淺析車(chē)身焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)論文
1前言
目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠家采用的車(chē)身焊接技術(shù)主要是電阻焊、電弧焊、激光焊。在車(chē)身制造中應(yīng)用最多的為電阻焊接技術(shù)，通過(guò)電阻點(diǎn)焊技術(shù)將數(shù)目眾多的薄板零件連接起來(lái)形成白車(chē)身總成。由于汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在有些部位難以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊，或由于零件裝配問(wèn)題，厚度相差太大等因素，為了完成不同零件之間的連接，少數(shù)位置采用了電弧焊接技術(shù)。
激光焊接技術(shù)在車(chē)身制造領(lǐng)域應(yīng)用的時(shí)間比較短，但由于其優(yōu)點(diǎn)較多，目前已經(jīng)在國(guó)外汽車(chē)公司得到大量應(yīng)用，國(guó)內(nèi)有些主流汽車(chē)廠家也在逐步采用。
2電阻焊技術(shù)
電阻焊是將被焊工件壓緊于兩電極之間，通以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域生產(chǎn)的電阻熱將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的焊接方法。電阻焊主要分為點(diǎn)焊、凸焊、縫焊、對(duì)焊。在車(chē)身制造領(lǐng)域應(yīng)用最多的電阻焊技術(shù)是點(diǎn)焊，其次是凸焊，在車(chē)身制造中沒(méi)有應(yīng)用縫焊及對(duì)焊技術(shù)。
2.1點(diǎn)焊技術(shù)
點(diǎn)焊由于生產(chǎn)效率高、操作簡(jiǎn)單、焊接變形小、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，在車(chē)身制造中應(yīng)用最為廣泛;目前點(diǎn)焊工藝依然是國(guó)內(nèi)外各大轎車(chē)廠家車(chē)身焊接方法中最重要的方法。通常一個(gè)轎車(chē)車(chē)身有3000～5000個(gè)焊點(diǎn)。焊點(diǎn)的裝配關(guān)系主要有兩種：兩層鋼板和三層鋼板;四層鋼板焊接在少數(shù)情況也可以獲得合格的焊點(diǎn)，但其對(duì)鋼板強(qiáng)度、鋼板厚度及裝配關(guān)系的要求很高，且焊接時(shí)飛濺大，焊點(diǎn)壓痕深，焊點(diǎn)疲勞強(qiáng)度有所下降，因此四層鋼板點(diǎn)焊需要謹(jǐn)慎使用。
電阻焊是電能轉(zhuǎn)化為熱能的焊接方法，計(jì)算公式如下。
Q=I2RT(1)
式中，Q為產(chǎn)生的熱量;I為焊接電流;R為焊接電阻;T為焊接時(shí)間。
焊接電阻包括電極與工件之間的接觸電阻、工件與工件之間的接觸電阻、以及工件本身的電阻。其中接觸電阻與焊接壓力有直接的關(guān)系，要獲得合格的焊點(diǎn)，需要合適的焊接壓力。
形成一個(gè)合格焊點(diǎn)需要三個(gè)主要因素，即焊接電流、焊接時(shí)間和焊接壓力。每個(gè)焊點(diǎn)的具體焊接參數(shù)值由鋼板厚度、鋼板強(qiáng)度、鋼板鍍層情況及鋼板裝配狀態(tài)等因素綜合決定。焊點(diǎn)質(zhì)量水平是衡量車(chē)身質(zhì)量的重要指標(biāo)，影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素較多，即零件裝配狀態(tài)、鋼板鍍鋅層厚度、焊點(diǎn)間距、零件結(jié)構(gòu)、電極對(duì)中狀態(tài)、焊鉗冷卻狀態(tài)、電極帽修磨狀態(tài)、夾具是否分流、程序轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是否失效、焊接參數(shù)值是否合理等，在出現(xiàn)焊接質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，應(yīng)需從多方面進(jìn)行分析。
2.2點(diǎn)焊設(shè)備
