在
制造汽车零部件的焊条电弧焊、气焊、氩弧焊、点焊、凸焊、缝焊、滚凸
焊、ＣＯ气体保护焊、钎焊、摩擦焊、电子束焊和激光焊等各种焊接方法中，电阻焊、气体保护焊、钎焊由于具有生产量大、自动化程度高、高速、低耗、焊接变形小、易操作的工艺特点，对汽车车身薄板覆盖零部件特别适合，因此，在汽车生产中应用最多。
汽车制造业是焊接应用面最广的行业之一，所用的焊接方法也种类繁多，其应用情况大致如下：主要用于车身总成、地
板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等。
用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖和行李箱盖等。用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支架等。
２１汽车工业所用的焊接方法及在零部件中的应用情况
１．１电阻焊
１．１．１
点焊。１．１．２多点焊。１．１．３凸焊及滚凸焊。１．１．４缝焊。１．１．５对焊。１．２．１ＣＯ气体保护焊。１．２．２氩弧焊。１．２．３
焊条电弧焊。１．２．４埋弧焊。１．３．１摩擦焊。１．３．２电子束焊。１．３．３激光焊割。用于车身顶盖雨檐、减
震器封头、油箱、消声器和机油盘等。用于钢圈、排进气阀杆、刀具等。用于车箱、后桥、车架、减震器阀杆、横梁、后桥壳管、传动轴、液压缸和千斤顶等。用于机油盘、铝合金零部件的焊接和补焊。用于厚板零部件如支架、备胎架、车架等。用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等。用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等。用于齿轮、后桥等。用于车身底板、齿轮、零件下料及修边等。氧乙炔焊由于加热面积大，以及金属材料本身的热导性能，焊后变形大，所以在车身焊接中应用较少，一般用于车身总成的补焊。用于散热器、铜和钢件、铝散热
１．２
电弧焊
１．３
特种焊
１．４
氧乙炔焊
１．５
钎焊
２器、硬质合金的焊接。
汽车工业中应用最多
的是悬挂式点焊机，一个车间往往几十或上百台，并在汽车薄板的焊接中得到了广泛的应用。近年来，专用电阻焊机在电阻焊机中的比例也在逐步增大，并可以把合理的焊接工艺与电阻焊本身所具有的易于机械化、自动化等特点有机地结合起来，以提高焊接质量和劳动生产率。美、日等工业发达国家，各种电阻点焊机达到很高比例。我国的专用电阻焊机的用量也在不断增加。最常用的专用电阻焊机是多点焊机，例如：东风牌卡车的地板加强梁多点焊机，根据焊接位置与方向安装了８６把焊，在数分钟内焊完２０００多个焊点。目前，电阻焊机
大量使用交流５０Ｈｚ的单相交流电源，容量大、功率因数低。开发高效节能三相均衡的电阻焊电源，可以解决电网不平衡、提高功率因数、节约电能，还可实现参数的微机控制。上世纪９０
２汽车工业中焊接技术的应用
２．１电阻焊的高效节能及质量控制技术２．１．１
点焊机。２．１．２
电阻焊电源。作者简介：张强勇（１９７５－），男，焊接高级技师，主要从事工艺评定、焊接技术培训、生产及应用。
驻马店中集华骏车辆有限公司
张强勇
国内外汽车制造业中
焊接技术的应用现状与发展趋势
Present situation and development trend of
welding technology in automobile manufacturing industry at home and abroad
年代中期，第一台逆变电阻焊机研制成功并投入使用，其高效、节能且三相均衡。目前，逆变电阻焊机主要用于中小功率焊机及点焊钳，其功率范围在１０￣２５０ｋＶＡ。电阻焊质
