焊接技术的发展方向.docx

结合近期新技术、新工艺的发展，论材料连接（焊接）技术的发展方向焊接作为连接金属材料传统而高效的加工方式，随着新技术、新工艺、新的服役环境等的出现也面临着新的挑战和发展，下面就汽车工业从车身材料、车身焊接新技术及设备等方面简述焊接技术的发展方向。1 车身新材料焊接在汽车工业方面，随着汽车工业的发展，为了节约能源和安全性考虑，车身采用大量新型材料，如图1所示。车身结构材料从单一钢结构，逐步向高强度优质钢结构，进而向轻质合金和复合材料结构发展。图1 车身结构材料轻量化发展趋势1.1 高强钢焊接为减轻车身重量，提高车身抗冲击强度，汽车生产中大量应用高强度钢。轿车车身高强度钢板应用比例:日本1980年为8.7，1992年为23.3，2000年为40；美国1976年为6，前几年迅速增长已达45；菲亚特一款车为 67，本田雅阁新车为49，奥迪A5为68。在中国，近年来高强度钢使用率逐步提高，2007年高强度钢使用的平均比例已近17。许多新开发车型车身高强度钢板应用比例超过50高强度钢的使用，给车身件冲压成形和焊接都带来了新课题。高强度钢板无论是机械性能，还是化学成分或是显微结构都与普通钢板差别很大，给焊接工艺提出了新的挑战。由于高强度性能使得塑性温度区间变窄，为获得相同的塑性变形需要较大的电极压力，导致合适的焊接工艺范围变窄。通常通过改进优化传统点焊工艺，采用脉冲点焊、中频点焊等专有技术，增加焊接压力、控制焊接过程，以获得性能良好的焊点质量。近年来，发展迅猛的激光焊工艺大大提高了高强度钢板的焊接性能和接头焊接强度。对于800MPa级超高强度镀锌钢板，甚至达到1200MPa钢，由于强度高、回弹小、成形性好和良好的抗腐蚀性等特点，而成功地应用于白车身的高强度功能件,如ABC柱加强板、门槛、座椅骨架、保险杠加强板、纵梁、横梁等方面。而能否解决高强度镀锌钢板的焊接问题，是关系到车身轻量化、安全性以及该钢种能否进一步应用的关键问题之一。1.2 轻合金及碳素纤维复合材料的焊接近年来，为了进一步减轻车身重量，国外汽车厂商在车身结构设计中开始采用轻合金(铝合金、镁合金、甚至钛合金)，由此给车身焊接或者称连接带。来了新课题。如美国福特的T型车，大众3LLupo，奥迪A2、A8，本田混合动力车均采用铝合金，使车身重量减轻约4050。奔驰新车型采用镁合金门内板，福特采用镁合金仪表盘。较多的汽车结构采用铝合金的发动机盖、后门内板。铝合金的点焊难度较大，是需要耗费很大精力研究的课题。目前，较多的情况还是采用TIG/MIG焊，或铆接、TOX连接法，或胶粘结的方法。英国焊接研究所，最近发明的摩擦搅拌点焊技术据称可以解决铝合金的车身焊接，得到很好的焊接强度，但由于摩擦搅拌点焊的焊点中心有个小孔，故往往用于内板结构件上。为了车身轻量化，有些汽车公司采用碳纤维增强聚合基复合材料制造车身和底盘零部件，可减轻车身重量达5065。也有汽车开发商成功采用树脂传递模塑成形工艺，试制出轿车碳纤维底板。碳素纤维复合材料的连接，当然完全不同于金属的焊接，这里不再赘述。2 车身焊接新技术和新设备2.1 新型电阻焊技术近年来，中频电阻焊技术已开发成熟，并形成成套的中频电阻焊技术和相应的设备，应用于车身焊接生产中。中频电阻焊具有许多优点，如焊接质量受控，在配置新型控制器后，当网络电压波动15时，焊接电流精度可控制在 2；飞溅小，净化了焊接环境；降低焊接压力，提高电极寿命；由于采用三相供电，功率因数接近1，并减小供电电源容量；焊接相同厚度材料，可比普通交流点焊节能2030；超小体积和重量轻的焊接变压器方便地满足焊接机器人一体化焊钳的需要。