汽车制造中焊接新技术的应用与总体发展趋势（二）

HEATS

　　(2)逆变电源波形控制利用逆变电源良好的动特性和灵活的可控性，采用波形控制，在短路阶段初期抑制电流上升，以减少电磁力在刚形成小桥时熔滴过渡的阻碍和爆断，减少大颗粒飞溅，并利于熔滴在熔池摊开；当熔滴在熔池摊开后，使电流迅速上升，以加速形成缩颈，以后再慢速上升到一较低峰值，使小桥爆断时飞溅减少。

　　(3)氩弧焊新技术氩弧焊有非熔化极(TIG)和熔化极(MIG)两种，均用于汽车工业有色金属和高合金钢焊接中。为了改善CO2气体保护焊的成形和减少飞溅，采用加入80%或20%Ar的混合气体保护焊。

0 p7 e/ S1 q' u/ w+ A7 U 8 ]6 G6 D2 b6 D. ~/ l+ R

　　3.高能束热源焊接及加工技术

; g+ O. `0 e$ Q

　　高能束热源是指能量密度已大于5×108W/m2的热源(电子束、离子束和激光)，在汽车工业中均有应用，目前国外发展的新技术有：

　　(1)激光和电弧复合加热焊接激光焊接可焊出窄而深的焊缝，电弧焊接可焊出宽而浅的焊缝；前者投资大，后者成本低，两者特性组合，会大大提高焊接效率。激光和电弧复合加热焊接的焊炬设计特别重要，两热源的夹角要尽可能小，焊炬也设计成激光+双电弧电源。

% H2 m. I2 [, M' k: n# @8 M) @' @ ' ]+ S9 H2 V; N/ G! p% q5 P" I# O

　　该方法已在4～8mm厚的钢结构中使用，正拟用于更薄的汽车部件生产和铝合金焊接中。激光除了在焊接及精密切割中应用外，还在摩擦面形成储油细花纹或重熔复合层，以提高耐磨性方面应用。

( r4 l( z! s6 G+ _3 k- s& ]

　　(2)等离子体的应用氩气保护的等离子焊接切割早已在各行业应用，主要用于合金钢和有色金属加工。目前空气等离子切割已普遍应用于一般钢铁和有色金属的切割，国内铁路客车厂引进了水下等离子切割，以减少变形和提高精度。发动机气阀体早已采用填充圈等离子焊接。近十几年来粉末等离子堆焊有很大发展，可进行小熔合比的薄层料精细堆焊，能堆焊各种特种合金表面。

　　三、汽车工业中焊接新材料的发展趋势

" q1 X* U4 Q" ]9 {: U- u" D# j

　　随着轿车发展的日趋紧凑小型化、轻量化、新材料的应用使轿车材料构成发生了明显改变，未来轿车车身材料仍以钢板为主，为使钢板厚度减薄，将广泛采用高强度钢板。同时为了提高车身的防腐蚀性能，世界上不少汽车厂家在轿车生产中大量应用了镀锌钢板。另外，还使用铝合金、塑料及陶瓷等材料。据有关专家预测，到本世纪末并不会在大批量轿车生产中出现全铝车身或全塑车身。

' P: p/ h: J$ p5 `( ~ 0 l( u; y( ?3 x- o N8 P2 v9 d

　　1.镀锌钢板

4 Z8 m+ W" |- O' g5 _0 X" d5 a

　　在美国焊接学会分会的会议上讨论汽车工业中应用的金属板焊接问题时，有关专家指出，焊接镀锌钢板最有前途的方法是激光焊接。但是由于该过程现在自动化程度还不够，必须完善汽车工业中广泛应用的接触点焊方法。这种方法的主要缺点是在焊件与电极接触中锌的大量过渡而使电极烧损较快。故建议使用Al2O3弥散微粒强化的Cu-Zn和Cu-Cr合金制造的电极，可在最小电抗下焊接，以保证获得最小的焊接接头尺寸。

　　2.高强度钢板

7 z3 g# C! {: g# `5 H# E9 b9 S1 o

　　为了实现汽车的轻量化，提高汽车安全性能，高强度钢板在汽车中的应用正在逐年增加，现今出现了新一代的高强度钢板材料——超细晶粒钢。该钢种主要指在经济指标进一步提高的基础上，钢铁材料的强度、韧性比现有的钢材提高一倍。新一代超细晶粒钢在组织结构上具有超细晶粒、高洁净度、高均匀度的特性。