量控制一般通过焊前预测、焊接过程监控及焊后检验来保证。目前工厂生产中，用得较多的是焊前预测并打试片、焊后随机抽样破坏性检验和无损检测等方法。但这存在一定的局限性和随机性。因此，焊接过程监控是最理想的点焊质量控制方法。尤其是随着电阻焊不断用于批量生产、生产自动化程度日益提高、点焊质量实时监控方法的研究，已成了各国学者注重发展的方向。据报道，日本已开发了采用数值计算的熔核直径在线自适应控制技术的点焊质量控制方法。根据温度变化情况确定点焊部位的发热情况，由此推算是否可以获得确保点焊质量的熔核直径，使焊点质量稳定可靠且焊接飞溅减少，电极寿命延长。但这种方法计算量大，设备一次投资增加。西南交通大学针对铝合金车圈研制成车圈焊接ＰＬＣ（可编程控制器）智能控制器，解决了铝合金车圈的焊
２．１．３
电阻焊的质量控制。接质量问题，其抗干扰能力、可靠性等比单片微机控制器更好，比工控机控制器体积小、成本低。方法的关键是用２个电流脉冲完成１个熔滴过渡，第１个电流脉冲形成熔滴并使之长大，直至熔滴与工件短路；第２个电流脉冲是１个短时窄脉冲并不断检测其短路电流上升速度，同时控制电流脉冲值，以产生适当的电磁收缩力，使熔滴颈部收缩变细，最后靠熔池表面张力拉断，完成１个
熔滴过渡而不产生飞溅。该项技术也已经应用到不锈钢的实芯焊丝立向上焊焊接。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。二汽东风转向轴焊接生产线就是采用ＣＯ气体保护焊工艺方法，整个生产线共有５套
２．２
气体保护焊接技术
２．２．１表面张力过渡的波形控制法。２．２．２逆变电源波形控制。２．２．３二汽东风汽车应用情况。２自动焊专机，由４条传送带进行工件的传输。汽车花键轴的焊接则采用ＣＯ气体保护焊焊接专机工作站。焊接生产线和焊接专机工作站，通过焊接设备的合理设计和制造，加之工艺参数的优化，在二汽厂的大力配合下，均取得了十分满意的效果。氩弧焊有非熔化
极（ＴＩＧ）和熔化极（ＭＩＧ）两种，均用于汽车工业有金属和高合金钢焊接中。为了改善ＣＯ气体保护焊的焊缝成形和减少飞溅，采用加入一定比例的混合气体来焊接铝镁合金油箱类产品。高能束热源是指能量密度已大于
５×１０８Ｗ／ｍ的热源（电子束、离子束
和激光），在汽车工业中均有应用，目前国内外发展的新技术有：激光拼焊是汽车板生产的先进技术，于１９８５年正式应用，已在欧、美、日各大汽车厂的整车制造中得到广泛使用。中国的激光拼焊板技术应用起步较晚，直到２００２年１０月２５日，我国第一条激光拼焊板专业化商业生产线才在武汉正式投入运行。目前，国内激光拼焊板需求量迅速上升，大众、别克、奥迪、本田等品牌的国产高品质车都开始采用激光拼焊板。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；在汽车工业中，激光技术主要用于车身焊接、坯板拼焊和零件焊接。该工艺主要用于车顶焊，其应用可以减噪和适应新的车身结构设计。Ｖｏｌｖｏ是最早开发车顶激光焊接技术的厂家。如今，德国大众公司也已在ＡｕｄｉＡ６、ＧｏｌｆＡ４、Ｐａｓｓａｔ
２２２．２．４
氩弧焊技术。２．３．１激光焊接技术。２．３
高能束热源焊接及加工技术２
２．３．１．１车身焊接。随着国内汽车工业的发展，汽车工业与焊接产业相结合，使两者都得到较快的发展，焊接技术不仅推动了汽车工业的发展，同时也极大地促进了焊接技术自身的发展。现代焊接技术是机械制造业中一种必要的金属加工工艺方法，在汽车制造中得到广泛的应用。汽车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。
等车顶采用了此项技术；ＢＭＷ公司的５系列、Ｏｐｅｌ公司的Ｖｅｃｔｒａ车型等更是趋之若鹜。欧洲各大汽车厂的激光器绝大多数用于车顶焊接。