目前，點(diǎn)焊的設(shè)備類(lèi)型主要分為兩大類(lèi)：手工焊鉗和機(jī)器人焊鉗。
手工焊鉗的主要元件包括阻焊變壓器、焊鉗控制器、氣缸、鉗體、鉗臂、水電氣管等。手工焊鉗分為分體式手工焊鉗和一體式手工焊鉗。分體式手工焊鉗，其阻焊變壓器與鉗體分離，中間采用較長(zhǎng)的次級(jí)電纜相連接，能耗比較高，價(jià)格便宜，前些年在國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠家應(yīng)用十分廣泛;由于不符合節(jié)能環(huán)保的要求，能耗高，次級(jí)電纜容易損壞，近些年逐步被淘汰。一體式手工焊鉗，其阻焊變壓器與鉗體直接連接，無(wú)次級(jí)電纜損耗，價(jià)格稍高，但由于其節(jié)能、效率高、易于操作等特點(diǎn)，最近幾年已經(jīng)在國(guó)內(nèi)主流汽車(chē)廠家得到大量采用。手工焊鉗無(wú)論分體式還是一體式，焊鉗控制器都采用了微處理器技術(shù)，根據(jù)鋼板零件裝配情況可以對(duì)焊接電流、焊接壓力、焊接時(shí)間、電流遞增臺(tái)階、電極修磨記數(shù)等參數(shù)值進(jìn)行設(shè)置;其中一體式焊鉗的控制器最多可以設(shè)置64套焊接參數(shù)程序，利用焊接參數(shù)程序轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，一把焊鉗可以焊接多種不同裝配的焊點(diǎn);且控制器具有故障自診斷功能，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，控制器會(huì)出現(xiàn)故障代碼，極大地提高了設(shè)備維修效率。
機(jī)器人焊鉗也分為兩類(lèi)：氣動(dòng)機(jī)器人焊鉗和伺服電機(jī)機(jī)器人焊鉗。氣動(dòng)機(jī)器人焊鉗由氣缸、鉗體、阻鉗變壓器、具有補(bǔ)償功能的浮動(dòng)機(jī)構(gòu)、上下電極組件及電極等部件組成。通過(guò)壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣缸進(jìn)而帶動(dòng)焊鉗上下電極夾緊至預(yù)先設(shè)定壓力以完成焊接動(dòng)作。由于氣動(dòng)焊鉗在焊接加壓時(shí)無(wú)法精確控制電極移動(dòng)速度，對(duì)工件沖擊較大，容易使工件產(chǎn)生變形、焊接飛濺、焊接時(shí)噪音較大等缺點(diǎn)，已經(jīng)逐步被伺服電機(jī)機(jī)器人焊鉗所取代。伺服電機(jī)焊鉗與氣動(dòng)焊鉗主要區(qū)別在于伺服焊鉗焊接壓力采用的是伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用伺服電機(jī)代替氣動(dòng)焊鉗中的氣缸。伺服電機(jī)輸出的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)滾珠絲杠轉(zhuǎn)化為焊鉗電極的上下運(yùn)行。在伺服焊鉗機(jī)械結(jié)構(gòu)中滾珠絲杠是最重要的機(jī)械元件，由絲杠、螺母、滾珠等零件組成，具有驅(qū)動(dòng)力矩小、精度高、可實(shí)現(xiàn)低速進(jìn)給及高速進(jìn)給、剛性高、可逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，保證了伺服焊鉗功能的實(shí)現(xiàn)。
2.3凸焊技術(shù)
在車(chē)身制造領(lǐng)域中凸焊技術(shù)主要應(yīng)用于焊接螺釘，螺母類(lèi)零件或小件;通常情況下，單個(gè)車(chē)身使用的螺釘或螺母件數(shù)量超過(guò)兩百個(gè)。凸焊實(shí)際上是點(diǎn)焊的一個(gè)變形，通常在螺釘或螺母上沖出凸點(diǎn)或凸環(huán)，或在小件上沖出凸點(diǎn)。凸焊焊接時(shí)由于電流集中，克服了點(diǎn)焊時(shí)因零件厚度不同而造成的熔核偏移，零件的厚度比可以超過(guò)6∶1，而點(diǎn)焊工藝不同零件的厚度比通常不超過(guò)4∶1。凸焊時(shí)，電極要隨著凸點(diǎn)或凸環(huán)被壓潰而迅速下降，否則會(huì)因?yàn)閴毫ι仙徛a(chǎn)生噴濺或炸電極，因此凸焊設(shè)備的電極隨動(dòng)性要好。在對(duì)螺釘或螺母類(lèi)零件進(jìn)行焊接時(shí)，焊接參數(shù)值通常采用大電流，焊接時(shí)間短，否則會(huì)容易導(dǎo)致螺紋變色，精度下降等問(wèn)題。在焊接直徑為8mm的凸環(huán)螺釘時(shí)，焊接電流需達(dá)到30000A，凸焊設(shè)備功率要比常用點(diǎn)焊設(shè)備功率大的多。
