1、第一講 汽車焊接新技術邢亞哲長安大學資料學院2021.06.18.主要內容汽車焊接技術概述 電阻焊、電弧焊和特種焊焊接機器人、焊接數值模擬、車身焊裝工藝的虛擬設計及焊接新資料 汽車制造中的焊接新技術 高效節能的電阻焊、氣體維護焊、激光焊接、 激光-電弧復合焊接等 汽車制造業中焊接的開展趨勢 .第一節 汽車焊接技術概述 電阻焊(resistance welding) 電阻焊(又稱壓力焊)是一種常用的焊接方法,它是利用電流直接流過工件本身及工件間的接觸面所產生的電阻熱,使工件部分加熱到高塑性或熔化形狀,同時加壓而完成的焊接過程 電阻焊主要特點： 1電壓低, 電流大 (幾千 幾萬A), 完成一 個焊

2、接接頭時間極短(0.01 幾秒), 所以 消費率很高.汽車焊接技術概述 電阻焊的焊接(按接頭外形不同)1點焊2縫焊(滾焊)3凸焊4對焊2焊接時加熱、加壓同時進展, 接頭在 壓力下焊合3焊接時不需求填充金屬及焊藥.點焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩柱狀電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，構成焊點的電阻焊方法。點焊主要用于薄板焊接。 點焊在汽車制造中運用：汽車車身焊裝, 包括車身底板、側圍、車架、車頂、車門及車身總成等部分的焊裝。據統計, 每輛汽車車身上約有5000多個電阻點焊焊點。汽車焊接技術概述.點焊過程點焊機汽車焊接技術概述.點焊的工藝過程：1預壓，保證工件接觸良好2通電，使焊接處構成熔核

3、及塑性環3斷電鍛壓，使熔核在壓力繼續作 用下冷卻結晶，構成組織致密、無 縮孔、裂紋的焊點。汽車焊接技術概述.縫焊縫焊的過程與點焊類似，只是以旋轉的圓盤狀滾輪電極替代柱狀電極，將焊件裝配成搭接或對接接頭，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉動，延續或斷續送電，構成一條延續焊縫的電阻焊方法。在汽車消費中主要用于密封性焊接或縫點焊工件。如油箱、機油盤、消聲器、減震器封頭、車身頂蓋雨檐等汽車焊接技術概述.凸焊凸焊是點焊的一種特殊方式，其利用零件原有的型面倒角、底面或者預制的凸點作為上下兩工件的接觸面，施加壓力并通電流，到達在凸點處焊合的一種電阻焊方法。凸焊時，一次可在接頭處構成一個或多個熔核。 在汽

4、車消費中主要用于車身零部件、減震器閥桿、制動蹄等。汽車焊接技術概述.對焊電阻對焊是將焊件裝配成對接接頭，使其端面嚴密接觸，利用電阻熱加熱至塑性形狀，然后斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。電阻對焊主要用于截面簡單、直徑或邊長小于20mm和強度要求不太高的焊件。 閃光對焊是將焊件裝配成對接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近到達部分接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點，在大電流作用下，產生閃光，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內到達預定溫度時，斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。汽車焊接技術概述.閃光對焊的接頭質量比電阻焊好，焊縫力學性能與母材相當，而且焊前不需求清理接頭的預焊外表。閃光對焊常用于重

5、要焊件的焊接。可焊同種金屬，也可焊異種金屬；可焊0.01mm的金屬絲，也可焊20000mm的金屬棒和型材。在汽車中對焊主要用于鋼圈、排進氣閥桿等對焊過程表示圖汽車焊接技術概述.1熔核構成時，一直被塑性環包圍，熔化金屬 與空氣隔絕，冶金過程簡單。2加熱時間短，熱量集中，故熱影響區小，變 形與應力也小，通常在焊后不用安排校正和 熱處置工序。3不需求焊絲、焊條等填充金屬，以及氧、乙 炔、氫等焊接資料，焊接本錢低。4操作簡單，易于實現機械化和自動化，改善 了勞動條件。5消費率高，且無噪聲及有害氣體，在大批量 消費中，可以和其他制造工序一同編到組裝 線上。但閃光對焊因有火花噴濺，需求隔離。電阻焊的優點：