另外，车身（架）激光焊可以提高车身强度、动态刚度。奔驰公司首先在Ｃ级车后立柱上采用了激光填丝焊接；ＢＭＷ和ＧＭ公司在车架顶部采用了搭接焊；ＧＭ公司利用３ｋＷＹＡＧ激光器在ＡｕｒｏｒａＧ型车上进行车顶与车顶附件托架的焊接。
在车身制造中，采用激光焊技术，可以提高产品设计的灵活性，降低制造成本，提高车身的刚度，提高产品的竞争力。
该技术可降低车身自重和成本，减少零件数量，提高安全可靠性。此项技术最早应用于Ａｕｄｉ１００车的底板拼焊，目前已推广到各大汽车公司。丰田公司Ｔａｈａｒａ工厂生产的雷克萨斯（Ｌｅｘｕｓ）车门板原来是用２种不同厚度、５种不同表面处理的多块钢板组成，现在只用１块激光拼焊板代替，大大提高了生产率。ＢＭＷ公司１／３的汽车已采用激光拼焊板。在美国，１９９７年用于汽车工业的激光拼焊板将近１５００万件，２０００年达到４０００￣６０００万件。有专家预言，激光拼焊板将成为一项数十亿美元的产业。
激光拼焊板应用于车身制造，可以减少零件、模具及焊接工装数量，降低车身自重和成本，并提高产品的市场竞争力。
齿轮及传动部件的焊接采用激光焊代替电子束焊，可减少变形、提高生产率。２０世纪８０年代末，克莱斯勒（Ｃｈｒｙ－
２．３．１．２激光拼焊板的应用。２．３．１．３齿轮及传动部件激光焊。ｓｌｅｒ）公司Ｋｏｋｏｍｏ分公司购进９台６ｋＷＣＯ激光器用于齿轮激光焊接，其生产能力提高４０％。上世纪９０年代初，美国三大汽车公司已投入４０多台激光器用于传动部件焊接。奔驰公司已经研究利用激光焊接代替电子束焊接，因为前者焊缝热影响区小。
Ｖｏｌｖｏ和大众公司用激光焊接塑料燃油箱；许多厂家利用激光精细焊接发动机上的传感器。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。双丝焊接是国外近几年发展起来的一种新型高效高速焊接方法，它是将２根导电嘴按一定的角度固定在特别设计的焊里，通过２根导电嘴的焊丝分别由各自的电源供电，其送丝速度和所有参数均可独立调节。双丝焊的特点是不仅可以提高熔敷速度，而且
可以大大地提高焊接效率。焊装生产线是由焊接设备、工装夹具、传输系统和自动控制等部分组成。因此，生产线的整体柔性程度由各组成部分的柔性程度所决定。其中，焊接设备的柔性是决定焊装生产线柔性程度的关键，而工装夹具是决定焊
２２．３．２非金属及对电磁性有要求的汽车零件的焊接。２．３．３
等离子焊割的应用。２．４
双丝焊焊接技术
２．５
焊接机器人技术的应用接生产线柔性程度的主要因素。车身焊装线上的焊接设备主要有手工焊设备、自动焊专机及焊接机器人３类：主要包括悬挂
式点焊机、半自动ＣＯ气体保护焊机等，它们均属于通用标准设备。通过人工操作完成焊接工作，其独立性较强，便于安装、调整及维修，且价格低廉，所以在生产发展的各个时期都得到了广泛的应用。主要包括多点焊
机、台式自动焊机及各种焊接机械手。这些专机结构复杂、动作简单、程序基本固定、制造成本及维修
费用高，只适用于某一种产品焊接，柔性程度低，所以只有在单一品种、大批量生产的焊装生产线上采用。以前，一般在年生产量为６万辆以上的生产线上采用，现在只有年生产量更大的生产线才予以考虑。焊接机器人是本
体独立、动作自由度多、程序变更灵活、自动化程度高、柔性程度极高的焊接设备，具有多用途功能、重复精度高、焊接质量高、抓取质量大、运动速度快、动作稳定可靠等特点。焊接机器人是焊接设备柔性化的最佳选择。焊接设备作为焊装生产线的重要组成部分，是否采用焊接机器人是焊装生产线柔性程度的重要标志之一。
汽车制造的批量化、高效率和对产品质量一致性的要求，使机器人在汽车焊接生产中获得了大量应用。据２００１年的统计，全国共有各类焊接机器人１０４０台，而汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的７６％，成为工业机器人的最主要用户。东风商用车车身厂第６
