全鋁合金白車身焊接生產(chǎn)線關鍵工藝設備探討

陳春燕

(廣州德恒汽車裝備科技有限公司，廣東 廣州 510800)

傳統(tǒng)的汽車車身多采用鋼材，為實現(xiàn)汽車輕量化發(fā)展，選擇更為合理的材料是當前的主要工作。鋁合金質(zhì)量約為鋼材的1/3，是當前實現(xiàn)汽車輕量化的主要車身材料。同時，鋁合金材料可以回收利用，利用率高，減少資源消耗和浪費；可塑性強，能夠滿足復雜的結(jié)構(gòu)。

一、鋁合金車身焊接存在的問題

針對鋁合金車身焊接技術，需要分析鋁合金車身焊接存在的問題，根據(jù)分析結(jié)果，選擇合理的焊接技術。鋁合金車身主要由鋁合金擠壓型材、鋁合金壓鑄件和鋁合金覆蓋件等構(gòu)件構(gòu)成。目前，鋁合金的焊接主要存在以下問題：

（一） 材質(zhì)問題

相較于傳統(tǒng)鋼材車身，鋁合金車身質(zhì)量小，鋁合金質(zhì)量、體積約為鋼材的1/3，但與此同時，彈性模量較弱，約為鋼材的1/3，在具有較強可塑性的同時，鋁合金車身在焊接過程中易發(fā)生形變。

（二）焊接過程存在的問題

鋁合金車身在進行厚板焊接時，要求的溫度梯度大，焊縫強度一般能達到母材強度的70%；但在進行薄板焊接時，由于要求的溫度梯度小，焊縫強度一般低于母材強度的60%，造成焊縫強度的損失。

（三）焊接資源、成本問題

鋁合金焊接相較于傳統(tǒng)鋼材焊接的資源和成本方面，存在著培訓成本高、培訓難度大，勞動力短缺；同時，由于鋁合金焊接受環(huán)境影響大，濕度和溫度是鋁合金焊接的重要影響因素，在許多環(huán)境下，為保證溫度和濕度，造成的資源浪費和成本增加等問題不容忽視。

（四）焊接污染問題

在進行鋁合金焊接時，產(chǎn)生的煙塵對環(huán)境污染和勞動者健康影響也是較大的問題。

二、鋁合金車身的焊接技術

綜合鋁合金焊接的特點及車身焊接的成本，針對鋁合金焊接存在的問題，經(jīng)過對比分析，在進行鋁合金車身焊接時，MIG 焊和攪拌摩擦（點）焊是適用性較強的焊接技術。

（一）鋁合金車身 MIG 焊

MIG 焊是目前鋁合金車身的主要焊接技術之一，在焊接過程中，電弧穩(wěn)定，氧化性弱，適合焊接多種活潑金屬及合金；焊縫均勻，焊縫強度較大，能進行鋁合金薄板焊接并有效保證焊接強度達到母體強度的70%。例如：德國奧迪在焊接過程中，使用 MIG 電弧釬焊，對車身及構(gòu)件進行焊接，有效焊接鋁合金，保證焊縫均勻，焊接強度達到母體強度標準，并有效提高焊接效率。為不斷適應鋁合金車身焊接需要，MIG焊不斷創(chuàng)新，出現(xiàn)了脈沖MIG焊、單絲MIG焊、單槍焊絲MIG焊、復合熱源MIG焊等多種新型MIG焊接技術。通過不斷研發(fā)、創(chuàng)新MIG焊接技術和設備，提高焊接效率，提高焊接質(zhì)量和自動化焊接水平。例如：奧地利 Fronius 公司在傳統(tǒng)MIG焊基礎上開發(fā)了單槍焊絲 MIG 焊技術，保留了焊接效率高的特點，同時焊接變形小，提高了鋁合金車身焊接質(zhì)量。相較于傳統(tǒng)MIG焊，單槍焊絲MIG焊的焊槍小巧，受限較少，可焊接鋁合金車身的各個位置。

（二）鋁合金車身攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊技術是 20 世紀 90年代興起的焊接技術，主要依靠攪拌頭的機械摩擦作用實現(xiàn)接頭連接。經(jīng)過分析，攪拌摩擦焊具有熱輸入少，溫度低，焊接難度小的特點；同時，由于熱輸入少，在進行鋁合金材料焊接時不容易發(fā)生形變，焊接強度較大；符合鋁合金焊接母體強度的要求，缺陷較少，焊接質(zhì)量好；焊接產(chǎn)生的鋁合金內(nèi)部殘余應力較小，無需焊絲保護，焊接質(zhì)量高。

三、汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)設計與功能分析

（一）PLC控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用兩套觸摸屏與PLC控制裝置為激光焊接提供控制操作系統(tǒng)，觸摸屏主要負責信息輸入與監(jiān)控，其實時與焊接頭、送絲機、光纖激光器、焊接機器人以及滾壓輪等進行通信，同時還與光柵、通道門、安全門等安全設備進行連接，通過與主線系統(tǒng)控制構(gòu)成結(jié)構(gòu)清晰、操作便捷以及性能安全的整條生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)。

（二）設備工作與工藝模式

本系統(tǒng)主要有自動和手動兩種工作模式，其中手動模式下可實現(xiàn)對各設備進行單獨操作，而自動控制模式下，主要通過生產(chǎn)線自動生產(chǎn)，分別在正常、空運與排空三種模式下運行。具體工藝控制模式包括兩種，一種是用于設備正常焊接的帶激光模式，另一種是用于設備調(diào)試及程序演示的不帶激光模式。

（三）PLC集成系統(tǒng)安全功能帶安全功能的PLC集成系統(tǒng)其主要用于控制系統(tǒng)安全狀態(tài)，本系統(tǒng)均采用安全程序分別對維修門開光信號、急停信號及光柵信號等進行處理，其能夠用于故障檢測以及本地操作中斷后快速恢復生產(chǎn)。

（四）維修門門禁系統(tǒng)

為保證設備可靠與穩(wěn)定，整個激光焊接都在密閉激光防護房中進行，焊接過程中為防止維修門打開中斷焊接過程，系統(tǒng)采用電磁鎖門禁系統(tǒng)控制激光防護房外圍的操作盒，由此保證焊接操作人員安全。

四、結(jié)束語

實現(xiàn)汽車輕量化是汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在此過程中，運用鋁合金制作車身能有效實現(xiàn)汽車輕量化。但在鋁合金車身焊接過程中，由于鋁合金各個方面因素的影響，焊接難度大，焊接效率不高，焊接質(zhì)量不夠強。因此，針對存在的問題，選擇合理的焊接技術進行有效焊接，不斷提高鋁合金車身焊接的質(zhì)量和效率，減小焊接難度和消耗。