浅析车身焊接技术现状及发展趋势论文

浅析车身焊接技术现状及发展趋势论文

　　1前言

　　目前国内汽车厂家采用的车身焊接技术主要是电阻焊、电弧焊、激光焊。在车身制造中应用最多的为电阻焊接技术，通过电阻点焊技术将数目众多的薄板零件连接起来形成白车身总成。由于汽车车身结构复杂，在有些部位难以实现点焊，或由于零件装配问题，厚度相差太大等因素，为了完成不同零件之间的连接，少数位置采用了电弧焊接技术。

　　激光焊接技术在车身制造领域应用的时间比较短，但由于其优点较多，目前已经在国外汽车公司得到大量应用，国内有些主流汽车厂家也在逐步采用。

　　2电阻焊技术

　　电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域生产的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的焊接方法。电阻焊主要分为点焊、凸焊、缝焊、对焊。在车身制造领域应用最多的电阻焊技术是点焊，其次是凸焊，在车身制造中没有应用缝焊及对焊技术。

　　2.1点焊技术

　　点焊由于生产效率高、操作简单、焊接变形小、易于实现机械化和自动化等优点，在车身制造中应用最为广泛;目前点焊工艺依然是国内外各大轿车厂家车身焊接方法中最重要的方法。通常一个轿车车身有3000～5000个焊点。焊点的装配关系主要有两种：两层钢板和三层钢板;四层钢板焊接在少数情况也可以获得合格的焊点，但其对钢板强度、钢板厚度及装配关系的要求很高，且焊接时飞溅大，焊点压痕深，焊点疲劳强度有所下降，因此四层钢板点焊需要谨慎使用。

　　电阻焊是电能转化为热能的焊接方法，计算公式如下。

　　Q=I2RT(1)

　　式中，Q为产生的热量;I为焊接电流;R为焊接电阻;T为焊接时间。

　　焊接电阻包括电极与工件之间的接触电阻、工件与工件之间的接触电阻、以及工件本身的电阻。其中接触电阻与焊接压力有直接的关系，要获得合格的焊点，需要合适的焊接压力。

　　形成一个合格焊点需要三个主要因素，即焊接电流、焊接时间和焊接压力。每个焊点的具体焊接参数值由钢板厚度、钢板强度、钢板镀层情况及钢板装配状态等因素综合决定。焊点质量水平是衡量车身质量的重要指标，影响焊点质量的因素较多，即零件装配状态、钢板镀锌层厚度、焊点间距、零件结构、电极对中状态、焊钳冷却状态、电极帽修磨状态、夹具是否分流、程序转换开关是否失效、焊接参数值是否合理等，在出现焊接质量问题时，应需从多方面进行分析。

　　2.2点焊设备

　　目前，点焊的设备类型主要分为两大类：手工焊钳和机器人焊钳。

　　手工焊钳的主要元件包括阻焊变压器、焊钳控制器、气缸、钳体、钳臂、水电气管等。手工焊钳分为分体式手工焊钳和一体式手工焊钳。分体式手工焊钳，其阻焊变压器与钳体分离，中间采用较长的次级电缆相连接，能耗比较高，价格便宜，前些年在国内汽车厂家应用十分广泛;由于不符合节能环保的要求，能耗高，次级电缆容易损坏，近些年逐步被淘汰。一体式手工焊钳，其阻焊变压器与钳体直接连接，无次级电缆损耗，价格稍高，但由于其节能、效率高、易于操作等特点，最近几年已经在国内主流汽车厂家得到大量采用。手工焊钳无论分体式还是一体式，焊钳控制器都采用了微处理器技术，根据钢板零件装配情况可以对焊接电流、焊接压力、焊接时间、电流递增台阶、电极修磨记数等参数值进行设置;其中一体式焊钳的控制器最多可以设置64套焊接参数程序，利用焊接参数程序转换开关，一把焊钳可以焊接多种不同装配的焊点;且控制器具有故障自诊断功能，当设备出现故障时，控制器会出现故障代码，极大地提高了设备维修效率。

