中國一汽解放汽車有限公司卡車廠 （吉林長春 130011） 王治富

一、汽車車身焊接技術(shù)的發(fā)展

1. 汽車工業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展

中汽協(xié)指出，2012年我國汽車產(chǎn)銷突破1900萬輛，創(chuàng)歷史新高，再次刷新全球紀(jì)錄，連續(xù)四年蟬聯(lián)世界第一。我國汽車產(chǎn)量已連續(xù)三年超過1800萬輛，汽車工業(yè)已進(jìn)入總量較高的平穩(wěn)發(fā)展階段。我國近十年的汽車產(chǎn)銷量如圖1所示。

圖1 我國近十年汽車產(chǎn)銷量

我國汽車行業(yè)高速發(fā)展，形成了多品種、全系列的各類整車和零部件生產(chǎn)及其配套體系。為保持我國汽車工業(yè)的穩(wěn)步、快速發(fā)展，我國于2009年提出了“汽車產(chǎn)業(yè)振興計劃”。提出加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，加快技術(shù)改造，提升企業(yè)素質(zhì)；以新能源汽車為突破口，加強(qiáng)自主創(chuàng)新，培育自主品牌，形成新的競爭優(yōu)勢，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)、健康、穩(wěn)定發(fā)展的思路。國務(wù)院提出“提高汽車車身制造的四大工藝：沖壓、焊裝、涂裝和總裝工藝裝備水平”。

由于車身焊接技術(shù)水平和質(zhì)量直接影響車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、安全性和生產(chǎn)率，由此帶來車身焊裝生產(chǎn)的新特點，對車身焊裝提出了新要求。

2. 現(xiàn)代車身焊裝生產(chǎn)特點

針對現(xiàn)代汽車車身焊裝生產(chǎn)的特點，對車身結(jié)構(gòu)和焊裝工藝、裝備提出了一系列新的要求。

（1）車身輕量化，促使新材料應(yīng)用和新焊接技術(shù)發(fā)展。

（2）追求車身安全性，提高車身焊接質(zhì)量。

（3）改善車身品質(zhì)，提高焊裝幾何尺寸精度。

（4）適應(yīng)多品種車型，實現(xiàn)柔性混合焊裝生產(chǎn)。（5）車型加速換代，焊接裝備更新加快。

（6）高可靠性、高節(jié)拍生產(chǎn)，要求焊裝生產(chǎn)線裝備高度自動化。

（7）采用信息化工程技術(shù)開發(fā)車身焊裝生產(chǎn)線裝備。

二、車身新材料和焊接新技術(shù)

1. 車身新材料

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，為了節(jié)約能源和安全性考慮，車身采用大量新型材料。車身結(jié)構(gòu)材料從單一鋼結(jié)構(gòu)，逐步向高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)，進(jìn)而向輕質(zhì)合金和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)發(fā)展。

（1）高強(qiáng)度鋼 高強(qiáng)度鋼的使用，給焊接工藝提出了新的挑戰(zhàn)。由于高強(qiáng)度鋼性能使得塑性溫度區(qū)間變窄，為獲得相同的塑性變形需要較大的電極壓力，導(dǎo)致合適的焊接工藝范圍變窄。通常通過改進(jìn)優(yōu)化傳統(tǒng)點焊工藝，采用脈沖點焊、中頻點焊等專有技術(shù)，增加焊接壓力、控制焊接過程，以獲得性能良好的焊點質(zhì)量。

近年來，發(fā)展迅猛的激光焊工藝大大提高了高強(qiáng)度鋼板的焊接性能和接頭焊接強(qiáng)度。

由于高強(qiáng)度鋼具有強(qiáng)度高、回彈小、成形性好和良好的抗腐蝕性等特點，而成功地應(yīng)用于白車身的高強(qiáng)度功能件，如A-B-C柱加強(qiáng)板、門檻、座椅、骨架、保險杠加強(qiáng)板、縱梁和橫梁等方面。熱沖壓成形和中頻點焊、激光焊接是實現(xiàn)超高強(qiáng)度鋼車身部件沖壓成形和高質(zhì)量焊接的重要手段。