2.4電阻焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)—中頻電阻焊
目前汽車(chē)車(chē)身的發(fā)展方向是“輕量、安全、節(jié)能”，為此鍍鋅鋼板、高強(qiáng)度鋼板、鋁合金、鎂合金等新材料越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在車(chē)身制造中。傳統(tǒng)的工頻電阻焊技術(shù)已經(jīng)難以滿(mǎn)足新材料的焊接要求。使用傳統(tǒng)的工頻電阻焊設(shè)備焊接鍍鋅鋼板和高強(qiáng)度鋼板，容易造成焊接飛濺，電極粘連，焊接毛刺等缺陷。中頻電阻焊由于動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、控制精度高、焊接電流脈動(dòng)小、加熱集中、焊接質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好滿(mǎn)足鍍鋅鋼板和高強(qiáng)度鋼板焊接的技術(shù)要求，正在逐步應(yīng)用在車(chē)身制造中。
中頻電阻焊機(jī)工作原理，由三相交流電(380V/50Hz)經(jīng)整流電路和濾波電容轉(zhuǎn)換成500V左右脈動(dòng)直流電，再經(jīng)由功率開(kāi)關(guān)器件組成的逆變電路轉(zhuǎn)換成中頻方波(1000Hz)，然后輸入變壓器降壓后，經(jīng)大功率二極管整流成直流電供給電極對(duì)工件進(jìn)行焊接。逆變器通常采用電流反饋脈寬調(diào)制(PWM)獲得穩(wěn)定的恒電流輸出。
中頻電阻焊的主要優(yōu)點(diǎn)如下。
a.與工頻交流電流相比，由于中頻逆變直流電流沒(méi)有明顯的峰值電流，電流波形平直，減少了焊接飛濺，提高了焊接質(zhì)量。
b.三相負(fù)荷均衡，不受電網(wǎng)波動(dòng)的影響，即使在網(wǎng)壓波動(dòng)+15%情況下，仍可將焊接電流精度控制在2%以下，且功率因素高。
c.中頻變壓器體積小、質(zhì)量輕，輸入熱量低，便于使用一體化焊鉗。尤其運(yùn)用于機(jī)器人點(diǎn)焊操作時(shí)，可減輕機(jī)器人的負(fù)荷，而使用工頻焊接控制器時(shí)則需要載荷能力更大的機(jī)器人。
d.中頻焊接控制器的調(diào)節(jié)反饋控制周期為千分之一秒，響應(yīng)速度是工頻焊接控制器的20倍，能瞬時(shí)分析及調(diào)整焊接參數(shù)，焊接質(zhì)量控制更精確。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)可知，中頻電阻焊的焊接質(zhì)量得到提高，焊接飛濺有大幅度的下降;不過(guò)能耗降低及電極帽壽命延長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)并沒(méi)有能夠體現(xiàn)出來(lái)。
3電弧焊技術(shù)
電弧焊在車(chē)身制造應(yīng)用時(shí)工件容易變形，尺寸不易控制，通常只有在難以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊工藝的時(shí)候，才使用電弧焊技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)零件的連接。目前國(guó)內(nèi)大多的汽車(chē)整車(chē)廠采用電弧焊工藝熔化極氣體保護(hù)焊，它包括CO2氣體保護(hù)焊、MAG焊、MIG焊。
除了熔化極氣體保護(hù)焊之外，還有一種特殊的電弧焊工藝，即電弧螺柱焊。
3.1熔化極氣體保護(hù)焊
熔化極氣體保護(hù)焊是采用連續(xù)等速送進(jìn)可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來(lái)熔化焊絲和母材金屬，形成熔池和焊縫的焊接方法。根據(jù)不同的保護(hù)氣體和焊絲，熔化極氣體保護(hù)焊分為CO2氣體保護(hù)焊、MAG焊(保護(hù)氣體為氬氣加少量CO2或O2)，及MIG焊(保護(hù)氣體為氬氣或氦氣)。