　　当前用于研究的新一代超细晶粒钢主要有400MPa级和800MPa级两种。

　　在对新一代钢铁的研究上，我国与国际水平并没有什么差距，几乎是同时起步，同日、韩两国共处世界的领先地位。但是由于出现的时间较短，所以参与研究的单位也并不很多，主要是以钢铁研究总院和清华大学机械系为主。在对超细晶粒钢的焊接技术进行一定的研究后，取得了一些先进成果。

# c* C& O' d# Q& W4 F: e d/ K& e: q) n8 |, B+ z

　　3.铝合金

　　铝合金具有重量轻、强度高及抗腐蚀等优点，是优良的建筑材料，汽车工业中也逐渐在使用铝合金材料的零部件。铝合金焊接有五个主要的特点：

* r$ Z! F) _( h+ T

　　(1)铝合金表面有一层致密的氧化薄膜(熔点约2050℃)，焊接时如未能将其清除，将会影响基本金属的熔化质量，形成夹杂等质量问题。(2)热导率大(约为钢的4倍)，导电性好，焊接时若要达到与钢相同的焊速，则焊接热输入要比焊钢时大2～4倍。(3)线膨胀系数大，焊件有产生较大的热应力、变形及裂纹的倾向。(4)易出现气孔。(5)铝合金焊接接头的强度降低。

　　铝合金焊接的这些特点，正是我们在研制焊接设备和焊接工艺时应认真对待的问题，只有这样才能开发出适合铝合金焊接的设备、材料和焊接工艺。

　　四、汽车工业焊接的总体发展趋势

6 Y3 x7 x: T# m0 F Y) I ^/ z& w, |4 } |( V6 K

　　1?发展自动化柔性生产系统

　　纵观整个汽车工业的焊接现状，不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为：发展自动化柔性生产系统。而工业机器人，因集自动化生产和灵活性生产特点于一身，故轿车生产近年来大规模、迅速地使用了机器人。在焊接方面，主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人。

- j5 | M! T7 x& b: U& D0 \( ]

　　机器人在轿车中的使用量正在迅速上升。焊接生产线要高度自动化，广泛采用6自由度的机器人，且机器人具有焊钳储存库，可根据焊装部位的不同要求或焊装产品的变更，自动从储存库抓换所需焊钳。传输装置则已发展为采用无人驾驶的更具柔性化的感应导向小车。

/ [ `- G8 O* `, A, U j* a9 `. l0 A

　　2?发展轻便组合式智能自动焊机

) l) o+ o& k* F- \

　　国内汽车焊接水平与国外相比差距很大。近年来，国内的汽车制造厂都非常重视焊接的自动化。如一汽引进的捷达车身焊装车间的13条生产线的自动化率达80%以上。各条线都由计算机(可编程控制器PLC-3)控制，自动完成工件的传送和焊接。焊接由R30型极坐标式机器人和G60肘节式机器人61台进行，机器人驱动由微机控制，数字和文字显示，磁带记录仪输入和输出程序。机器人的动作采用点到点的序步轨迹，具有很高的焊接自动化水平，既改善了工作条件，提高了产品质量和生产率，又降低材料消耗。

" [) ]3 @' m6 X

　　类似的高水平的生产线，在上海、武汉等地都有合资及引进，包括了德国、美国、法国和日本的先进汽车制造技术。但这些毕竟还远不能适应我国民族汽车工业迅速发展的需要，我们必须坚持技术创新，大力加速发展高效节能的焊接新材料、新工艺和新设备，发展应用机器人技术，发展轻便灵巧的智能设备，建立高效经济的焊接自动化系统，必须用计算机及信息技术改造传统产业，提高档次。

　　相信，在不久的将来，通过我们的共同努力，国内汽车行业的焊接技术会逐步缩短与国外先进焊装技术水平的差距，迎接WTO带给汽车工业的机遇和挑战。

6 [3 d5 `3 E, L! {1 t6 {- ^ X5 @5 F , E/ ~/ j: [: n3 y6 m/ p / S6 A6 q& Q8 ?9 s# Z; U) @