（2）輕合金材料 近年來，為了進(jìn)一步減輕車身重量，國外汽車廠商在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中開始采用輕合金（鋁合金、鎂合金、甚至鈦合金），由此給車身焊接帶來了新課題。

鋁合金的點焊難度較大，目前較多的情況還是采用TIG/MIG焊，或鉚接/TOX連接法，或膠粘結(jié)的方法。英國焊接研究所，最近發(fā)明的摩擦攪拌點焊技術(shù)據(jù)稱可以解決鋁合金的車身焊接，得到很好的焊接強(qiáng)度，但由于摩擦攪拌點焊的焊點中心有個小孔，故往往用于內(nèi)板結(jié)構(gòu)件上。

（3）碳素纖維復(fù)合材料 為了車身輕量化，有些汽車公司采用碳纖維增強(qiáng)聚合基復(fù)合材料制造車身和底盤零部件，可減輕車身重量達(dá)50%～65%。也有汽車開發(fā)商成功采用樹脂傳遞模塑成形工藝，試制出轎車碳纖維底板。碳素纖維復(fù)合材料的連接，當(dāng)然完全不同于金屬的焊接。

2. 車身焊接新技術(shù)

（1）新型中頻電阻焊技術(shù) 中頻電阻焊具有許多優(yōu)點：

第一，焊接質(zhì)量好。由于中頻焊接的電流響應(yīng)時間為1ms，調(diào)整精度和監(jiān)視精度大大提高，因此焊接質(zhì)量大大提高，控制精度也高。

第二，焊接速度快。逆變電阻點焊機(jī)為直流輸出，加熱集中，縮短了焊接時間。

第三，節(jié)能效果明顯。逆變焊機(jī)變壓器在較高的頻率下工作，損耗很小，直流輸出改善功率因素，節(jié)能效果明顯。

第四，設(shè)備體積和質(zhì)量。逆變直流電阻點焊機(jī)變壓器大大減小，設(shè)備較輕巧。

第五，可以廣泛應(yīng)用于點焊異種金屬。

第六，節(jié)能環(huán)保。中頻焊接是三相平衡負(fù)載，比單相交流焊接對電網(wǎng)的沖擊要小許多，減少供電系統(tǒng)的要求，符合國家的能源政策。

目前，中頻電阻焊已廣泛應(yīng)用于汽車焊接生產(chǎn)。在車身零部件生產(chǎn)方面，主要采用固定式大功率的中頻電阻點凸焊設(shè)備，對車身零部件實施凸焊或多頭點凸焊接；在車身焊裝生產(chǎn)線上，中頻電阻焊則用于懸掛式點焊鉗或機(jī)器人點焊鉗；目前，中頻點焊大量用于鍍鋅鋼板、高強(qiáng)度鋼的焊接。我公司在新產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備中已經(jīng)批量應(yīng)用了中頻焊接技術(shù)。

為了提高機(jī)器人點焊的質(zhì)量，減輕機(jī)器人抓舉負(fù)荷，在車身焊接生產(chǎn)線上已大量使用機(jī)器人中頻點焊焊鉗。目前，國內(nèi)汽車廠家使用的中頻點焊焊鉗和配套的電源和焊接控制器多為國外公司提供，如德國的BOSCH、NIMAK、日本小原等。

伺服點焊鉗：伺服技術(shù)伴隨著焊接機(jī)器人的大量應(yīng)用而發(fā)展起來，為保證高效率的生產(chǎn)模式，減小氣動焊鉗點焊時對工件表面造成的沖擊，提高工件的表面質(zhì)量，實現(xiàn)對焊鉗施壓過程的精確控制，一種新型的焊鉗應(yīng)運而生——伺服型焊鉗。電動機(jī)伺服驅(qū)動的焊鉗簡稱為伺服焊鉗，是近年來開發(fā)的一種可以提高點焊質(zhì)量的性能較高的機(jī)器人焊鉗。一汽解放J6焊裝生產(chǎn)線已經(jīng)采用了伺服焊鉗，使用效果理想，如圖2所示。

