汽車零部件加工組裝焊接工藝研究

嚴(yán)偉民　代勤香

摘要：汽車零部件的受力相對比較復(fù)雜，其焊接質(zhì)量及所帶來的材料的機(jī)械強(qiáng)度和疲勞壽命、承重和傳力、承受較大的彎矩和扭矩的作用，直接影響到質(zhì)量、可靠性和車輛的使用安全。重視汽車零部件加工組裝的焊接工藝技術(shù)是確保汽車零部件高效、優(yōu)質(zhì)、可靠的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車零部件；加工組裝工序；焊接工藝；焊接質(zhì)量；激光焊接工藝 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG44 文章編號(hào)：1009-2374（2015）31-0112-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.056

汽車大部件（車廂與車身、車架與車橋、變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)）等的加工組裝工序中，焊接是不可或缺的加工工序。焊接工藝對汽車零部件的品質(zhì)保證起著至關(guān)重要的作用。因此，必須重視汽車加工組裝的焊接工藝。

汽車零部件加工組裝焊接的工序、工藝技術(shù)有很多種，常用的有電阻焊、氬弧焊、CO2氣體保護(hù)焊、電弧焊等，采用較為先進(jìn)的激光焊接工藝技術(shù)。在這些焊接工藝中，電阻焊和CO2氣體保護(hù)焊有焊接變形小、效率高、生產(chǎn)量大、自動(dòng)化程度高、操作簡便、能耗較低等特點(diǎn)，其工藝適合對汽車車身車廂、車橋和車架以及零部件、薄板覆蓋件的焊接。

1 汽車零部件加工組裝的常用焊接工藝

1.1 CO2氣體保護(hù)焊的工藝

焊接工藝成熟，成本低；操作便捷、效率高；受焊接工位位置及工件厚度影響??；焊縫抗裂性好；焊后角變形、不平度控制均可控制在0.3%左右。

該焊接工藝主要用于汽車車身覆蓋件、車架、車廂、后橋等的焊接。

1.2 電阻焊的工藝

電阻焊無需使用焊條、焊絲等填充金屬，焊接加熱時(shí)間短且熱量集中，焊接時(shí)熱影響區(qū)域小，變形與應(yīng)力也很小，焊接無噪聲及有害氣體產(chǎn)生，焊后無需校正和熱處理。焊接成本較低，操作簡便，能夠滿足焊接工藝自動(dòng)化和機(jī)械化的需要。

1.3 激光焊接工藝

激光焊接能量集中，焊接作用時(shí)間短，可以焊接形狀特殊的工件，對原材料性質(zhì)和形態(tài)的改變均很小；操作便捷，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控。可以焊接薄板、金屬絲等傳統(tǒng)焊接工藝難以加工的材料等。激光焊接工藝可實(shí)現(xiàn)焊縫組織細(xì)化，且基本上不需要坡口和填充，焊接變形小，焊接速度快，熱影響區(qū)較小，激光焊縫的機(jī)械性能好。

汽車的車身材料多為金屬薄板，受熱敏感的材料等。形狀裝配位置精密、微小、排列密集，對焊接部位要求焊接質(zhì)量和精度高、接縫平整、美觀，并確保焊縫變形最小。這是汽車焊接工藝技術(shù)的基本要求。因此，適宜采用激光焊接，其焊接工藝能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的焊接影響區(qū)域小、焊縫小、焊接精度、質(zhì)量控制及可靠性指標(biāo)要求，已逐漸成為汽車零部件制造的標(biāo)準(zhǔn)工藝。

汽車外觀的工藝品質(zhì)直接反映汽車焊接加工的工藝品質(zhì)。現(xiàn)在的車身制造已由過去那種采用整塊材料沖壓成型的工藝轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)用先進(jìn)制造技術(shù)，對材料進(jìn)行套裁與套用，并依靠激光焊接工藝技術(shù)才能高質(zhì)量地完成固定或半成品成型。具體的工序工藝是：根據(jù)車身設(shè)計(jì)的各項(xiàng)技術(shù)及質(zhì)量控制要求，運(yùn)用材料沖裁與激光焊接拼裝工藝，將經(jīng)過精確裁剪、機(jī)械性能、表面狀態(tài)、厚度等各不相同的2～3塊板材拼焊到一起，然后再將這種半成品沖壓成車身零件，完成車身零部件的加工組裝成型工作。

采用激光拼焊工藝，其焊接所獲得的焊縫轉(zhuǎn)接較平穩(wěn)，能夠大幅度減少零配件和結(jié)構(gòu)件的數(shù)量，焊縫品質(zhì)較好，車身零部件的抗沖擊性、抗疲勞性都得到明顯改善，有效地減輕了車身的總質(zhì)量。提高了車身的尺寸精度和抗腐蝕能力，汽車整體結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性都有所提高。

激光焊接工藝為齒輪箱體類零部件的加工節(jié)約了大量的原材料，提供了更為緊湊的質(zhì)量可靠的結(jié)構(gòu)，減少了制造工序，使質(zhì)量控制更趨精準(zhǔn)，生產(chǎn)效率得到較大的提高。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在汽車工業(yè)較為發(fā)達(dá)的國家60%以上的零部件（如底盤、變速齒輪、傳動(dòng)軸、離合器、增壓器輪軸、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管、散熱器等）的生產(chǎn)制造與裝配過程都采用激光焊接工藝。

1.4 復(fù)合激光焊接工藝

復(fù)合激光焊接較之單純的激光焊接，具有激光高速焊接時(shí)電弧焊接的工藝穩(wěn)定性。其工藝上更能保證鈑金件長焊縫平順、焊接質(zhì)量可靠的性能要求。其工藝：