由于CO2氣體保護(hù)焊具有焊接速度快，成本低及易與全位置焊接等特點(diǎn)，在大多數(shù)汽車(chē)廠家應(yīng)用最廣泛，其缺點(diǎn)為飛濺大、煙塵大、焊縫成型不良、沖擊韌性低。與CO2氣體保護(hù)焊相比，MAG焊電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺小，焊縫成型美觀，沖擊韌性好;同時(shí)還克服了純氬氣保護(hù)時(shí)的表面張力大，液體金屬粘稠等問(wèn)題。由于保護(hù)氣體成分主要是氬氣，MAG焊的使用成本比CO2氣體保護(hù)焊的使用成本要高。MAG焊和CO2氣體保護(hù)焊的焊絲通常采用H08Mn2SiA，低碳鋼中填加了硅錳元素以補(bǔ)償電弧燃燒時(shí)引起的焊縫合金元素的燒損。轎車(chē)車(chē)身零件厚度通常在0.67～3.0mm之間，對(duì)于厚度小于1.0mm的工件來(lái)言，使用MAG焊容易引起工件燒穿現(xiàn)象;為了減少工件燒穿現(xiàn)象的發(fā)生，一些汽車(chē)廠家在厚度小于1.0mm的工件上采用了MIG焊。MIG焊的焊絲成分為銅鋁合金，保護(hù)氣體為純氬氣。MIG焊和MAG焊不同點(diǎn)為MAG焊是熔焊，而MIG焊是高溫釬焊，在焊接過(guò)程中，通常工件(低碳鋼)不熔化，鋁青銅焊絲熔化滴到工件接口，熔化的金屬液體填充到工件縫隙中。從使用的效果來(lái)看，MIG焊在焊接厚度小于1.0mm的工件時(shí)，避免了工件易燒穿現(xiàn)象。使用MIG焊接工件，成本比較高，且釬焊焊接接頭強(qiáng)度不如熔焊接頭。
對(duì)于熔化極氣體保護(hù)焊來(lái)說(shuō)，如何精確控制熔滴過(guò)渡，減少或避免飛濺問(wèn)題，一直是廣大焊接工作者關(guān)心和研究的問(wèn)題。隨著焊接電源從電磁控制式發(fā)展到逆變式，這個(gè)問(wèn)題得到了很大的改善。電磁控制式焊接電源是利用電感效應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)焊接過(guò)程中電流、電壓，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢;逆變電源是利用電子電容器來(lái)控制焊接過(guò)程中電流、電壓的變化，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度很快，可以實(shí)時(shí)控制熔滴過(guò)渡過(guò)程，最大限度地避免飛濺現(xiàn)象。目前國(guó)內(nèi)外電焊機(jī)廠家開(kāi)發(fā)出了各具特色，性能優(yōu)異的逆變弧焊機(jī)。
3.2螺柱焊
螺柱焊接具有快速，可靠、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可以替代鉚接、鉆孔等工藝。國(guó)內(nèi)某汽車(chē)廠家的一個(gè)車(chē)身，螺柱使用量達(dá)到200個(gè)。螺柱焊主要有儲(chǔ)能式(電容放電)和拉弧式兩種方式。儲(chǔ)能式螺柱焊，焊接時(shí)間、焊接電流不可調(diào)，熔深很淺，在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用很少。目前汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用最多的是拉弧式螺柱焊，螺柱接觸工件后，扣動(dòng)焊槍開(kāi)關(guān)，螺柱被拉起，離開(kāi)工件，然后工件與螺柱之間產(chǎn)生電弧，電弧產(chǎn)生的熱量熔化螺柱頂部法蘭和工件表面，隨后螺柱下降浸入工件表面形成的熔池里，設(shè)備斷電，熔池冷卻形成焊接接頭，焊接完畢。螺柱焊接時(shí)間非常短，以ms為單位，通常在20～40ms之間，汽車(chē)行業(yè)采用的這種螺柱焊接工藝也稱(chēng)為短周期螺柱焊。