圖2 一汽J6主焊線11工位28號焊接機(jī)器人

這種新型電動機(jī)伺服焊鉗具有如下優(yōu)點：

第一，每個焊點的焊接周期可大幅度降低，焊鉗的張開程度是由機(jī)器人精確控制的。

第二，焊鉗張開角度可以根據(jù)工件的情況任意調(diào)整，只要不發(fā)生碰撞或干涉就盡可能減小張開度，以節(jié)省焊鉗開合所占時間。

第三，焊鉗閉合加壓時，不僅壓力大小可以調(diào)節(jié)，而且在閉合時兩電極是輕輕閉合，減少了撞擊變形和噪聲。

第四，焊接飛濺小，焊點質(zhì)量好，電極磨損自動補(bǔ)償，也保證了焊接效率和焊點質(zhì)量。

（2）激光焊接技術(shù) 其顯著特點是焊接速度快，形成深而窄、熱影響區(qū)小的焊縫。焊接一致性、穩(wěn)定性好，一般不添加填充金屬和焊劑，并能實現(xiàn)部分異種材料的焊接。光束易于控制，焊接定位精確易于實現(xiàn)自動化。但被焊工件裝配精度高，要求裝夾焊接件的焊裝夾具滿足激光焊接的特殊功能和要求。除了對焊接激光器進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，同時也規(guī)范了配備夾具（夾具類型包括：輪狀夾具、雙輪夾具、對開輪夾具，還有單指形與雙指形夾具）。

激光焊接可分為激光熔焊、激光釬焊、激光-電弧復(fù)合焊和雙多光束激光焊接。

鋼板激光拼焊是將汽車車身零部件所需的各種不同厚度、材質(zhì)的鋼板，經(jīng)過剪切下料、激光拼焊再沖壓成形為車身零件，如立柱、門檻、前后縱梁、車門等車身件，實現(xiàn)采用更合理的車身結(jié)構(gòu)，提高車身強(qiáng)度，減輕車身重量。激光焊接由于采用計算機(jī)控制，所以具有較強(qiáng)的靈活性和機(jī)動性，可以對車身內(nèi)板構(gòu)件如門板、擋板、側(cè)圍儀表板等零部件實施焊接。

（3）攪拌摩擦焊技術(shù) 這種焊接方式由于沒有金屬熔化，具有變形小、無熔化焊的焊接缺陷等特點，所以攪拌摩擦焊非常適合長平直焊縫和鋁合金的焊接。目前由于攪拌摩擦焊的應(yīng)用范圍比較窄（只適合于長平直焊縫），且成本較高，在國外廠商、國內(nèi)的軌道客車企業(yè)和部分軍工企業(yè)內(nèi)有所應(yīng)用?？傊?，攪拌摩擦焊要在汽車行業(yè)得到推廣，還要克服很多困難。

（4）等離子弧焊技術(shù) 由于激光焊接高昂的成本和嚴(yán)格的技術(shù)要求，目前在國內(nèi)大面積的應(yīng)用會較難，所以在某種程度上，我們可以研究等離子弧焊接在汽車企業(yè)的應(yīng)用。

由于等離子弧弧柱溫度高，能量密度大，因而對焊件加熱集中，熔透能力強(qiáng)，在同樣熔深下其焊接速度比TIG 焊高，故可提高焊接生產(chǎn)效率。

（5）膠接點焊技術(shù) 膠接點焊，即對工件點焊部位先涂膠搭接，再進(jìn)行點焊，這樣的膠焊接頭既具有靜強(qiáng)度高、可靠性好的優(yōu)點，又有膠接接頭良好的疲勞特性和密封性，聲學(xué)性能優(yōu)良。膠焊工藝在汽車車身制造過程中，主要用于鍍鋅鋼板、鋁合金的連接。