6、汽車焊接技術概述.電阻焊的缺陷：1目前還缺乏可靠的無損檢測方法，焊接質量 只能靠工藝試樣和工件的破壞性實驗來檢 查，以及靠各種監控技術來保證。2點、縫焊的搭接接頭不僅添加了構件的重 量，且因在兩板焊接熔核周圍構成夾角，致 使接頭的抗拉強度和疲勞強度均較低。3設備功率大，機械化、自動化程度較高，使 設備本錢較高、維修較困難，并且常用的大 功率單相交流焊機不利于電網的平衡運轉。 汽車焊接技術概述.電弧焊CO2氣體維護焊、氬弧焊、焊條電弧焊和埋弧焊等1CO2氣體維護電弧焊車身蒙皮、車箱、 后橋、車架、橫梁 后橋殼管、傳動軸、 液壓缸等。2氬弧焊用于機油盤、鋁合金零部件。3焊條電弧焊支架、車架、備胎架

7、等厚板 零部件。4埋弧焊半橋套管、法蘭、天然氣汽車的 壓力容器等。在汽車制造中的運用汽車焊接技術概述.特種焊摩擦焊、電子束焊、激光焊、氧乙炔焊和釬焊摩擦焊傳統定義：利用焊件外表相互摩擦所產生的熱，使端面到達熱塑性形狀，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。 現代定義：在壓力作用下，經過待焊工件的摩擦界面及其附近溫度升高，資料的變形抗力降低、塑性提高、界面氧化膜破碎，伴隨著資料產生塑性流變，經過界面的分子分散和再結晶而實現焊接的固態焊接方法。 汽車焊接技術概述.摩擦焊通常由如下四個步驟構成： a、機械能轉化為熱能； b、資料塑性變形； c、熱塑性下的鍛壓力； d、分子間分散再結晶。 摩擦焊相較傳

8、統熔焊最大的不同點在于整個焊接過程中，待焊金屬獲得能量升高到達的溫度并沒有到達其熔點，即金屬是在熱塑性形狀下實現的類鍛態固相銜接。汽車焊接技術概述.相對傳統熔焊，摩擦焊優勢：1焊接接頭質量高能到達焊縫強度 與基體資料等強度；2焊接效率高、質量穩定、一致性好；3可實現異種資料焊接等。 摩擦焊技術經過年年的開展，曾經開展出很多種類：包括慣性摩擦焊、徑向摩擦焊、線性摩擦焊、軌道摩擦焊、攪拌摩擦焊等。 汽車焊接技術概述.攪拌摩擦焊FSW:1991年英國焊接研討所發明, 是一種在機械力和摩擦熱作用下的固相銜接方法如圖，帶特殊軸肩和針凸的柱形攪拌頭旋轉著緩慢插入被焊接工件，攪拌頭和被焊接資料之間的摩擦剪切

9、阻力產生了摩擦熱，使攪拌頭臨近區域的資料熱塑化焊接溫度普通不會到達和超越被焊接資料的熔點，當攪拌頭旋轉著向前挪動時，熱塑化的金屬資料從攪拌頭的前沿向后沿轉移，并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產熱和鍛壓共同作用下，構成致密固相銜接接頭。 汽車焊接技術概述.FSW的優點1適宜于自動化和機器人操作2適用于有色金屬資料(如鋁、銅、鎂、鋅等) 的銜接，接頭性能優良3高效、節能、環保 4對于鎂合金、鋅合金、銅合金、鉛合金、不銹 鋼、鈦合金以及鋁基復合資料等資料的銜接也 適宜 5可以較容易實現異種資料的銜接6 可焊接資料的厚度范圍較廣，0.4180mm汽車焊接技術概述.FSW的局限性1焊縫末尾通常有匙孔存在目