　　机器人焊钳也分为两类：气动机器人焊钳和伺服电机机器人焊钳。气动机器人焊钳由气缸、钳体、阻钳变压器、具有补偿功能的浮动机构、上下电极组件及电极等部件组成。通过压缩空气驱动气缸进而带动焊钳上下电极夹紧至预先设定压力以完成焊接动作。由于气动焊钳在焊接加压时无法精确控制电极移动速度，对工件冲击较大，容易使工件产生变形、焊接飞溅、焊接时噪音较大等缺点，已经逐步被伺服电机机器人焊钳所取代。伺服电机焊钳与气动焊钳主要区别在于伺服焊钳焊接压力采用的是伺服电机驱动，用伺服电机代替气动焊钳中的气缸。伺服电机输出的是旋转运动，通过滚珠丝杠转化为焊钳电极的上下运行。在伺服焊钳机械结构中滚珠丝杠是最重要的机械元件，由丝杠、螺母、滚珠等零件组成，具有驱动力矩小、精度高、可实现低速进给及高速进给、刚性高、可逆性强等特点，保证了伺服焊钳功能的实现。

　　2.3凸焊技术

　　在车身制造领域中凸焊技术主要应用于焊接螺钉，螺母类零件或小件;通常情况下，单个车身使用的螺钉或螺母件数量超过两百个。凸焊实际上是点焊的一个变形，通常在螺钉或螺母上冲出凸点或凸环，或在小件上冲出凸点。凸焊焊接时由于电流集中，克服了点焊时因零件厚度不同而造成的熔核偏移，零件的厚度比可以超过6∶1，而点焊工艺不同零件的厚度比通常不超过4∶1。凸焊时，电极要随着凸点或凸环被压溃而迅速下降，否则会因为压力上升缓慢产生喷溅或炸电极，因此凸焊设备的电极随动性要好。在对螺钉或螺母类零件进行焊接时，焊接参数值通常采用大电流，焊接时间短，否则会容易导致螺纹变色，精度下降等问题。在焊接直径为8mm的凸环螺钉时，焊接电流需达到30000A，凸焊设备功率要比常用点焊设备功率大的多。

　　2.4电阻焊接技术的发展趋势—中频电阻焊

　　目前汽车车身的发展方向是“轻量、安全、节能”，为此镀锌钢板、高强度钢板、铝合金、镁合金等新材料越来越广泛地应用在车身制造中。传统的工频电阻焊技术已经难以满足新材料的焊接要求。使用传统的工频电阻焊设备焊接镀锌钢板和高强度钢板，容易造成焊接飞溅，电极粘连，焊接毛刺等缺陷。中频电阻焊由于动态响应速度快、控制精度高、焊接电流脉动小、加热集中、焊接质量稳定等优点，能够很好满足镀锌钢板和高强度钢板焊接的技术要求，正在逐步应用在车身制造中。

　　中频电阻焊机工作原理，由三相交流电(380V/50Hz)经整流电路和滤波电容转换成500V左右脉动直流电，再经由功率开关器件组成的逆变电路转换成中频方波(1000Hz)，然后输入变压器降压后，经大功率二极管整流成直流电供给电极对工件进行焊接。逆变器通常采用电流反馈脉宽调制(PWM)获得稳定的恒电流输出。

　　中频电阻焊的主要优点如下。

　　a.与工频交流电流相比，由于中频逆变直流电流没有明显的峰值电流，电流波形平直，减少了焊接飞溅，提高了焊接质量。

　　b.三相负荷均衡，不受电网波动的影响，即使在网压波动+15%情况下，仍可将焊接电流精度控制在2%以下，且功率因素高。

　　c.中频变压器体积小、质量轻，输入热量低，便于使用一体化焊钳。尤其运用于机器人点焊操作时，可减轻机器人的负荷，而使用工频焊接控制器时则需要载荷能力更大的机器人。

　　d.中频焊接控制器的调节反馈控制周期为千分之一秒，响应速度是工频焊接控制器的20倍，能瞬时分析及调整焊接参数，焊接质量控制更精确。

　　根据现场经验可知，中频电阻焊的焊接质量得到提高，焊接飞溅有大幅度的下降;不过能耗降低及电极帽寿命延长的优点并没有能够体现出来。