三、工業(yè)機(jī)器人在車身焊裝中的運用

汽車制造是一個技術(shù)和資金高度密集的產(chǎn)業(yè)，也是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最廣泛的行業(yè)。在我國，工業(yè)機(jī)器人最初也是應(yīng)用于汽車和工程機(jī)械行業(yè)中。我國正在進(jìn)入汽車工業(yè)高速發(fā)展時期，在未來幾年里，汽車對工業(yè)機(jī)器人的需求將會呈現(xiàn)出高速增長趨勢，專家預(yù)計年增幅將大于50%。我國工業(yè)機(jī)器人及含工業(yè)機(jī)器人的自動化生產(chǎn)線相關(guān)產(chǎn)品的年產(chǎn)銷額已達(dá)數(shù)10億元。目前國內(nèi)市場年需求量在3000臺左右，年銷售額在20億元以上。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國市場上工業(yè)機(jī)器人總共擁有量近萬臺，大都是從日本、瑞典、德國、意大利等國家引進(jìn)。

當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人在各個應(yīng)用領(lǐng)域中分布情況如圖3所示。

圖3 工業(yè)機(jī)器人在各個應(yīng)用領(lǐng)域的分布情況

在車身焊裝生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)器人與其他加工設(shè)備配合，幾乎可以完成車身焊裝生產(chǎn)中所有工作。焊接機(jī)器人在一汽J6焊裝線的應(yīng)用與分布如附表所示。利用機(jī)器人可以大大提高生產(chǎn)效率，減少工位，提高車身焊接生產(chǎn)的質(zhì)量。

焊接機(jī)器人在一汽J6焊裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人在車身焊裝中應(yīng)用場合，大致如下：

1. 機(jī)器人點焊

由點焊機(jī)器人操作各式點焊鉗，實施點焊焊接。機(jī)器人可以操縱大型焊鉗，對地板等零件進(jìn)行點焊，或者進(jìn)行復(fù)雜位置的焊點的焊接。機(jī)器人通過更換焊鉗可以實現(xiàn)多位置、不同車身結(jié)構(gòu)的焊接。一汽解放J6主焊線應(yīng)用機(jī)器人實現(xiàn)了車身焊接的全部自動化，如圖4所示。

圖4 一汽解放J6主焊線

2. 機(jī)器人螺柱焊接

在車身焊接生產(chǎn)中，需要大量焊接各種形狀規(guī)格的螺柱，采用工業(yè)機(jī)器人配以自動送料螺柱焊機(jī)，可以進(jìn)行空間全方位的螺柱焊接。機(jī)器人螺柱焊接應(yīng)用最多的是地板螺柱焊接工位。目前，一臺螺柱焊機(jī)器人可以實現(xiàn)兩種規(guī)格的螺柱自動焊接。

3. 機(jī)器人搬運和裝配

在焊裝生產(chǎn)線上，通過機(jī)器人端拾器抓舉被裝配的車身分總成部件，送至車身裝配定位夾具，并達(dá)到所需裝配精度和夾持剛度，再進(jìn)行機(jī)器人點焊，組合成車身總成。目前大量應(yīng)用的機(jī)器人裝配技術(shù)僅是將車身部件往總成線上裝配，如前地板、側(cè)圍、發(fā)動機(jī)窗、后地板和頂蓋等部件。

近年來，開發(fā)成功的車身總成機(jī)器人柔性成形系統(tǒng)就是由機(jī)器人端拾器抓舉車身側(cè)圍部件總成，或帶有側(cè)圍部件的夾具，與地板夾具組裝而成的車身總成定位夾具，這樣就能輕松實現(xiàn)多車型混線柔性化焊裝生產(chǎn)。

4. 機(jī)器人激光焊接

車身焊裝生產(chǎn)線上進(jìn)行激光熔焊或激光釬焊必須采用機(jī)器人激光焊接系統(tǒng)。隨著激光源技術(shù)的不斷進(jìn)步，采用光纖激光進(jìn)行遠(yuǎn)程激光焊接已成為現(xiàn)實。如一汽大眾的邁騰車的側(cè)圍激光熔焊，神龍C5后行李箱的激光釬焊，以及大量使用的車身頂蓋的激光釬焊。