目前，中频电阻焊已广泛应用于汽车焊接生产。伺服点焊钳是点焊技术发展的新产品。伺服焊钳的焊接行程和焊接压力通过伺服电机或伺服气缸实现。通过伺服控制器(作为焊接机器人控制的一部分，或单独的焊钳伺服控制器)，使焊接压力由带有压力反馈传感器的可编程伺服加压系统产生，能够保证在整个焊接过程中提供所需要的动态焊接压力，实现最适宜的电极进给速度和电极压力。伺服焊钳的加压速度可以比常规加压快5倍，且能自动补偿因压馈等因素造成的压力波动，特别适合于需要强顶锻压力的钢材焊接。对提高镀锌钢板、高强度钢板、不同厚度和层数工件的点焊质量，提供了有力的保障。一体式点焊钳将焊接变压器与点焊钳合成一体。在机器人焊接领域内，早已全部采用一体式点焊钳。随着车身新材料的使用和焊接质量要求的不断提高，伺服中频点焊钳越来越多地应用于焊接机器人生产线。国内的一体式点焊钳开发较早，早在20世纪90年代就有产品问世，并在汽车生产中应用，但由于当时尚未掌握关键设计和制造技术，未能在生产中大量推广，仍需对其进行技术攻关开发，以使其工业化推广。2.2 激光焊接技术激光焊接从20世纪60年代激光器诞生，不久就开始了研究激光焊接技术，应用于薄小零件或元器件的焊接。大功率激光焊接在工业生产中的大量应用，已经历了40年的发展，正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、国防工业等领域，尤其在汽车工业中的应用成果尤为显著。激光焊接的种类有：激光熔焊、激光钎焊、激光-电弧复合焊、双/多光束激光焊接等。2.3 摩擦搅拌点焊技术摩擦搅拌点焊技术(FSW Spot Welding)是英国焊接研究所(TWI)近年来研发的专有技术，适用于不同材料薄板点焊，特别适用于汽车铝合金、铝与钢的车身件焊接。据报道，该技术已应用于日本MAZDA车身焊接。2.4 等离子电焊技术等离子焊接技术是通过产生强有力的等离子束充分熔化材料，其焊孔会随等离子弧的前移而闭合，使被焊对象的形变降至最小，以致用肉眼几乎无法看出来。这种焊接技术早在其他领域得到广泛应用。但在汽车车身领域采用等离子焊接技术的仅有一汽大众在国产奥迪A4L焊接生产线上首次应用的报道。目前，在国产新A4L的焊接生产线上，等离子焊接技术均有应用。车身等离子焊接有四个优点：第一，焊接强度增大30；第二，车体表面更加美观，避免了焊接变形；第三，加快了生产速度，增加了车身的防腐性；第四，设备费用及维护费用大大降低。2.5 胶接点焊技术由于点焊接头受载时在焊点处存在较大的应力集中，而胶接接头虽具有优良的疲劳性能，但其静强度差，胶层的老化和脆化还会进一步降低接头性能。为了提高点焊接头的疲劳性能，提高胶接接头性能的可靠性，出现了将电阻点焊和胶接复合起来的新工艺-胶接点焊，即对工件点焊部位先涂胶搭接，再进行点焊。这样，胶焊接头不仅具有静强度高、可靠性好的优点，又具有胶接接头良好的疲劳特性和密封性，声学性能优良。胶焊工艺在汽车车身制造过程中的应用主要用于镀锌钢板、铝合金的连接。胶焊技术在异种材料的连接上应用潜力很大，有相当广阔的应用前景，有可能实现用现有连接工艺无法完成的异种材料的连接。当前，国内汽车车身制造中已经采用了胶焊技术。据报道，日本已生产出全胶焊连接的小轿车。参考文献1 刘昌雄.车身焊装技术的发展趋势A,2009年中国汽车工程学会制造分会年会论