螺柱焊設(shè)備焊接電源現(xiàn)在以逆變式電源為主，已經(jīng)基本替代了晶閘管控制弧焊整流器電源。螺柱焊槍已經(jīng)從氣動(dòng)發(fā)展到電動(dòng)，可通過(guò)彈簧的伸縮來(lái)控制螺柱的提升、下降過(guò)程，發(fā)展到伺服電機(jī)控制螺柱的運(yùn)動(dòng)，精確控制螺柱的運(yùn)動(dòng)行程，提高了螺柱焊接質(zhì)量�，F(xiàn)在螺柱焊接技術(shù)發(fā)展較快，自動(dòng)化程度高，廣泛采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、模糊系統(tǒng)、專(zhuān)家系統(tǒng)程序等智能控制系統(tǒng)技術(shù)。螺柱焊設(shè)備不僅能精確設(shè)置和記錄、儲(chǔ)存焊接參數(shù)，而且能對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，具有故障自我診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，以保證焊接質(zhì)量;且1臺(tái)焊接主機(jī)可以最多帶5把焊槍工作，極大地提高了焊接主機(jī)的利用率。
國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的螺柱焊機(jī)主要依靠進(jìn)口，存在價(jià)格高、維修成本高的問(wèn)題。目前通過(guò)國(guó)內(nèi)焊接技術(shù)人員的不斷攻關(guān)，深圳和天津已經(jīng)有焊機(jī)設(shè)備廠家研制出可用于汽車(chē)行業(yè)使用的螺柱焊接設(shè)備，螺柱焊接質(zhì)量可以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求;填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)螺柱焊設(shè)備制造領(lǐng)域的空白。
4激光焊接
由于激光焊接具有能量密度高、工件變形小、熱影響區(qū)窄、焊接速度高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、無(wú)后續(xù)加工的'優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已經(jīng)成為金屬材料加工與制造的重要手段。越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在汽車(chē)、航空航天、國(guó)防工業(yè)、造船、海洋工程、核電設(shè)備等工業(yè)領(lǐng)域。
汽車(chē)制造領(lǐng)域是當(dāng)前最大規(guī)模使用激光焊接技術(shù)的行業(yè)，從汽車(chē)零部件生產(chǎn)到車(chē)身制造，激光焊接已經(jīng)成為汽車(chē)制造的重要焊接方法。激光焊接在汽車(chē)車(chē)身制造中的應(yīng)用主要包括激光拼焊板、激光釬焊、激光熔焊。
4.1激光拼焊板
激光拼焊板技術(shù)根據(jù)車(chē)身不同部位的性能要求，選擇強(qiáng)度等級(jí)相同或不同，厚度不同的鋼板，通過(guò)激光裁剪和拼焊在一起，然后再?zèng)_壓成車(chē)身零件。激光拼焊技術(shù)優(yōu)點(diǎn)為減少了零件及模具的數(shù)量、縮短設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)周期、減少材料浪費(fèi);合理使用不同級(jí)別、厚度和性能的鋼板，減少車(chē)身重量、降低制造成本、提高尺寸精度、提高車(chē)身結(jié)構(gòu)剛度和安全性。
蒂森克虜伯公司與大眾公司合作，最早把此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在奧迪100的地板拼焊上。到目前為止，世界上幾乎所有的著名汽車(chē)制造商都大量采用了激光拼焊技術(shù)，所涉及的汽車(chē)結(jié)構(gòu)件如行李箱加強(qiáng)板、行李箱內(nèi)板、減震器支座、后輪罩、側(cè)圍內(nèi)板、前地板、前縱梁、保險(xiǎn)杠、橫梁、輪罩、車(chē)門(mén)內(nèi)板、中立柱等。
4.2激光釬焊
激光釬焊也稱(chēng)激光填絲釬焊，其基本原理為激光發(fā)生器發(fā)出的激光束聚焦在焊絲表面上加熱，使焊絲受熱熔化(工件未熔化)成高溫液態(tài)金屬浸潤(rùn)工件連接處，填充接頭間隙與工件結(jié)合，液態(tài)金屬冷卻后，形成焊縫。通常采用的焊絲為直徑1.2mm的CuSi3焊絲，其熔點(diǎn)950℃左右，被焊工件為低碳鋼鍍鋅板(鋼板熔點(diǎn)1400℃以上)，在焊絲熔化的情況下，工件不熔化。
