汽車制造中的焊接變形與控制

辜付橋 牟作濤 張利東

重慶海德世拉索系統(tǒng)（集團）有限公司 重慶渝北 401120

1 引起焊接變形的原因

1.1 工藝流程不合理

在汽車車身的焊接過程中，通常有較長的焊接接頭分布在車身的各個部位。在焊接這些焊接接頭的過程中，如果工藝流程不合理，會造成焊接變形。例如，在焊接步驟或焊縫布置不對稱的情況下，會導(dǎo)致生產(chǎn)線縮短，導(dǎo)致焊接接頭彎曲變形。然而，當(dāng)焊縫的重心與接頭截面的重心不重合時，焊接位置會發(fā)生角變形。因此，車架上焊接接頭數(shù)量越多，焊接變形范圍越大[1]。

1.2 工裝定位不可靠

在車身焊接過程中，大部分焊接位置需要用普通工裝進行定位。如果這些工裝的剛度不能滿足定位要求，將直接影響定位效果，并在外力作用下引起機體變形。焊接過程中變形可能不明顯，但待焊接部位溫度恢復(fù)正常后，變形會更明顯。

1.3 裝配時存在間隙

在對車身進行焊接前，需要通過裝配的方式將不同的部件組合到一起，只有做好裝配工作，才能保證焊接工作的順利進行。一般情況下，為了保證焊接的正常進行，需要在裝配過程中將不同部件之間的間隙控制在1.5mm 以內(nèi)，如果轉(zhuǎn)配間隙超過這個范圍，就會使焊接接頭受到一定的影響，不但增加焊接難度，而且會造成焊接變形的出現(xiàn)。裝配間隙越大，焊接時間就越長，產(chǎn)生焊接變形的可能性也就越高[2]。

1.4 焊接操作不規(guī)范

在車身焊接過程中，焊接操作的規(guī)范化將直接影響到焊接質(zhì)量。如果焊接操作人員在工作中不嚴(yán)格執(zhí)行焊接參數(shù)，會造成焊接變形。一般來說，影響焊接質(zhì)量的參數(shù)主要有輸入電流、電極直徑和焊接速度。如果輸入功率過大，焊條過厚，焊接速度過慢，都會造成焊接變形。同時，如果在焊接過程中選擇點焊，焊接變形的可能性將大大小于連續(xù)焊接，因此點焊已成為主流焊接方法。另外，如果焊接操作人員選擇的焊接順序不合理，會對整個焊接過程產(chǎn)生不利影響，也會產(chǎn)生焊接變形。

2 汽車制造焊接變形的控制措施

2.1 高能束熱源焊接及加工技術(shù)

高能束熱源在汽車工業(yè)之中得到廣泛的使用。目前，其新技術(shù)主要包含：

一是激光和電弧復(fù)合加熱焊接。利用激光焊接技術(shù)可以焊接窄而深的焊縫，利用電弧焊接技術(shù)則可以焊接寬而淺的焊縫。相比之下，前者的成本較大，后者的投入相對較少，通過科學(xué)的組合就能極大地提高焊接效率。激光和電弧復(fù)合加熱焊接的設(shè)計是至關(guān)重要的，要求兩種熱源的夾角盡量達到最小，對于焊炬也要將其設(shè)計成激光與雙電弧電源結(jié)合的形式。該焊接技術(shù)方法通常應(yīng)用于4-8mm 鋼結(jié)構(gòu)的焊接，即在生產(chǎn)汽車部件、焊接鋁合金方面使用較多。并且將激光應(yīng)用于焊接和緊密切割，可以在摩擦面形成的重熔復(fù)合層抑或是儲油細(xì)花紋中得到應(yīng)用，顯著提高部件耐磨性[3]。

二是等離子體應(yīng)用。氬氣保護等離子焊接切割在各個生產(chǎn)制造行業(yè)都得到了較多的應(yīng)用，其中以加工有色金屬、合金鋼等為主。在現(xiàn)階段，對于鐵路客車廠應(yīng)考慮使用水下等離子切割技術(shù)，以便減少變形，進一步提高精度。如今在生產(chǎn)汽車發(fā)動機氣閥體時已經(jīng)進行等離子焊接。

2.2 發(fā)展自動化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)

在對汽車工業(yè)的整體焊接情況進行分析之后，發(fā)現(xiàn)汽車工業(yè)的焊接發(fā)展呈現(xiàn)出一定的趨勢：推動自動化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)快速發(fā)展。對于工業(yè)領(lǐng)域的機器人而言，由于其包含了靈活性生產(chǎn)和自動化生產(chǎn)的特性，所以近年以來機器人得到快速的、較大規(guī)模的使用。該機器人帶著自身的焊鉗儲存庫，依據(jù)不同焊裝部位的不同要求抑或是焊裝產(chǎn)品發(fā)生的變化，就能從儲存庫里自動抓換焊鉗。而傳輸產(chǎn)品的裝置往往就是利用PLC 單板機控制的柔性化感應(yīng)導(dǎo)向滑軌小車控制。

2.3 對焊接變形進行校正

在汽車車身的焊接過程中，通過采取各項控制措施能夠有效減少焊接變形的產(chǎn)生，但是，由于車身焊接工藝流程復(fù)雜，即使在嚴(yán)格控制，仍然有可能出現(xiàn)焊接變形。針對這種情況，可以采取必要的手段對焊接變形進行校正，消除這些焊接變形。在對焊接變形進行校正的過程中，主要采用機械校正的方式在室溫下進行校正。校正過程中，需要以車身中部為標(biāo)準(zhǔn)，將其放置在矯正夾具上。通過這種方式，可以向車架的前端與后端施加外力，縮小車身變形區(qū)的金屬伸張，進而實現(xiàn)對焊接變形的校正。在具體的校正過程中，需要對車身的尺寸與精度進行嚴(yán)格的控制，確保校正后的車身尺寸滿足設(shè)計要求。與此同時，還要在焊接過程中應(yīng)用剛性固定工藝與反變形工藝控制車身的焊接變形，保證車身的尺寸。一般情況下，焊接變形校正工藝適合應(yīng)用在對局部焊接變形進行校正的過程中，對于車身整體出現(xiàn)的焊接變形，則需要采取下料或裝配補償?shù)姆绞絹斫鉀Q。

2.4 應(yīng)用剛性固定工藝

在無法應(yīng)用反變形工藝的情況下，可以應(yīng)用剛性固定工藝，通過對部件進行固定的方式對焊接變形進行有效的限制。在汽車焊接過程中，剛性固定工藝主要為焊接夾具定位及緊固，這種方式夾具的裝卡剛度越大，產(chǎn)生的焊接變形幅度越小。

2.5 合適設(shè)置焊縫位置

在設(shè)置焊縫位置時，應(yīng)盡量將焊縫設(shè)置在截面的中心軸上，這樣能夠使焊縫盡量的靠近中心軸，有利于減少總結(jié)構(gòu)變形的產(chǎn)生。如果焊縫的長度較長，可以采用分段焊接或跳焊的方式，實現(xiàn)對熱量輸入的有效控制，盡量降低變形率。

3 結(jié)語

總而言之，在不久的將來，在大力發(fā)展與努力之下，國內(nèi)汽車行業(yè)的焊接技術(shù)就一定能夠不斷縮小與國外之間的差異，最終更好的迎接汽車工業(yè)的挑戰(zhàn)和機遇。