汽车零部件加工组装焊接工艺研究
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摘要：汽车零部件的受力相对比较复杂，其焊接质量及所带来的材料的机械强度和疲劳寿命、承重和传力、承受较大的弯矩和扭矩的作用，直接影响到质量、可靠性和车辆的使用安全。重视汽车零部件加工组装的焊接工艺技术是确保汽车零部件高效、优质、可靠的基础。
关键词：汽车零部件；加工组装工序；焊接工艺；焊接质量；激光焊接工艺 文献标识码：A
中图分类号：TG44 文章编号：1009-2374（2015）31-0112-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.056
汽车大部件（车厢与车身、车架与车桥、变速箱与发动机）等的加工组装工序中，焊接是不可或缺的加工工序。焊接工艺对汽车零部件的品质保证起着至关重要的作用。因此，必须重视汽车加工组装的焊接工艺。
汽车零部件加工组装焊接的工序、工艺技术有很多种，常用的有电阻焊、氩弧焊、CO2气体保护焊、电弧焊等，采用较为先进的激光焊接工艺技术。在这些焊接工艺中，电阻焊和CO2气体保护焊有焊接变形小、效率高、生产量大、自动化程度高、操作简便、能耗较低等特点，其工艺适合对汽车车身车厢、车桥和车架以及零部件、薄板覆盖件的焊接。
1 汽车零部件加工组装的常用焊接工艺
1.1 CO2气体保护焊的工艺
焊接工艺成熟，成本低；操作便捷、效率高；受焊接工位位置及工件厚度影响小；焊缝抗裂性好；焊后角变形、不平度控制均可控制在0.3%左右。
该焊接工艺主要用于汽车车身覆盖件、车架、车厢、后桥等的焊接。
1.2 电阻焊的工艺
电阻焊无需使用焊条、焊丝等填充金属，焊接加热时间短且热量集中，焊接时热影响区域小，变形与应力也很小，焊接无噪声及有害气体产生，焊后无需校正和热处理。焊接成本较低，操作简便，能够满足焊接工艺自动化和机械化的需要。
1.3 激光焊接工艺
激光焊接能量集中，焊接作用时间短，可以焊接形状特殊的工件，对原材料性质和形态的改变均很小；操作便捷，易于实现数控。可以焊接薄板、金属丝等传统焊接工艺难以加工的材料等。激光焊接工艺可实现焊缝组织细化，且基本上不需要坡口和填充，焊接变形小，焊接速度快，热影响区较小，激光焊缝的机械性能好。
汽车的车身材料多为金属薄板，受热敏感的材料等。形状装配位置精密、微小、排列密集，对焊接部位要求焊接质量和精度高、接缝平整、美观，并确保焊缝变形最小。这是汽车焊接工艺技术的基本要求。因此，适宜采用激光焊接，其焊接工艺能够实现所要求的焊接影响区域小、焊缝小、焊接精度、质量控制及可靠性指标要求，已逐渐成为汽车零部件制造的标准工艺。
汽车外观的工艺品质直接反映汽车焊接加工的工艺品质。现在的车身制造已由过去那种采用整块材料冲压成型的工艺转变为运用先进制造技术，对材料进行套裁与套用，并依靠激光焊接工艺技术才能高质量地完成固定或半成品成型。具体的工序工艺是：根据车身设计的各项技术及质量控制要求，运用材料冲裁与激光焊接拼装工艺，将经过精确裁剪、机械性能、表面状态、厚度等各不相同的2～3块板材拼焊到一起，然后再将这种半成品冲压成车身零件，完成车身零部件的加工组装成型工作。
采用激光拼焊工艺，其焊接所获得的焊缝转接较平稳，能够大幅度减少零配件和结构件的数量，焊缝品质较好，车身零部件的抗冲击性、抗疲劳性都得到明显改善，有效地减轻了车身的总质量。提高了车身的尺寸精度和抗腐蚀能力，汽车整体结构的安全性、稳定性和可靠性都有所提高。
激光焊接工艺为齿轮箱体类零部件的加工节约了大量的原材料，提供了更为紧凑的质量可靠的结构，减少了制造工序，使质量控制更趋精准，生产效率得到较大的提高。据不完全统计，在汽车工业较为发达的国家60%以上的零部件（如底盘、变速齿轮、传动轴、离合器、增压器轮轴、发动机排气管、散热器等）的生产制造与装配过程都采用激光焊接工艺。
1.4 复合激光焊接工艺