10、前已 可以實現無孔焊接；2焊接時的機械力較大，需求焊接設 備具有很好的剛性；3與弧焊相比,短少焊接操作的柔性；4不能實現添絲焊接。摩擦焊在汽車制造中的運用：汽車閥桿、后橋、半軸、轉向桿等汽車焊接技術概述.電子束焊電子束焊：利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空環境中的焊件所產生的熱能進展焊接的方法。 1高能量的電子束，束流直徑小，可以 構成一個深而窄的穿透焊縫，因此工 件變形小，焊縫的熱影響區窄電子束焊較其它熔焊，優點是：汽車焊接技術概述.2加熱集中，熱效率高，可焊接普通熔 化焊方法難于焊接的特種難熔金屬、 熱敏感性強的金屬以及異種金屬材；3電子束焊接參數可以被準確控制，焊 接時參數的反復

11、性及穩定性好；4真空電子束焊接是排除了大氣中有害 氣體(氫和氧)對熔化金屬的影響，因 此，熔化金屬化學成分純真，提高了 焊縫質量，非常有利于活性金屬資料 和真空熔煉的高純度金屬的焊接。電子束焊主要用于汽車的齒輪組合體、傳動箱體的焊接汽車焊接技術概述.激光焊激光焊主要用于車身框架構造的焊接, 如頂蓋與側面車身焊接, 變速器齒輪、氣門挺桿、車門鉸鏈等。氧乙炔焊氧乙炔焊由于加熱面積大, 以及金屬資料本身的熱導性能, 焊后變形大, 所以在車身焊接中運用較少, 普通用于車身總成的補焊。釬焊釬焊用于鋁散熱器汽車焊接技術概述.第二節 機器人焊接、焊接數值模擬、 車身焊裝工藝的虛擬設計及 焊接新資料 一機器人

12、焊接高效率一致的產質量量批量化汽車制造要求焊接機器人獲得了廣泛運用.焊接機器人焊接機器人的特點：1本體獨立、動作自在度多、程序變卦靈敏、 自動化程度高、柔性程度極高2多用途、反復精度高、焊接質量高、抓 取質量大、運動速度快、動作穩定可靠機器人的國內運用：截止2001年，全國共有各類焊接機器人1040臺，而汽車制造和汽車零部件消費企業中的焊接機器人約790臺，其占全部焊接機器人的76%3提高了消費效率，降低勞動強度.目前，機器人焊接已廣泛運用在汽車制造業的汽車底盤、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接中，尤其在汽車底盤焊接消費中得到了廣泛的運用。1東風商用車車身廠第六焊裝車間總裝線采用 了

13、6臺點焊機器人，3臺自動焊機；2一汽車身廠10萬輛新品駕駛室主焊線采用了 21臺點焊機器人，點焊自動化率達95%；國內運用舉例：焊接機器人.最近開展了一種低高度的點焊機器人，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同，共同對車體上部和下部進展焊接，從而縮短了整個焊接消費線長度。汽車業焊接機器人的開展：3東風車身廠6萬輛新品駕駛室總裝線采用 了10臺點焊機器人，1臺自動焊機，點焊 自動化率缺乏60%。焊接機器人.焊接機器人焊裝消費線.焊接機器人綜合焊接機器人.國內焊接機器人運用中的缺陷：1點焊機器人上所配備的焊鉗均為氣動焊鉗， 焊接時沖擊力較大2由于工件的反復精度

14、較差，電極處于凸緣邊 緣時，焊鉗易滑出，嚴重時會損壞被焊工件3電極磨損量的監控反響精度較差，影響焊接 質量。在國外，機器人用焊鉗已逐漸采用伺服焊鉗，焊接時沖擊小，并能實現準確控制，提高焊接質量。焊接機器人.伺服焊鉗是機器人電阻焊領域的最新運用技術，其中心是既可采用傳統的氣液壓缸也可采用交直流伺服電機作為焊鉗驅動安裝。伺服焊鉗優點：1可省去緊縮空以氣節約能源3自動補償電極磨損2提高焊鉗開合速度和電極壓力穩定4提高焊點質量和消費效率，延伸電極壽命焊接機器人.二焊接數值模擬焊縫接頭焊接缺陷應力集中，且應力分布復雜承載才干下降焊接變形分析焊接應力分布預測焊接變形數值模擬控制焊接總成質量因此.焊接數值模

