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汽車生産中的焊接技術

返回列表來源:洲翔焊割-官網 發布日期 2015-09-30 11:20 浏覽:-

焊接是現代機械制造業中一種必要的工藝方法,在汽車制造中得到廣泛的應用。隨著技術的進步,焊接新工藝、新材料、新方法不斷運用在汽車制造中,鍍層鋼板、輕金屬材料的焊接問題,高分子材料、複合材料、異種材料、特種材料對汽車焊接提出了新的挑戰。而汽車焊接過程中的機器人與自動化技術使汽車焊接面貌大爲改觀。

1、汽車焊接新技術或新用途

1.1 激光焊接技術

激光技術采用偏光鏡反射激光産生的光束使其集中在聚焦裝置中産生巨大能量的光束,如果焦點靠近工件,工仵就會在幾毫秒內熔化和蒸發,這一效應可用于焊接工藝。激光焊接設備的關鍵是大功率激光器,主要有兩大類,一類是固體激光器,又稱Nd:YAG激光器。Nd(钕)是一種稀土族元素,YAG代表钇鋁柘榴石,晶體結構與紅寶石相似。Nd:YAG激光器波長爲1.06mm,主要優點是産生的光束可以通過光纖傳送,因此可以省去複雜的光束傳送系統,適用于柔性制造系統或遠程加工,通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車工業常用輸出功率爲3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一類是氣體激光器,又稱CO2激光器,分子氣體作工作介質,産生平均爲10.6mm的紅外激光,可以連續工作並輸出很高的功率,標准激光功率在2-5千瓦之間。

激光焊接的特點是被焊接工件變形極小,幾乎沒有連接間隙,焊接深度/寬度比高,因此焊接質量比傳統焊接方法高。但是,如向保證激光焊接的質量,也就是激光焊接過程監測與質量控制是一個激光利用領域的重要內容,包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器,通過電子計算機處理,針對不同焊接對象和要求,實現諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫質量監測等項目,通過反饋控制調節焊接工藝參數,從而實現自動化激光焊接。汽車工業中,激光技術主要用于車身拼焊、焊接和零件焊接。

1.2 塑料焊接技術

超聲波塑焊是將高頻率機械振動通過工件傳到接口部分,使分子加速運動。分子摩擦轉換成熱量使接口處塑料溶化,從而使兩個焊件以分子聯接方式真正結合爲一體。因爲這種分子運動是在瞬間完成的,所以絕大部分的超聲波塑焊可以0.25~0.5s內完成。超聲波塑焊適用于焊接面積較小,結構規則和熱塑性的塑料件。

振動摩擦塑料焊接技術是使工件在加壓的狀況下相互摩擦,能量沿熔接部位傳導,並且在特別設計的部位使塑膠因摩擦生熱而溶化,溶化時段過後在繼續加壓的狀態下冷卻固化,固化後的接口強度與本體塑膠強度相當。

Branson塑料焊接技術已被成功地運用于汽車保修杠、儀表板和儀表盤、刹車顯示燈、方向指示器、汽車門板以及其他與發動機有關的零部件制造工業中。近年來,原先許多傳統使用金屬的零部件也開始用塑料代替,如進氣管,儀表指針,散熱器加固,油箱,過濾器等。振動摩擦焊接適用于焊接面積較大,結構複雜的工件,而且對塑料類型沒有特殊要求。

1.3 電阻焊的節能及控制技術

目前電阻焊機大量使用交流50Hz的單相交流電源,容量大、功率因數低。發展三相低頻電阻焊機、三相次級整流接觸焊機(已在普通型點焊機、縫焊機、凸焊機中應用)和IGBT逆變電阻焊機,可以解決電網不平衡和提高功率因數的問題。同時還可進一步節約電能,利于實現參數的微機控制,可更好地適用于焊接鋁合金、不鏽鋼及其他難焊金屬的焊接。另外還可進一步減輕設備重量。

西南交通大學針對一工廠鋁合金車圈對焊研制成車圈焊接PLC(可編程控制器)智能控制器,對原機進行了改造,解決了鋁合金車圈的焊接質量問題,提高了焊接生産率。後又同一工廠研制了PLC縫焊控制器,解決了對一般清理要求制件的縫焊問題。通過這兩項控制器的研制,證明了PLC比單片微機控制器抗幹擾能力強,可靠性高;比工控機控制器體積小、成本低,使用通用的單相工頻交流電阻焊機完成了高難度的對焊及縫焊工作。

1.4 等離子焊(PAW)

像TIG焊接工藝一樣,PAW焊接機器人的應用是很少的。這種生産是用于汽車燃油箱的焊接,使用的是不同的焊接工藝像TIG-電阻點焊和等離子焊等,等離子的焊接工藝應用在油箱的兩個半圓邊緣的焊接。許多行業對等離子焊接工藝的進一步發展非常感興趣,具體的開發將會集中在開發很高的等離子密度和用于等離子焊槍的重新設計上。

氩氣保護的等離子焊接切割早已在各行業應用,主要用于合金鋼和有色金屬加工。目前空氣等離子切割已普遍應用于一般鋼鐵和有色金屬的切割,國內鐵路客車廠引進了水下等離子切割,以減少變形和提高精度。發動機氣閥體早已采用填充圈等離子焊接。近十幾年來粉末等離子堆焊有很大發展,可進行小熔合比的薄層料精細堆焊,能堆焊各種特種合金表面。