激光釬焊目前主要用于汽車(chē)頂蓋、行李箱蓋等車(chē)身的可視工件焊接中。很多主流汽車(chē)廠家在中高檔車(chē)型中都應(yīng)用了此項(xiàng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)某車(chē)型激光釬焊應(yīng)用見(jiàn)圖8。以頂蓋的激光釬焊為例，與電阻點(diǎn)焊相比的主要優(yōu)點(diǎn)如下。
a.搭接凹槽長(zhǎng)度由40mm減少到5mm以?xún)?nèi)，減輕了車(chē)身質(zhì)量，可以節(jié)能降耗。
b.頂蓋單側(cè)的激光釬焊縫通常在1.5m左右，是連續(xù)的金屬連接，提高了車(chē)身的連接強(qiáng)度，進(jìn)而增強(qiáng)了車(chē)身安全性。
c.點(diǎn)焊需要涂膠工藝，激光釬焊不需要涂膠工藝，在減少工藝內(nèi)容的同時(shí)降低了制造成本。
d.搭接凹槽無(wú)須使用裝飾條，減少了零件數(shù)量，降低了制造成本，提高了車(chē)身的美觀度。
e.由于是局部加熱，工件熱影響區(qū)小，提高了車(chē)身安全。
f.正離焦方式加熱，加熱帶寬，無(wú)飛濺，填充劑熔化后自然浸潤(rùn)，焊縫外觀質(zhì)量良好。
g.光束容易傳輸和控制，因而容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，位置精度高。
激光釬焊系統(tǒng)主要包括激光器、激光傳輸光纖、激光焊接頭、機(jī)器人、工裝夾具、送絲機(jī)、自動(dòng)化控制電柜等。其具體工作過(guò)程為工件在焊裝夾具上就位后，焊接工裝夾緊工件，機(jī)器人得到信號(hào)指令，運(yùn)動(dòng)到起焊位置，然后送絲機(jī)得到信號(hào)進(jìn)行送絲，激光器得到信號(hào)發(fā)出激光，激光經(jīng)過(guò)傳輸光纖到達(dá)激光焊接頭，由激光焊接頭把激光照射在焊絲和焊接區(qū)域，焊絲被加熱熔化浸潤(rùn)工件連接處，機(jī)器人帶著激光焊接頭和送絲機(jī)構(gòu)末端，按照設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，整個(gè)焊接工作完成后，送絲機(jī)停止送絲，激光器停止工作，機(jī)器人返回待機(jī)位置，焊裝夾具自動(dòng)打開(kāi)，整個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。
激光釬焊是一種高精度、高自動(dòng)化、高柔性的焊接工藝，其焊接質(zhì)量的控制難度比較高，要實(shí)現(xiàn)完美的焊接質(zhì)量，不僅需要先進(jìn)的設(shè)備，更需要與之匹配的工藝參數(shù)，其工作過(guò)程中的每個(gè)參數(shù)公差范圍窄。重要的工藝參數(shù)主要包括送絲角度、光斑直徑、激光功率、焊絲預(yù)熱電流、送絲速度和焊接速度等。這些工藝參數(shù)需要通過(guò)不斷的調(diào)試和摸索，合理匹配，才能取得良好的焊接質(zhì)量。另外工件尺寸的穩(wěn)定性和焊接夾具的重復(fù)精度對(duì)焊接質(zhì)量也有著重要的影響。
4.3激光熔焊
激光熔焊與激光釬焊不同，工件被快速熔化，通常不需要使用焊絲�；驹恚航饘僭诩す獾恼丈湎�，被迅速加熱，其表面溫度在極短時(shí)間內(nèi)升高到沸點(diǎn)，金屬發(fā)生汽化。金屬蒸汽在一定的速度離開(kāi)金屬熔池表面，產(chǎn)生一個(gè)反作用力于熔化的金屬，使其向下凹陷，在激光光束下產(chǎn)生一個(gè)凹坑。激光直接射入凹坑底部，形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的小孔。當(dāng)金屬蒸汽的反作用力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔將不再繼續(xù)深入。小孔隨著激光束在焊接方向前進(jìn)，金屬在小孔前方熔化，繞過(guò)小孔流向后方，重新凝固結(jié)晶形成焊縫。
目前歐美主流汽車(chē)廠家對(duì)激光熔焊的使用比較多，在車(chē)門(mén)內(nèi)板、前地板、側(cè)圍內(nèi)板等得到應(yīng)用。國(guó)內(nèi)某車(chē)型在車(chē)門(mén)內(nèi)板焊接應(yīng)用了激光熔焊。激光熔焊基本上可以替代電阻點(diǎn)焊，并且具有以下優(yōu)勢(shì)。