15、擬的優點：焊接數值模擬舉例闡明客車車架焊接變形的控制目前只能經過反復實驗獲得相對合理的焊接工藝，其實驗存在著盲目性，且實驗周期長、投入大。假設采用數值模擬技術，可以經濟、快速地模擬出正確的工藝方案。在國內，高校正焊接構造的數值模擬技術研討得較多，并且已有一些勝利的運用案例。.焊接數值模擬軟件的開發：常用軟件：ANSYS和SYSWELD等2000年，大阪大學結合科學研討所提出了耗資20億日元2000萬美圓的國家課題，即“高效與平安焊接技術的開發。其目的是開發一個用戶界面友好的高效與平安焊接的計算機系統，同時給出3個精細模擬程序，即焊接過程模擬程序、被焊區域組織預測程序和變形預測程序英國焊接研討所

16、開發了一個“構造變形預測系統 (SDPS)，可以用來預測復雜構造的焊接變形。焊接數值模擬.軟件特點: 1可以在設計初期規劃階段對焊接當中普遍出 現的變形進展評價和控制2可以大大減少制造的時間，并節省消費本錢 最新的WELD PLANNER軟件開發公司和推出時間：法國ESI集團 2021年1月12日3高度簡單化。運用WELD PLANNER方案， 可以使不懂有限元模擬，或者對該技術知之 甚少的人更好地了解由焊接所導致的變形， 而且全部操作只需求一天的培訓，便可以熟 練地運用該方案焊接數值模擬.4高效。包括快速產生或自動尋覓部件間的焊 縫；自動并方便地定義焊接順序；具有典型 的工業夾具條件；多種結

17、果變形的顯示。 5節約本錢。可以在不到一天的時間里，對復 雜的焊接中出現的變形進展控制，因此能在 實驗周期和變形修補方面大大節約本錢。可 以潛在地節省一到兩個實驗周期，也就是每 個零件大約可以節約一萬到兩萬歐元 WELD PLANNER軟件曾經開場上市銷售 焊接數值模擬.三車身焊裝工藝的虛擬設計車身焊裝工藝設計的關鍵：對產品的工藝分塊車身焊裝工藝設計程度取決于設計師的閱歷無法科學地判別設計方案的優劣經過計算機模擬技術來進展虛擬工廠設計優化焊裝車間平面布置和任務單元規劃;了解工藝對產品的影響和各工序間的關聯;校驗所需設備數量和對自動化設備的需求;計算消費面積和所需工人數;可對焊裝線上的機器人、自

18、動化設備及人體作業進展仿真分析設計師的閱歷.虛擬設計的模擬軟件(DELMIA)引見開發公司：法國達索公司 車身裝焊的虛擬設計軟件稱號：DELMIA，為Digital Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application 的縮寫，即數字企業精益制造交互式 運用 軟件功能：為汽車制造業提供了全面的處理方 案，從白車身焊接、油漆、總裝的工 藝規劃到加工仿真等，提供了一系列 的軟件和整體處理方案.DELMIA的運用現狀：1通用、豐田等汽車企業都大量運用DELMIA 軟件，通用卡車公司把DELMIA軟件的開發 公司作為獨一的數字制造處理方案供應商CI

19、MS為Computer Integrated Manufacturing Systems的縮寫，即計算機集成制造系統 2上海交通大學CIMS研討所運用DELMIA軟 件在上海群眾汽車發動機廠消費 線技術改造工程中也獲得了很好的效益。車身裝焊的虛擬設計.四汽車焊接新資料鍍鋅鋼板鍍鋅鋼板車身材料普通冷軋鋼板提高車身防腐性能及壽命目的焊接鍍鋅鋼板最有出路的方法是激光焊接防腐機理.高強度鋼板高強度鋼板汽車輕量化提高汽車平安性能超細晶粒鋼超細晶粒高干凈度高均勻度組織特點性能特點強度和韌性比現有鋼材提高一倍汽車焊接新資料.汽車焊接強度檢查焊接非破壞性檢查：操作工人按照規定頻次先清理焊點數目和外觀質量能否符