1.5 TCP自動校零技術

焊接機器人的工具中心點就是焊槍的中心點,TCP(toolcenterpoint工具中心點)的零位精度直接影響著焊接質量的穩定性。但在實際生産中不可避免會發生焊槍與夾具之間的碰撞等不可預見性因素導致TCP位置偏離。通常的做法是利用手動進行機器人TCP校零,但一般全過程需要30分鍾才能完成,影響生産效率。TCP自動校零是用在機器人焊接中的一項新技術,它的硬件設施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當焊槍以不同姿態經過TCP支座時,激光傳感器都將記錄下的數據傳遞到CPU與最初設定值進行比較與計算。當TCP發生偏離時,機器人會自動運行校零程序,自動對每根軸的角度進行調整,並在最少的時間內恢複TCP零位。目前在波羅後橋及帕薩特副車架的機器人焊接生産線上均采用了該技術,大大方便了設備調整,節約了調整時間,提高了産品的質量。

1.6 焊縫自動跟蹤技術

焊接機器人缺少對工件的自適應能力,效果比較好的是用激光視覺傳感器系統,它能夠自動識別焊縫位置,在空間中尋找和跟蹤焊縫、尋找焊縫起、終點,實現焊槍跟隨焊縫位置自適應控制。但這種方法不太適合轎車底盤零件的焊接,因轎車底盤零件機器人系統的夾具允許機器人工作空間範圍很小,根本不允許焊槍頭上再有附帶激光跟蹤頭焊接。爲此僅可使用的焊縫自動跟蹤技術爲電弧電壓跟蹤傳感,該系統具有尋找焊縫起始點、終點以及弧長參考點,焊接過程中根據弧長的變化,用電弧傳感器控制電壓自適應控制。這種方法也只能應用于角接接頭形式,對于轎車底盤零件大量的薄板搭接焊縫,因無法尋找弧長參考點也無法應用。

1.7 汽車焊接新材料

爲了實現汽車的輕量化,提高汽車安全性能,高強度鋼板在汽車中的應用正在逐年增加,現今出現了新一代的高強度鋼板材料—超細晶粒鋼。該鋼種主要指在經濟指標進一步提高的基礎上,鋼鐵材料的強度、韌性比現有的鋼材提高一倍。新一代超細晶粒鋼在組織結構上具有超細晶粒、高潔淨度、高均勻度的特性。在對新一代鋼鐵的研究上,我國與國際水平並沒有什麽差距,幾乎是同時起步,同日、韓兩國共處世界的領先地位。

SMC國際超合金集團焊接産品公司開發的NI-鐵-錳系的填充金屬,它是第一種成功地應用于這類異種焊接的耗材,並且它的衍生産品NI-ROD?HT可以適用于日益升高的發動機溫度。同時,使用這一類鎳基耗材不但使生産成本降低,並且在降低廢氣泄漏率和排放水平以及降低噪音方面都取得了新的進展,因此成爲優化汽車鑄鐵排氣系統制作的特種焊接材料。直到十九世紀90年代,NI-ROD(r)填充金屬一直是西歐和北美等國家汽車排氣裝置生産時,鑄鐵和不鏽鋼之間焊接所選擇的焊接耗材。

但是,現代汽車爲提高燃料燃燒效率而提高了發動機工作溫度,結果使得排氣歧管的溫度超過了750℃,並産生了一種新的熱影響區開裂方式。由于密集網狀二次石墨沉澱、氧化環境以及熱循環導致的循環應力的綜合作用,這種裂紋出現在沿著熱影響區的熔合線上。這種現象已經被定義爲應力加速的氧化作用(SAO)。當排氣歧管裝配到汽車發動機上,隨著重複的發動機操作,馬氏體將被回火而且馬氏體和滲碳體都會被溶解並重新作爲二次石墨沉澱出來。二次石墨越多産生SAO裂紋的可能性越高。

2、汽車焊接走向智能化

2.1 機器人焊接

機器人焊接目前已廣泛應用在汽車制造業,汽車底盤、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接,尤其在汽車底盤焊接生産中得到了廣泛的應用。豐田公司已決定將點焊作爲標准來裝備其日本國內和海外的所有點焊機器人。用這種技術可以提高焊接質量,因而甚至試圖用它來代替某些弧焊作業。在短距離內的運動時間也大爲縮短。該公司最近推出一種高度低的點焊機器人,用它來焊接車體下部零件。這種矮小的點焊機器人還可以與較高的機器人組裝在一起,共同對車體上部進行加工,從而縮短了整個焊接生産線長度。

國內生産的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等後橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝爲主的受力安全零件,主要構件采用沖壓焊接,板厚平均爲1.5~4mm,焊接主要以搭接、角接接頭形式爲主,焊接質量要求相當高,其質量的好壞直接影響到轎車的安全性能。應用機器人焊接後,大大提高了焊接件的外觀和內在質量,並保證了質量的穩定性和降低勞動強度,改善了勞動環境。

2.2 自動化焊接

縱觀整個汽車工業的焊接現狀,不難分析出汽車工業的焊接發展趨勢爲:發展自動化柔性生産系統。而工業機器人,因集自動化生産和靈活性生産特點于一身,故轎車生産近年來大規模、迅速地使用了機器人。在焊接方面,主要使用的是點焊機器人和弧焊機器人。焊接生産線要高度自動化,廣泛采用6自由度的機器人,且機器人具有焊鉗儲存庫,可根據焊裝部位的不同要求或焊裝産品的變更,自動從儲存庫抓換所需焊鉗。傳輸裝置則已發展爲采用無人駕駛的更具柔性化的感應導向小車。國內汽車焊接水平與國外相比差距很大。近年來,國內的汽車制造廠都非常重視焊接的自動化。

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