5. 機(jī)器人涂膠

在車身焊裝生產(chǎn)線上，大量的涂膠工作已由機(jī)器人涂膠系統(tǒng)完成。機(jī)器人涂膠一般有兩種常用的方式：機(jī)器人通過端拾器抓舉車身部件，按照一定的動作程序，由固定的涂膠槍輸出設(shè)定流量的膠，對車身部件進(jìn)行涂膠，隨后機(jī)器人將車身部件送至存放架或需要裝配的車身上；另一種方式則是機(jī)器人持膠槍直接對車身部件進(jìn)行涂膠。現(xiàn)在看來，第一種方式正成為一種趨勢，它可以使機(jī)器人完成涂膠與裝配兩種工作，提高機(jī)器人利用率。

6. 機(jī)器人包邊

為了適應(yīng)汽車多品種、換型快的生產(chǎn)特點，車身制造企業(yè)紛紛開發(fā)了四門兩蓋的機(jī)器人包邊技術(shù)，并已廣泛用于汽車生產(chǎn)。機(jī)器人包邊的關(guān)鍵技術(shù)是機(jī)器人滾邊工藝、滾邊頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計和壓模設(shè)計等。

7. 機(jī)器人激光在線檢測

機(jī)器人激光在線檢測系統(tǒng)由三部分組成，即一個機(jī)器人、一套激光檢測系統(tǒng)和一個終端數(shù)據(jù)處理計算機(jī)。機(jī)器人激光在線檢測技術(shù)不僅能使車身焊裝過程中各種故障的檢測更為有效、快捷和準(zhǔn)確，而且還為監(jiān)控工藝裝備的工作狀況、預(yù)報其可能故障提供了實現(xiàn)基礎(chǔ)。

四、焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢分析

隨著能源緊缺、節(jié)能環(huán)保、汽車駕駛室的多樣化和復(fù)雜化以及生產(chǎn)周期的快速更替，未來汽車車身焊接將會在車身新材料、焊接新技術(shù)、機(jī)器人自動化和柔性化方面繼續(xù)發(fā)展。焊接新技術(shù)新裝備為一汽解放的車身焊裝線工藝準(zhǔn)備提供了廣闊的設(shè)計思路。解放J6主焊線的機(jī)器人全自動焊接生產(chǎn)線的應(yīng)用，伺服焊鉗、中頻焊接技術(shù)、機(jī)器人滾邊技術(shù)的陸續(xù)應(yīng)用，柔性化生產(chǎn)、智能化控制和計算機(jī)信息技術(shù)的不斷完善都為一汽解放下一代產(chǎn)品的生產(chǎn)線設(shè)計積累了寶貴的經(jīng)驗。

五、汽車制造業(yè)面臨的人才問題及對策

隨著市場競爭的日益激烈、產(chǎn)品開發(fā)速度越來越快、產(chǎn)品質(zhì)量要求越來高，需要更多的專業(yè)技術(shù)人才和管理人才來保證，而當(dāng)前制造技術(shù)面臨的主要問題是現(xiàn)場制造技術(shù)人才隊伍的穩(wěn)定和工作激情問題，自主制造企業(yè)更是如此。硬件可以通過投資來解決，而人才的培養(yǎng)和作用發(fā)揮并不僅僅是金錢所能奏效的。人贏則贏，誰能塑造出一批優(yōu)秀的制造技術(shù)人才隊伍并使之為汽車制造技術(shù)獻(xiàn)身，誰就能在市場競爭中獲勝。硬件固然重要，但沒有人才駕御，也發(fā)揮不出效能，反而成為負(fù)擔(dān)，這就需要企業(yè)有一個良好的制造技術(shù)應(yīng)用、發(fā)展的環(huán)境。所有這些，需要通過制造技術(shù)的有效管理來實現(xiàn)，通過管理營造氛圍，通過管理培養(yǎng)人才，通過管理留住并發(fā)揮人才的作用，通過管理形成制造技術(shù)的積累，通過管理降低產(chǎn)品成本、提升產(chǎn)品品質(zhì)，通過管理最終提高產(chǎn)品競爭力。正所謂“雖有舟輿，無所乘之”。