20、合規定，然后將公用鑿子插入規定檢查的焊點3-10mm處，到焊點內端平后，上下扳動鑿子，檢查焊點能否松動，接著拔出鑿子，用0.5-1磅錘子復原零件，假設焊點松動，就記錄缺陷部位和種類。焊接破壞性檢查：利用液壓張力鉗或氣動鑿子將產品一切焊點扯開，檢查撕洞能否燒穿、能否存在不可接受的焊接裂紋等缺陷，檢查焊核尺寸能否符合要求。最后對檢查結果記錄。需求專門經過培訓的檢驗員完成。超聲波技術檢查：需求專門經過培訓的檢驗員完成。.第三節 汽車制造中的焊接新技術 一高效節能的電阻焊及質量控制電阻焊機大量運用50Hz的單相交流電源容量大且功率因數低缺陷解決途徑三相低頻電阻焊機三相次級整流接觸焊機逆變電阻焊機.汽車

21、制造中的焊接新技術逆變式焊機焊接技術優點：焊接性能好、動態反響速度快、效率高、 功能多、易于實現焊接機械化和自動化運用：手工電弧焊、TIG焊、 MIG/MAG/CO2 自動及半自動焊、電阻點焊逆變電阻焊機任務原理：是將輸入的三相交流電橋式整流、濾波成直流電，再經逆變器產生中頻交流電，然后反響給焊接變壓器輸出低電壓交流電，最后經單相整流后輸出脈動很小的直流電。不但經濟節能，而且焊接規范調理范圍擴展34倍，處理了汽車行業鍍鋅鋼板焊接對焊接參數選擇范圍很小的問題。.電阻焊質量控制通常運用的質量控制手段焊前預測并打試片焊后隨機抽樣破壞性檢驗焊后無損檢測存在局限性和隨機性焊接過程監控最理想的方法研討的熱

22、點汽車制造中的焊接新技術.日本已開發了采用數值計算的熔核直徑在線自順應控制技術的點焊質量控制方法(根據溫度變化情況確定點焊部位的發熱情況,由此推算能否可以獲得確保點焊質量的熔核直徑,使焊點質量穩定可靠且焊接噴濺減少,電極壽命延伸)。但這種方法計算量大,設備一次投資添加。焊接過程監控質量控制技術的開發及運用現狀西南交通大學針對鋁合金車圈研制成車圈焊接PLC智能控制器，處理了鋁合金車圈的焊接質量問題， 其抗干擾才干、可靠性等比單片微機控制器更好， 比工控機控制器體積小、本錢低。汽車制造中的焊接新技術.二氣體維護焊的穩定焊接技術短路過渡的電流波形控制法用兩個電流脈沖過渡一個熔滴的波形控制法, 可限制

23、短路過渡時金屬液橋爆斷的能量, 減少飛濺, 提高短路過渡的穩定性。第一個電流脈沖熔滴長大并與工件短路第二個短時脈沖檢測短路電流上升速度控制短路電流峰值產生電磁收縮力并構成縮頸拉斷細頸熔池外表張力熔滴穩定過渡而無飛濺汽車制造中的焊接新技術.逆變電源波形控制法逆變電源良好的動特性和可控性波形控制在熔滴短路過濾的初期抑制短路電流上升減少電磁收縮力并防止熔滴爆斷減少大顆粒飛濺利于熔滴在熔池攤開電流迅速上升電磁收縮力添加加速形成縮頸電流緩慢上升到一較低值從而使縮頸爆斷時飛濺減少汽車制造中的焊接新技術.氬弧焊技術氬弧焊有非熔化極TIG和熔化極MIG兩種，均用于汽車工業有色金屬和高合金鋼焊接中。為改善CO2