２．５．１
手工焊接设备。２．５．２
自动焊专机。２．５．３
焊接机器人。２
焊装车间总装线采用了６台点焊机器人，３台自动焊机。一汽车身厂１０万辆新品驾驶室主焊线采用了２１台点焊机器人，点焊自动化率达９５％。东风车身厂６万辆新品驾驶室总装线采用了１０台点焊机器人，１台自动焊机，点焊自动化率不足６０％。与发达国家相比差距较大。
在国内，点焊机器人上所配备的焊钳均为气动焊钳，焊接时冲击力较大。同时，由于工件的重复精度较差，电极处于凸缘边缘时，焊钳易滑出，严重时会损坏被焊工件。另外，电极磨损量的监控反馈精度较差，影响焊接质量。在国外，机器人用焊钳已逐步采用伺服焊钳，焊接时冲击小，并能实现精确控制，提高焊接质量。２０世纪５０年代，汽车散热器的制造主要采用铜材料锡焊工艺。２０世纪６０年代末￣７０年代初，因铜材料成本是铝材料的２￣３倍，为了降低成本和自重，开始采用铝制散热器的钎焊工艺技术，采用半自动化和自动化生产加工作业，但铝散热器的工艺过程复杂，并污染环境。９０年代以后，新型铜硬钎焊散热器比铝散热器的制造成本更低。铜硬钎焊散热器具有铝制散热器不可替代的优点：
２．６．１钎焊速度快，可降低加工成本。２．６．２铜的导热性好，强度和刚度大，可使材料的厚度减薄，为铜硬钎焊散热器小型化设计奠定了基础。２．６．３材料的回收和再生产利用率高。
但是，钎焊炉的温升率较高，冷却速度必须严格控制，即对钎焊炉的精确控制要求较严。目前，东风公
司铜散热器的焊接采用了软钎焊工艺，
２．６
铜散热器硬钎焊技术的应用其焊缝的高温强度较低，特别是在重型车上，焊缝的密封性较差。
经世界许多知名企业的实践证明，铜硬钎焊工艺技术能在客车、载货车和工程机械的散热器、暖风机、机油冷却器、冷凝器、蒸发器及中冷器等产品生产中发挥巨大的优势。
在许多焊接结构件中，因焊接工
艺本身的特点，焊缝接头（特别是弧焊接头）存在着各种焊接缺陷和应力集中，焊接应力分布复杂，引起承载能力下降和焊接变形等问题。采用常规的手段无法分析焊接应力分布和预测焊接变形，很难控制焊接总成的质量，因此采用数值模拟技术进行焊接应力和焊接变形方面的研究很有必要。通过焊接数值模拟，可以模拟出焊接过程中的应力和应变的变化及分布情况，为制定合理的焊接工艺提供理论依据。例如，客车车架焊接变形的控制，目前只能通过反复试验获得相对合理的焊接工艺，其试验存在着盲目性，且试验周期长、投入大。若采用数值模拟技术，可以经济、快速地模拟出正确的工艺方案。在国内，高校对焊接结构的数值模拟技术研究得较多，并且已有一些成功的应用案例。
数值模拟软件有很多，如ＡＮＳＹＳ和ＳＹＳＷＥＬＤ等各类模拟软件。２０００年，日本大阪大学结
合科学研究所提出了一个５年耗资２０亿日元（２０００万美元）的国家课题，即“高效与安全焊接技术的开发”。它是一个焊接虚拟工程研究，其目的是开发一个用户界面友好的高效与安全焊接的计算机系统，同时给出３个精密模拟程序，即焊接过
３焊接数值模拟技术的应用
程模拟程序、被焊区域组织预测程序和变形预测程序。近年来，英国焊接研究所开发了一个“结构变形预测系统”（ＳＤＰＳ），可以用来预测复杂结构的焊接变形。
在车身焊装工艺设计时，对产品
的工艺分块是工艺设计的关键。目前，车身焊接工艺的设计水平主要取决于设计师的经验，无法科学地判断某个设计方案的优劣。为了提高工艺设计水平，必须采用计算机模拟技术来进行虚拟工厂设计。通过计算机模拟技术与设计者的经验相结合，可以优化焊装车间平面布置和工作单元布局、预研工艺对产品的影响和各工序间的关联、校验所需设备数量和对自动化设备的需求、计算生产面积和所需工人数，而且可对焊装线上的机器人、自动化设备及人体作业进行仿真分析。
Ｄｅｌｍｉａ公司为汽车制造业提供了全面的解决方案，从白车身焊接、油漆、总装的工艺规划到加工仿真等，提供了一系列的软件和整体解决方案。通用、丰田等汽车企业都大量应用了Ｄｅｌｍｉａ公司
的软件，通用卡车公司把Ｄｅｌｍｉａ公司作为唯一的数字制造解决方案供应商。上海交通大学ＣＩＭＳ研究所应用Ｄｅｌｍｉａ软件在上海大众汽车有限公司发动机厂生产线技术改造项目中也获得了很好的效益。
ＤｅｌｍｉａＢＩＷ是应用于汽车白车身规划与仿真的一套解决方案。用户可以利用ＢＩＷ并行开发白车身焊接工艺及机器人加工单元仿真。ＢＩＷ支持企业各部门浏览与利用ＰＰＲ数据库中的各种信息焊接是汽车工业生产中十分
４车身焊装工艺的虚拟设计
重要的工艺流程和加工手段，在汽车制造中应用广泛，发展高效、稳定、节能的焊接新技术，轻便灵巧的智能设备及自动化柔性生产系统将大大地提高产品的产量和质量。同时，随着汽车工业的发展，对汽车外壳用材的性能要求也愈来愈高，并促使产品用材的更新换代。例如，为提高车身的防腐蚀性能及提高寿命，车身制造中已大量采用镀锌钢板代替普通冷轧钢板；为减轻车身总体重量，减少能源消耗，世界各大汽车公司正在开发铝合金或高强度车身的汽车。由于汽车车身等薄板结构的装配过程中大量采用电阻点焊，因而研究铝合金、镀锌钢板等新材料的电阻点焊性能至关重要，从而开发出适合这些材料的焊接材料及焊接方法。
随着轿车发展的日趋紧凑小型化、轻量化和新材料的应用，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控冷控轧技术下生产的高强度钢板。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。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。但是由于目前该过程自动化程度还不够，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
５汽车工业中焊接新材料的发展趋势
，５．１镀锌钢板。渡而使电极烧损较快。故建议使用ＡｌＯ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。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，现在出现了新一代的高强度钢板材料——超细晶粒钢。该钢种主要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。
汽车钢圈
综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。
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。
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
２３５．２高强度钢板。６．１发展自动化柔性生产系统。６．２发展轻便组合式智能自动焊机。６汽车工业焊接的总体发展趋势
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，又降低了材料消耗。
类似的高水平生产线，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，发展应用机器人焊接技术，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。
我们坚信在不久的将来，通过焊接工作者的共同努力，提高焊接技术在国内汽车行业的应用，国内焊接技术将会逐步缩短与国外先进焊装技术水平的差距，达到国际化的汽车制造水平。
参考文献
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究．