复合激光焊接较之单纯的激光焊接，具有激光高速焊接时电弧焊接的工艺稳定性。其工艺上更能保证钣金件长焊缝平顺、焊接质量可靠的性能要求。其工艺：
1.4.1 能够较好地完成更大的焊缝熔深、较大缝隙的焊接质量，且焊接过程中无烧穿时焊缝背面下垂的现象，可通过添加辅助材料对焊缝晶格组织施加影响，使焊缝具有良好的机械性能。
1.4.2 激光MIG惰性气体保护焊混合，其工艺特点具有良好的操纵性，对熔焊深度大的焊缝能够以较高的焊接速度实现高质量的焊接。焊接产生的焊接热辐射少，焊缝的强度高，焊缝宽度小，焊缝平整凸出小。
复合激光焊接系统的焊缝准备工作量和焊接后焊缝处理工作量小，工艺特性突出，生产过程稳定性好，使各种材料和结构的焊接性能及可靠性都得到了大幅度的提高。焊接生产工时短、费用低、生产效率高，设备可用性好，适用范围更广。但复合激光焊接工艺在电源设备上的投资成本较高，且在进行复合激光焊接时，要通过试焊，对焊炬的两个热源的夹角进行调整，并尽可能调整到最小化。避免出现一旦夹角过大，有可能会出现焊不透或造成焊缝过宽等缺陷，使焊接品质受到影响。
复合激光焊接技术在汽车制造企业，特别是对铝合金材料的焊接提供了一种全新的焊接技术。例如，汽车的铝合金车门的加工组装焊接时非常适合复合激光焊接工艺，采用复合激光焊接工艺，焊缝的长度可达到3.57m，是单纯激光焊接焊缝长度的3倍。
激光焊接熔深大，焊缝深宽比大，焊缝金相组织良好，焊接强度高。对焊接件适应性好。焊接系统柔性高，易于实现自动化控制和远距离焊接。激光焊接技术的应用有效地确保了焊点连接达到分子层面的结合，车身冲压零件代替锻造零件，使车身的整体强度以及碰撞的安全性得到提高，车内噪音也得到有效降低。
在汽车零部件制造工艺技术应用中有近一半是采用激光焊接工艺来完成的。基于成熟的激光焊接技术发展起来的激光拼焊板技术，带动现代先进制造加工工艺技术的发展。激光焊接技术日益成熟，并大量应用到生产线上，在汽车生产线上如齿轮焊接、汽车底板及结构件（包括车门车身）的高速拼焊中已取得巨大的经济效益和社会效益。
2 汽车制造中激光焊接工艺的应用与发展前景
以小孔效应为理论基础的深熔焊接，通过高能量的激光将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板再冲压生产，以满足零部件不同部位对材料不同性能的要求。这项工艺技术已经在汽车零部件的加工组装焊接（尤其是激光焊接和切割、车身面板及拼接坯板焊接）得到广泛的应用，激光焊接加速了用冲压零件代替锻造零件的进程。激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺。
结合信息技术、光纤传输技术及机械手操作程序的应用，在工艺技术范围可控的前提下，配合点焊系统，并与生产线上的夹具相配合，实现自动化焊接的目的。进而通过技术及设备升级，使自动化的汽车装配生产线得以实现。激光焊接技术及其在汽车领域中的迅速发展，给汽车制造业带来显著的经济效益。
3 结语
激光焊接通过按需控制和调整焊接能量，实现精细正确的焊接质量控制。采用激光拼焊板的新生产工艺方式（例如柔性模块式生产的方式），材料厚度的可变性保证了对重要位置的强化等方面，简化了点焊工艺，使整车零件数量大大减少，提高了车身尺寸精度，减少了质量问题。汽车制造工业大规模的激光焊接工艺技术应用，技术的不断改进，激光加工车间和自动化生产线的建立，完整的加工方法，融合并丰富了先进制造工艺技术，在逐渐替代传统加工工艺技术等方面显示出巨大的优势。
参考文献
[1] 王德伦，肖荣光.基于ANSYS的车身薄板件点焊漂移偏差仿真[J].四川兵工学报，2012，（1）.
[2] 王国勇，高晓飞.车身尺寸检测与精度控制解决方案[A].2013中国汽车工程学会年会论文集[C].2013.
作者简介：严伟民（1961-），男，江苏无锡人，重庆电讯职业学院实训中心主任，高级工程师，硕士，研究方向：科研生产、教学管理。
（责任编辑：黄银芳）
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