24、氣體維護焊的成形和減少飛濺,采用80%CO2+20%Ar的混合氣體維護焊。汽車制造中的焊接新技術.三激光焊接及其復合焊接技術 激光焊接原理金屬升溫氣化激光金屬蒸氣離開熔池外表產生附加反作用力熔化金屬表面向下凹陷激光斑下構成凹坑激光斑直接射入坑底構成細長的小孔反沖壓力、液態金屬的外表張力、重力平衡時小孔停頓繼續深化金屬在小孔前方熔化，繞過小孔流向后方重新凝固構成焊縫汽車制造中的焊接新技術.激光深熔焊原理汽車制造中的焊接新技術.激光焊接設備控制系統激光器光導系統焊接機器人功率小5kW薄小零件功率大6-15kW波長短，有利于金屬外表吸收可利用光纖傳輸以簡化光導系統Nd:YAG(釹釔鋁石榴石)固體激光

25、器 CO2氣體激光器汽車制造中的焊接新技術.激光焊接特點1能量密度高、適宜于高速焊接2焊接時間短、資料本身的熱變形及熱影 響區小，尤其適宜高熔點、高硬度加工3無電極、工具等的磨損耗費4對環境無污染5可經過光纖實現遠間隔、普通方法難以 到達的部位、多路同時或分時焊接6很容易改動激光輸出焦距及焊點位置7很容易搭載到機器人安裝上汽車制造中的焊接新技術.汽車車身頂蓋與側面激光焊接替代點焊汽車制造中的焊接新技術.車頂激光焊接汽車制造中的焊接新技術.后頂蓋的激光焊縫汽車制造中的焊接新技術.激光焊接焊縫斷面形貌汽車制造中的焊接新技術.激光焊接的運用現狀國內：上海群眾、神龍、東風等為數不多的幾家合 資公司國外

26、：Volvo最早開發車頂激光焊 德國群眾在Audi A6、Golf A4、Passat 、 BMW的5系列和Opel的Vectra等車型也采用 車頂激光焊 飛馳首先在C級車后立柱上采用激光填絲焊 接; BMW和GM的車架頂部采用激光搭接焊; Fiat公司在著名的Ferrari法拉利車上完 成了120m長的激光焊接汽車制造中的焊接新技術.激光拼焊板的運用開場于Audi 100的底板拼焊，目前曾經廣泛運用豐田公司Tahara工廠消費的雷克薩斯Lexus門板原來是用兩種不同厚度、五種不同外表處置的多塊鋼板組成，現只用一塊激光拼焊板替代，大大提高了消費率。BMW公司1/3的汽車采用激光拼焊板2000年

27、，美國用于汽車的激光拼焊板達6000萬件激光拼焊板將成為一項數十億美圓的產業優點：激光剪拼具有減少零件和模具數量、減少點焊數目、優化資料用量、降低零件分量、降低本錢和提高尺寸精度汽車制造中的焊接新技術.激光-TIG復合焊接優點：1利用電弧加強激光作用，可用小功率激光 器替代大功率激光器焊接金屬資料。2在焊接薄件時可高速焊接。3可添加熔深，改善焊縫成形，獲得優質焊 接接頭。4可以緩和母材端面接口精度要求。舉例：當CO2激光功率為0.8kW，TIG 電弧的電流為90A，焊接速度2m/min 時，可相當于5kW 的激光焊機的焊接才干汽車制造中的焊接新技術.激光-TIG復合焊接原理汽車制造中的焊接新技術.激光+TIG復合焊接焊縫斷面形貌汽車制造中的焊接新技術.激光+TIG復合焊熔深(左)和熔寬(右)與焊接速度的關系汽車制造中的焊接新技術.TIG焊接熔合區組織激光焊接熔合區組織激光-TIG復合焊熔合區組織汽車制造中的焊接新技術.激光-等離子弧復合焊接等離子弧功能：1激光焊接提供額外的能量，提高焊接速度，進而提高整個焊接過程的效率；2等離子弧環繞在激光周圍，可以產生熱處置的效果，延伸冷卻時間，也就減少了硬化和剩余應力的敏感性，改善了焊縫的微觀組織性