1.4.1 能夠較好地完成更大的焊縫熔深、較大縫隙的焊接質(zhì)量，且焊接過程中無燒穿時(shí)焊縫背面下垂的現(xiàn)象，可通過添加輔助材料對焊縫晶格組織施加影響，使焊縫具有良好的機(jī)械性能。

1.4.2 激光MIG惰性氣體保護(hù)焊混合，其工藝特點(diǎn)具有良好的操縱性，對熔焊深度大的焊縫能夠以較高的焊接速度實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接。焊接產(chǎn)生的焊接熱輻射少，焊縫的強(qiáng)度高，焊縫寬度小，焊縫平整凸出小。

復(fù)合激光焊接系統(tǒng)的焊縫準(zhǔn)備工作量和焊接后焊縫處理工作量小，工藝特性突出，生產(chǎn)過程穩(wěn)定性好，使各種材料和結(jié)構(gòu)的焊接性能及可靠性都得到了大幅度的提高。焊接生產(chǎn)工時(shí)短、費(fèi)用低、生產(chǎn)效率高，設(shè)備可用性好，適用范圍更廣。但復(fù)合激光焊接工藝在電源設(shè)備上的投資成本較高，且在進(jìn)行復(fù)合激光焊接時(shí)，要通過試焊，對焊炬的兩個(gè)熱源的夾角進(jìn)行調(diào)整，并盡可能調(diào)整到最小化。避免出現(xiàn)一旦夾角過大，有可能會(huì)出現(xiàn)焊不透或造成焊縫過寬等缺陷，使焊接品質(zhì)受到影響。

復(fù)合激光焊接技術(shù)在汽車制造企業(yè)，特別是對鋁合金材料的焊接提供了一種全新的焊接技術(shù)。例如，汽車的鋁合金車門的加工組裝焊接時(shí)非常適合復(fù)合激光焊接工藝，采用復(fù)合激光焊接工藝，焊縫的長度可達(dá)到3.57m，是單純激光焊接焊縫長度的3倍。

激光焊接熔深大，焊縫深寬比大，焊縫金相組織良好，焊接強(qiáng)度高。對焊接件適應(yīng)性好。焊接系統(tǒng)柔性高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)距離焊接。激光焊接技術(shù)的應(yīng)用有效地確保了焊點(diǎn)連接達(dá)到分子層面的結(jié)合，車身沖壓零件代替鍛造零件，使車身的整體強(qiáng)度以及碰撞的安全性得到提高，車內(nèi)噪音也得到有效降低。

在汽車零部件制造工藝技術(shù)應(yīng)用中有近一半是采用激光焊接工藝來完成的。基于成熟的激光焊接技術(shù)發(fā)展起來的激光拼焊板技術(shù)，帶動(dòng)現(xiàn)代先進(jìn)制造加工工藝技術(shù)的發(fā)展。激光焊接技術(shù)日益成熟，并大量應(yīng)用到生產(chǎn)線上，在汽車生產(chǎn)線上如齒輪焊接、汽車底板及結(jié)構(gòu)件（包括車門車身）的高速拼焊中已取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 汽車制造中激光焊接工藝的應(yīng)用與發(fā)展前景

以小孔效應(yīng)為理論基礎(chǔ)的深熔焊接，通過高能量的激光將幾塊不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材焊接成一塊整體板再?zèng)_壓生產(chǎn)，以滿足零部件不同部位對材料不同性能的要求。這項(xiàng)工藝技術(shù)已經(jīng)在汽車零部件的加工組裝焊接（尤其是激光焊接和切割、車身面板及拼接坯板焊接）得到廣泛的應(yīng)用，激光焊接加速了用沖壓零件代替鍛造零件的進(jìn)程。激光焊接在汽車工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝。

結(jié)合信息技術(shù)、光纖傳輸技術(shù)及機(jī)械手操作程序的應(yīng)用，在工藝技術(shù)范圍可控的前提下，配合點(diǎn)焊系統(tǒng)，并與生產(chǎn)線上的夾具相配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接的目的。進(jìn)而通過技術(shù)及設(shè)備升級(jí)，使自動(dòng)化的汽車裝配生產(chǎn)線得以實(shí)現(xiàn)。激光焊接技術(shù)及其在汽車領(lǐng)域中的迅速發(fā)展，給汽車制造業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

激光焊接通過按需控制和調(diào)整焊接能量，實(shí)現(xiàn)精細(xì)正確的焊接質(zhì)量控制。采用激光拼焊板的新生產(chǎn)工藝方式（例如柔性模塊式生產(chǎn)的方式），材料厚度的可變性保證了對重要位置的強(qiáng)化等方面，簡化了點(diǎn)焊工藝，使整車零件數(shù)量大大減少，提高了車身尺寸精度，減少了質(zhì)量問題。汽車制造工業(yè)大規(guī)模的激光焊接工藝技術(shù)應(yīng)用，技術(shù)的不斷改進(jìn)，激光加工車間和自動(dòng)化生產(chǎn)線的建立，完整的加工方法，融合并豐富了先進(jìn)制造工藝技術(shù)，在逐漸替代傳統(tǒng)加工工藝技術(shù)等方面顯示出巨大的優(yōu)勢。

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作者簡介：嚴(yán)偉民（1961-），男，江蘇無錫人，重慶電訊職業(yè)學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心主任，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：科研生產(chǎn)、教學(xué)管理。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint