摘要：焊接过程是汽车车体制作中最为常用的组装方式之一，其焊制品质的优劣在很大程度上关联着汽车的本体性能。故此，为了更有力的促进当今我国汽车工业的发展，需要对相关于汽车车体焊接的一些内容展开深入的探讨和分析。
关键词：汽车车身；焊接工艺；设计
1焊接工装分类及国内外发展现状
现代工装逐步向柔性化、精密化、标准化及智能化发展。近年来工装的柔性化研究和应用在国内外发展迅速，其在焊接工艺中应用也愈加广泛，目前在国内一些少数专业化生产线中，焊接工装已发展到多功能数控的状态，组装定位由数控装置完成，加紧固定由液压操作系统完成，焊装精度相对较高。然而，大多的焊接线工装仍采用传统的工装方式，定位装夹上料依赖人工，远达不到智能制造的需求，也不能满足机器人自动化的需求。焊装工装应具备一定柔性化，并在其基础上应进一步达到智能化，使夹具系统可以对各个焊件自动识别、定位和夹紧放松，并实现人机互动，提高整个焊接线的工作质量和效率。
1.1现有焊接工装的主要类型
图1 焊装夹具的分类
一般说来，焊接工装的柔性体现在同一工装系统可以适应形状尺寸不同多种焊件。柔性概念尚没有明确界限，可以是广义的，如组合夹具，也可以是狭义的如可调整工装。与通用工装和专用夹具相比较，柔性工装可以提高焊装系统的柔性，进一步降低制造成本。柔性工装的分类可以从以下两方面概括：柔性工装在传统夹具创新方向上分为可调整工装、槽系组合工装和孔系组合工装。可调整工装应用范围较小，适合小范围的柔性。槽系组合工装如图2所示，其突出特点是组装方便灵活，定位可靠，但组装元件数量较多，并且对加工精度要求极高，初置费用高，整套夹具装配调整耗时长，所以较少被采用。孔系组合工装如图3所示，其具备一定柔性，在组装中类似于槽系组合工装，不同是以孔来定位，具备较高的精度，是现代柔性工装的主流，孔系组合柔性工装在工业上产中应用广泛。
图2 槽系组合工装
图3 孔系组合工装
柔性工装在原理、结构创新的方向上可以分为：相变与伪相变性工装、适应性工装、模块化程序控制式工装等。适应性夹具是指通过改变夹具本身形状来适应工件，是一种被动式夹具，目前一般用夹持横截面不规则改变的长工件，发展较为缓慢。模块化程序控制式工装是将工装模块安装在双向可移动的导轨上，利用机械传动和程序控制来做出多种不同的布局，满足装夹要求，但是结构太复杂且成本过高，柔性度有限，所以在工业制造中的应用受到了限制。
1.2焊接工装国内外的发展应用
近年来，从焊接夹具的技术层面看，研发有代替手动夹紧的气动夹具、电磁夹具以及数控驱动夹具，但是夹具并没有达到智能化。在国外Chan和Lin设计了三组夹手的可调整夹持系统，其中两组保证定位，剩下一组保证夹紧，且每组夹手上装了四个伸缩杆；德国戴美乐公司设计研发了一种组合式三维模块化的焊接夹具系统，其突出优点有模块化、高精度和较好的柔性，但是辅助模块较多并需要专门定做，系统繁琐且自动化程度不够；美国伍斯特理工学院Rong针对磁流变材料夹具做了实验和研究；美国EI（ElectroImapct）公司研发了钻铆系统壁板的工装，空客公司利用该工装对多种型号的机翼装配；KeyvaniAli等人提出了虚拟制造法，即使工装模块化设计与工艺规划和仿真工具相结合，并对该方法做出可行性分析；Heidar等人研究了以案例推理为基础工装设计方法，通过检索案例可提高工装设计效率。国内工业制造对工装柔性的应用起步较晚，从1985年后孔系组合工装的使用逐渐超过了槽系组合工装；2005年中国科技大学张先舟等人对磁流变柔性工装进行研究，其利用在沿磁场方向添加正压力从而提高剪切力，解决了夹紧力不足的问题，但由于实验设备技术有限并没有观测到超高强度磁流变液晶体构造；南京电子技术研究所针对波导旋转关节研发出一种可调整工装，其以自定心的卡盘为基础对工件定位加紧，解决了工装结构笨重和精度问题，但是造成了工件的深槽孔加工难度；2016年石河子大学的李西洋、成斌等人，针对2MBJ系列的4种不同型号播种机机架边梁焊接装配，设计了集焊接与装配为一体的机器人生产线。解决了不同型号播种机机架在焊装生产作业中焊装线的频繁转换，焊装总周期缩短、设备利用率大大提高。但是该柔性焊接站中各个焊件定位加紧还需人工操作，不能达到自动化。目前在汽车类制造中，模块化程序控制工装、可调整工装和组合工装应用较多。焊装工装是整个焊装生产线的核心，据初步统计仅设计制造工装所占的费用是整个汽车制造成本的10-20%。美Y.Koren教授于首次提出的可重构制造系统（RMS），在该系统中利用孔系定位和组合式模块设计工装，可以提高工装柔性；由于伺服控制技术和在线检测技术逐步成熟，在焊装生产过程中开始大量的应用可编程柔性变位机以及多轴操作机械手，通用汽车公司为使焊装线能够快速适应多种车型，采用了工业机械手和组合模块搭建车身焊装生产线；日本丰田公司综合运用现场总线技术、传感控制技术以及逻辑控制极大 程度改善了汽车生产制造的质量和效率。德国大众汽车在设计出三条平行混流的焊装工作线，其利用多工位的工装配合多机器人点焊作业，极大程度提高了生产率，达到日产量2400辆。
2汽车车身焊制程序设计要求
2.1产品结构分块
通常来说，是由底板、四门两盖、内外侧围等大件总成组装成为车身本体构架。故此，针对同一种类型的车身结构分块基本是相同的。然而，其各个总成之间的对接次序与模式却表现出很大的差异性。于是欲完成好车身构架的组装和焊制过程，须做到先恰当地对其车身结构进行分块。现以某品牌汽车的平头驾驶仓为实例进行说明，第一先要构建出后围体结构的焊装总成（后围体和左/右侧围体共同构成焊接总成），第二部进行驾驶间总成的构建。
2.2确定操作规程
因为整个车身尺寸的拟定、加工和校验环节都需要设置在一个定位体系当中，故此，在对车身结构进行设计时一般都会把焊制、组装、倒运以及总装过程所需遵循的技术标准考虑其中。仅是在能够保证其都遵从于某一专门技术基准的情况下，方可实现组装车身构架时其整体车的结构尺寸和其外观几何形态完全吻合。在此基础上，此类基准还要适合于夹具的尺寸设计、现场制作、技术调整、性能检验以及维修过程等。于是，制定基准时尚需关注以下几项要素：①技术基准的通用性。②所用基准必须达到工件精准定位的要求。③所定基准一定要便于测量操作。④基准的执行必须方便于焊接作业的实施。
2.3选定车身组装时的几何配合基准
几何配合基准是说依据车身中每一器件或元件结构上的某一显要部位来表明此元件在X、Y、Z空间直角坐标系内的应有位置。针对车身元器件在其几何结构上所处的基准位置进行表明的效果是否达到精准水平，这在相当程度上关乎着整个车身组装几何外观的精确等级，基于此，针对其元器件所处基准位置的精准确定至关重要。其一，须在正式进入焊制工序之前，仔细分析相关于该部件的定位基准，并且和客户一起分析汽车车身的外观几何形态。其二，经过相关设计人员正式确定工件在车身结构中的基准尺寸确定之后再经客户做出具体的判定，另外也可以由客户亲自来确定其定位尺寸。
3当前车身上主要运用的激光焊接技术分析
3.1激光焊接在汽车生产中的应用现状
对于汽车工业而言，激光焊接方式早就已经成为了中高档车型必须要使用到的技术，就拿大众公司的高尔夫为例，该款车型在焊接长度方面，激光焊接是52.5米，黏合剂接合为22.6m，亚弧焊为4.7m，而点焊为2938处。按照车身的架构来看，激光焊接与点焊接的比例不相上下，但是与其他的焊接方式相比，其所占的比例就显得比较大，所以激光焊接早就已经是汽车制造过程中不能缺少的一种技术。不仅如此，激光焊接的柔性比传统焊接更好，在实际生产操作过程中可以广泛应用于各种器材的焊接。由于Nd：YAG激光的传输方式是光纤传输，所以该激光的光源必须要与焊枪的终端保持大于100米的距离，这样才能保证各种车型、多个工位可以使用同一台激光器。根据调查数据显示，激光设备在车间的占地面积比点焊接设备的占点面积少了四成左右。同时车身的焊接采用激光焊接还能够加快生产的速度节省生产的时间成本，在SAGITAＲ速腾白车身焊接过程中，激光焊接能够比传统的焊接方式提高三成的效率。
激光技术的应用范围一定程度上取决于它的柔性，与锻造零件相比，冲压零件更适合激光技术的应用。激光焊接使得零件搭接的宽度保持在一个合理范围内，提高了焊接的效率和质量，提升了零件的效能，从结构方面减少了车体的体积，仅仅是这一点就能够将车身的重量减轻112斤。激光焊接的方式还常常会应用在车顶与车壳之间的框架焊接上，利用转换器盖板焊接的方式，采用CNC控制的方式，使循环的时间控制在16秒左右，而实际焊接的时间缩短为3秒，该方法可以连续运转24个小时。在焊接钢板的时候选用激光焊接技术，不仅能同时焊接不同的钢板，还能大幅度地提升车身的刚度和强度、弹性和密封性，从而提高了整个车体性能。
3.2激光焊接技术
3.2.1激光熔焊焊接技术
在汽车制造领域，激光熔焊焊接技术的应用极大地提高了白车车体焊接的整体水平，这一焊接技术主要原理是以激光为主要能量源使焊丝熔断，从而实现两个金属板之间的连接。这一技术与传统的焊接技术相比有着较大的优越性，主要体现在以下三个方面：
一是体现在焊接点的连续上，激光熔断焊接形成的焊接点具有较强的连续性，使得车体焊接整体强大大大提升；二是体现在高强钢的焊接上，随着汽车自身质量的提升，车体的侧围、顶部、车门等部位使用高强钢来焊接渐成趋势，与普通钢板相比，高强钢的屈服强度更高，采用传统的焊接方式焊接效果不能达到质量要求，采用激光熔焊焊接技术则可实现优质焊接，同时也大大提高了车身的匹配精度；三是体现在焊接导致的母材变形上，当前车体多数采用镀锌钢板，激光熔焊技术具有焊接速度快、变形小等传统焊接技术无可比拟的优势，极大的提高了车体焊接的强度以及精度。
3.2.2激光拼焊焊接技术
激光拼焊焊接技术主要运用于对不同功能、不同规格的钢板焊接过程中，这一焊接技术可最大限度的满足车体零部件对焊接材料的要求，是实现车体轻量化的重要手段。同时由于这一焊接技术可以将不同材质、规格的钢板通过拼焊使其成为一个整体，大大提升了钢材的利用率，焊接过程中对零部件与模具的使用量将大大减少，焊点数目、零部件自身重量都得到极大减少，极大的提高了钢材的利用率，具有较大的经济效益；再有就是这一技术在车门焊接上的应用最为广泛，主要优势在于通过激光拼焊技术可以最大限度的减弱点焊焊接带来的密封性，在减轻车门重量的同时也使得车门的校对时间大大减少，极大的降低了车门的生产及焊接成本。
3.2.3激光钎焊焊接技术
激光钎焊焊接技术的主要原理是焊缝金属所需热量由激光与电弧同时提供，使得焊接部位可以焊丝表层产生更多的金属发挥，进一步降低激光能量传送过程中的无效损耗，从而极大的降低所需激光的功率，进一步缩短了焊接周期，从而节约焊接总体成本；随着汽车制造技术的发展以及车体设计理念的更新，激光钎焊焊接技术在白车身上的应用更加广泛。
4车身焊接质量控制
4.1电阻焊质量控制
现在各个制造厂都有企业焊接参数设置规范，并且由焊接工程师定期进行抽检、校正焊接参数，生产过程中主要采用现场单点破检和定期整件破检检验焊接质量。这种质量管控流程存在一定局限性，定期校正焊接参数并不能保证每个焊点的焊接参数能够实时可视化，另外采用破坏检验法虽然能够直观反映焊点质量，但是破坏检验本身需要占用大量的人力物力，而且两次破检检验间的产品质量处于失控状态，容易导致批量质量事故，因此应当采用可靠的电阻焊质量监控系统辅以定期整件破检来控制焊接质量。采用电阻焊质量监控系统来代替人工进行每台焊机的实时监测，及时反馈不合格的焊点并终止生产，反馈出不合格焊点形成原因，使操作者能及时采取补救措施，将损失控制在最小。这样既能提高焊接质量稳定性，又能减少因为不必要的频繁抽检及破检带来的浪费。
4.2气体保护焊质量控制
现在大多数制造厂都由焊接工程师定期按照作业标准进行工艺纪律检查、校正焊接参数，生产过程中主要采用现场人工外观检测和无损检测再辅以定期整件切片焊接性能检测。这种质量管控流程存在一定局限性，定期检查、校正焊接参数并不能保证每条焊缝的焊接参数能实时可视化、实时受控，另外现场人工外观检测很大程度上要依靠检测人员的检测经验，这种控制流程容易导致批量质量事故，因此应当采用可靠的数字化联网焊机+焊接实时监控系统+视觉外观检测系统+无损检测辅以定期整件切片检验来控制焊接质量。
5结语
焊接技术在当前的汽车行业已经得到十分广泛的运用，不仅很好地提升汽车行业的综合实力，而且也可以更好地推进汽车行业逐渐在自动化方向中取得良好的进步。在今后的发展过程中，焊接技术还可以逐渐展示出系统之间的集成化效果，让信息技术和焊接技术可以很好地结合起来，在相互促进中更好地为我国工业发展带来良好的帮助。
参考文献：
[1]田文卿.激光焊接技术在汽车制造中的应用价值[J].科技创新与应用，2016（05）：93.
[2]余鹏，肖双平.焊接技术在汽车制造中的应用和研究[J].山东工业技术，2016（13）：20.
论文作者:李金龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/1/7
标签：工装论文; 激光论文; 车身论文; 柔性论文; 夹具论文; 组合论文; 焊接技术论文; 《基层建设》2018年第35期论文;