a.熱量集中，焊縫“深寬比”大，熱影響區(qū)小，工件變形很小，無(wú)需焊后處理。
b.焊縫質(zhì)量好，強(qiáng)度高，提高了車(chē)身強(qiáng)度和安全性。
c.光束易于控制，焊接速度快，適合柔性化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。
d.可焊材料范圍廣，可以進(jìn)行異種材料焊接。
e.搭接面寬度小，節(jié)省材料，并可以減重降耗。
激光熔焊系統(tǒng)主要包括激光器、激光傳輸光纖、激光焊接頭、機(jī)器人、自動(dòng)化控制電柜等。與激光釬焊相比，不需要焊絲填充，沒(méi)有送絲機(jī)構(gòu)。激光熔焊時(shí)，工件被快速加熱溶化，焊接質(zhì)量控制相對(duì)激光釬焊來(lái)說(shuō)，難度更大，對(duì)被焊工件的尺寸穩(wěn)定性和工裝夾具的定位精度及重復(fù)性精度要求特別高。主要的工藝參數(shù)包括焊接速度、激光功率、焦距、光斑直徑等。工件通常是鍍鋅鋼板，在焊接過(guò)程中，鋅鍍層特別容易汽化，對(duì)焊接質(zhì)量影響比較大;為了讓汽化的鋅金屬順利揮發(fā)，通常在零件沖壓時(shí)，會(huì)在焊接部位沖壓出一段高度很小的凸臺(tái)，這樣在工件在搭接的時(shí)候，工件之間就會(huì)存在一定的間隙，可以使鋅在焊接過(guò)程中順利揮發(fā)，減少焊縫氣孔的產(chǎn)生;根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最佳的間隙量為0.2mm左右。
4.4激光器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
對(duì)于激光焊接系統(tǒng)來(lái)言，核心設(shè)備是激光器。目前應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)的激光器主要有兩大類(lèi)：第一類(lèi)是CO2氣體激光器，是最早應(yīng)用于車(chē)身焊接的激光器，效率較高，光束質(zhì)量較好，但波長(zhǎng)較長(zhǎng)，10.6um，無(wú)法通過(guò)光纖傳輸，不夠靈活;第二類(lèi)是固體(Nd：YAG)激光器嗎，效率較低，光束質(zhì)量差一些，輸出功率較小，可滿(mǎn)足車(chē)身薄板的釬焊和熔焊，波長(zhǎng)為1.06um，可以通過(guò)光纖傳輸，與CO2氣體激光器相比可以省去復(fù)雜的光束傳送系統(tǒng)，適用于柔性制造系統(tǒng)，近年來(lái)已經(jīng)逐步取代了CO2氣體激光器。國(guó)內(nèi)的車(chē)身生產(chǎn)線(xiàn)，引入激光焊接技術(shù)的時(shí)間比較晚，通常采用的是功率為4kW的固體(Nd:YAG)激光器。
最近幾年，科研人員又研發(fā)成功了新型的固體激光器，光纖激光器和碟片激光器，都是利用摻Y(jié)b晶體作為增益介質(zhì)(Yb:YAG)，不過(guò)幾何形狀不同，光釬激光器采用又長(zhǎng)又薄的幾何形狀，碟片激光器采用盤(pán)狀幾何形狀。與固體(Nd:YAG)激光器相比，新型激光器的光電轉(zhuǎn)換效率高，光束質(zhì)量高，維護(hù)成本低。目前光釬激光器和碟片激光器已經(jīng)成功應(yīng)用在汽車(chē)車(chē)身焊裝生產(chǎn)線(xiàn)上，除了激光熔焊和釬焊外，還可以通過(guò)與光學(xué)掃描系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)激光遠(yuǎn)程焊接。在車(chē)身焊接領(lǐng)域，固體(Nd:YAG)激光器在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)被新型固體(Yb:YAG)激光器所取代。
5焊接機(jī)器人技術(shù)
