設(shè)定為0~99 周波;④下降時(shí)間,焊接過(guò)程中可以通過(guò)控制電流大小調(diào)控焊接區(qū)域溫度下降時(shí)間,避免下降速度過(guò)急、過(guò)快所引發(fā)的焊接部位裂痕現(xiàn)象,通常情況下設(shè)定為0~9 周波;⑤保持時(shí)間,保持時(shí)間是指電極開(kāi)始上升前到自焊接電流結(jié)束后的時(shí)間,此過(guò)程中電極頭起到冷卻作用,讓熔核凝固后達(dá)成預(yù)期強(qiáng)度,減少裂縫、縮孔焊接問(wèn)題,通常情況下設(shè)定為0~99 周波;⑥開(kāi)放時(shí)間,是指電極提起與下落單位周期內(nèi)的時(shí)間,適用于多次重復(fù)焊接需求,常情況下設(shè)定為0~99 周波。

        圖1 焊機(jī)工作原理

        4.2 其他焊接技術(shù)

        激光焊接技術(shù)、攪拌摩擦焊接技術(shù)、等離子弧焊接技術(shù)等都是車身常用焊接技術(shù)。激光焊接技術(shù)熱影響區(qū)域小、速度快,可以有效滿足縫隙焊接技術(shù)要求,甚至能夠滿足異種材料的焊接需求。攪拌摩擦焊接技術(shù)具有形變小、無(wú)融化焊接等問(wèn)題,適合應(yīng)用于長(zhǎng)平直焊接需求。等離子弧焊接技術(shù)熔透能力強(qiáng),焊接成本低于激光焊接技術(shù),因此使用范圍相對(duì)比較廣,可以有效提升生產(chǎn)效率[6]。隨著汽車車身焊接技術(shù)的發(fā)展,焊接技術(shù)會(huì)越來(lái)越成熟,焊接效率提升,成本降低,并滿足車身安全需求。

        5 結(jié)語(yǔ)

        車身焊接技術(shù)對(duì)于汽車質(zhì)量影響極大,汽車制造廠商在發(fā)展過(guò)程中應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求、材料性能等多項(xiàng)因素,研制更加成熟、穩(wěn)定、高效的焊接技術(shù),滿足車身制造需求。只有如此,才能夠確保企業(yè)的長(zhǎng)效發(fā)展。

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