焊接機(jī)器人是本體獨(dú)立、動(dòng)作自由度多、程序變更靈活、自動(dòng)化程序高、生產(chǎn)效率高的焊接設(shè)備;是焊接自動(dòng)化技術(shù)的革命性飛躍，它突破了傳統(tǒng)剛性的自動(dòng)化方式，可以進(jìn)行多品種車(chē)型混流的柔性化生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用在汽車(chē)行業(yè)的絕大多數(shù)機(jī)器人是示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它在示教過(guò)程中自動(dòng)記錄每個(gè)動(dòng)作的位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、工藝參數(shù)等;示教完成后，只需給機(jī)器人一個(gè)啟動(dòng)命令，它就可以十分精確地重復(fù)示教內(nèi)容。
汽車(chē)行業(yè)點(diǎn)焊機(jī)器人數(shù)量占焊接機(jī)器人總量的80%左右，由機(jī)器人本體，點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三大部分組成。機(jī)器人本體應(yīng)用最多的是全關(guān)節(jié)6軸機(jī)器人。機(jī)器人控制系統(tǒng)由焊接控制部分和機(jī)器人本體控制部分組成;焊接控制部分實(shí)現(xiàn)控制電極加壓、通電焊接、程序轉(zhuǎn)換等功能;本體控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)示教再現(xiàn)、焊點(diǎn)位置和精度控制。點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)由焊接控制器，焊鉗(含阻焊變壓器)，水、電、氣等輔助部分組成。點(diǎn)焊機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外汽車(chē)公司應(yīng)用極為普遍。
除了點(diǎn)焊之外，熔化極氣體保護(hù)焊、螺柱焊等各種焊接設(shè)備也正在和機(jī)器人相結(jié)合，逐步應(yīng)用在車(chē)身生產(chǎn)線(xiàn)中，手工操作的相關(guān)工位正在被機(jī)器人所取代。當(dāng)然激光焊接設(shè)備也需要與機(jī)器人相結(jié)合才能在車(chē)身生產(chǎn)線(xiàn)上應(yīng)用。機(jī)器人在車(chē)身生產(chǎn)線(xiàn)的大量使用，大大減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化水平。據(jù)報(bào)道，國(guó)外某汽車(chē)廠家已經(jīng)建成全自動(dòng)的焊裝車(chē)間，點(diǎn)焊、弧焊、激光焊、涂膠、包邊、零件搬運(yùn)等所有加工工序由機(jī)器人來(lái)完成，整個(gè)車(chē)間沒(méi)有操作工。
6結(jié)束語(yǔ)
目前國(guó)內(nèi)車(chē)身焊接技術(shù)以電阻焊技術(shù)為主，輔以熔化極氣體保護(hù)焊、螺柱焊與激光焊接等;隨著鍍鋅鋼板、高強(qiáng)度鋼板等新材料在車(chē)身制造中的大量使用，中頻電阻焊及激光焊接等各種先進(jìn)的焊接設(shè)備在車(chē)身制造中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛;車(chē)身焊接技術(shù)結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)，焊裝生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化程度將逐步提高。目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用了大量先進(jìn)的焊接設(shè)備，但是我國(guó)焊接設(shè)備制造能力及制造水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展需要，固體激光器、中頻電阻焊機(jī)、機(jī)器人等先進(jìn)設(shè)備都依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口。國(guó)內(nèi)焊接設(shè)備行業(yè)應(yīng)該加快研發(fā)步伐，早日推出與國(guó)外先進(jìn)水平相媲美的產(chǎn)品，填補(bǔ)先進(jìn)焊接設(shè)備制造領(lǐng)域的技術(shù)空白。
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