汽车焊接新技术

1、 汽车焊接技术概述 点焊点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在 两柱状电极之间，利用电阻热熔化母材金 属，形成焊点形成焊点的电阻焊方法。点焊主要用 于薄板焊接薄板焊接。 点焊点焊 在汽车制造中应用：在汽车制造中应用：汽车车身焊装, 包括 车身底板、侧围、车架、车顶、车门及车 身总成等部分的焊装。据统计, 每辆汽车 车身上约有5000多个电阻点焊焊点。 汽车焊接技术概述 点焊过程点焊过程点焊机点焊机 汽车焊接技术概述 汽车焊接技术概述 缝焊缝焊 缝焊缝焊的过程与点焊相似，只是以旋转的圆 盘状滚轮电极代替柱状电极，将焊件装配 成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之 间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送

2、 电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。 在汽车生产中主要用于在汽车生产中主要用于密封性焊接或缝点 焊工件。如油箱、机油盘、消声器、减震 器封头、车身顶盖雨檐等 汽车焊接技术概述 凸焊凸焊 凸焊凸焊是点焊的一种特殊形式，其利用零件原 有的型面倒角、底面或者预制的凸点作为上 下两工件的接触面，施加压力并通电流，达 到在凸点处焊合的一种电阻焊方法。凸焊时， 一次可在接头处形成一个或多个熔核。 在汽车生产中主要用于在汽车生产中主要用于车身零部件、减震器 阀杆、制动蹄等。 汽车焊接技术概述 对焊对焊 电阻对焊电阻对焊是将焊件装配成对接接头，使其端面紧是将焊件装配成对接接头，使其端面紧 密接触，利用电阻热加

3、热至塑性状态，然后断电密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后断电 并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。电阻对焊主电阻对焊主 要用于要用于截面简单、直径或边长小于截面简单、直径或边长小于20mm20mm和强度要和强度要 求不太高的焊件求不太高的焊件。 闪光对焊闪光对焊是将焊件装配成对接接头，接通电源，是将焊件装配成对接接头，接通电源， 使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加 热这些接触点，在大电流作用下，产生闪光，使热这些接触点，在大电流作用下，产生闪光，使 端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到端面金属熔化，直至端部

4、在一定深度范围内达到 预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的 方法。方法。 汽车焊接技术概述 闪光对焊闪光对焊的接头质量比电 阻焊好，焊缝力学性能与 母材相当，而且焊前不需 要清理接头的预焊表面。 闪光对焊常用于重要焊件 的焊接。可焊同种金属， 也可焊异种金属；可焊 0.01mm的金属丝，也可焊 20000mm的金属棒和型材。 在汽车中对焊主要用于在汽车中对焊主要用于 钢圈、排进气阀杆等钢圈、排进气阀杆等 对焊过程示意图对焊过程示意图 汽车焊接技术概述 （1 1）熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金）熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金 属属 与空

5、气隔绝，冶金过程简单。与空气隔绝，冶金过程简单。 （2 2）加热时间短，热量集中，故热影响区小，）加热时间短，热量集中，故热影响区小， 变变 形与应力也小，通常在焊后不必安排校正形与应力也小，通常在焊后不必安排校正 和和 热处理工序。热处理工序。 （3 3）不需要焊丝、焊条等填充金属，以及氧、）不需要焊丝、焊条等填充金属，以及氧、 乙乙 炔、氢等焊接材料，焊接成本低。炔、氢等焊接材料，焊接成本低。 （4 4）操作简单，易于实现机械化和自动化，改）操作简单，易于实现机械化和自动化，改 善善 了劳动条件。了劳动条件。 （5 5）生产率高，且无噪声及有害气体，在大批）生产率高，且无噪声及有害气体，在

6、大批 量量 生产中，可以和其他制造工序一起编到组生产中，可以和其他制造工序一起编到组 装装 线上。但闪光对焊因有火花喷溅，需要隔线上。但闪光对焊因有火花喷溅，需要隔 离离。 电阻焊的优点：电阻焊的优点： 汽车焊接技术概述 电阻焊的缺点：电阻焊的缺点： （1）目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量）目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量 只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检 查，以及靠各种监控技术来保证。查，以及靠各种监控技术来保证。 （2）点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重）点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重 量，且因在两板焊接熔核周围形成夹角，致量，且

7、因在两板焊接熔核周围形成夹角，致 使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。 （3）设备功率大，机械化、自动化程度较高，使）设备功率大，机械化、自动化程度较高，使 设备成本较高、维修较困难，并且常用的大设备成本较高、维修较困难，并且常用的大 功率单相交流焊机不利于电网的平衡运行。功率单相交流焊机不利于电网的平衡运行。 汽车焊接技术概述 电弧焊（电弧焊（CO2气体保护焊、氩弧焊、焊条气体保护焊、氩弧焊、焊条 电弧焊和埋弧焊等）电弧焊和埋弧焊等） （1）CO2气体保护电弧焊气体保护电弧焊车身蒙皮、车箱、车身蒙皮、车箱、 后桥、车架、横梁后桥、车架、横梁 后桥壳管、传动轴、

8、后桥壳管、传动轴、 液压缸等。液压缸等。 （2）氩弧焊）氩弧焊用于机油盘、铝合金零部件。用于机油盘、铝合金零部件。 （3）焊条电弧焊）焊条电弧焊支架、车架、备胎架等厚板支架、车架、备胎架等厚板 零部件。零部件。 （4）埋弧焊）埋弧焊半桥套管、法兰、天然气汽车的半桥套管、法兰、天然气汽车的 压力容器等。压力容器等。 在汽车制造中的应用在汽车制造中的应用 汽车焊接技术概述 特种焊（摩擦焊、电子束焊、激光焊、氧乙特种焊（摩擦焊、电子束焊、激光焊、氧乙 炔焊和钎焊）炔焊和钎焊） 摩擦焊摩擦焊 传统定义：利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使传统定义：利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使 端面达到热塑性状态，

9、然后迅速顶锻，完成焊接的端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的 一种压焊方法。一种压焊方法。 现代定义：在压力作用下，通过待焊工件的现代定义：在压力作用下，通过待焊工件的摩擦界摩擦界 面面及其附近温度升高，材料的变形抗力降低、塑性及其附近温度升高，材料的变形抗力降低、塑性 提高、界面氧化膜破碎，伴随着材料产生塑性流变，提高、界面氧化膜破碎，伴随着材料产生塑性流变， 通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊 接方法。接方法。 汽车焊接技术概述 摩擦焊摩擦焊通常由如下四个步骤构成： a、机械能转化为热能； b、材料塑性变形； c、热塑性下的锻压

10、力； d、分子间扩散再结晶。 摩擦焊相较传统熔焊最大的不同点不同点在于整个 焊接过程中，待焊金属获得能量升高达到的 温度并没有达到其熔点，即金属是在热塑性 状态下实现的类锻态固相连接。 汽车焊接技术概述 相对传统熔焊，摩擦焊优势：相对传统熔焊，摩擦焊优势： （1）焊接接头质量高能达到焊缝强度 与基体材料等强度； （2）焊接效率高、质量稳定、一致性好； （3）可实现异种材料焊接等。 摩擦焊摩擦焊技术经过长年的发展，已经发展出很 多种类：包括惯性摩擦焊、径向摩擦焊、线 性摩擦焊、轨道摩擦焊、搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊等。 汽车焊接技术概述 搅拌摩擦焊（搅拌摩擦焊（FSW）: : 1991年英国焊接研究所

11、发明年英国焊接研究所发明, 是是 一种在机械力和摩擦热作用下的一种在机械力和摩擦热作用下的 固相连接方法固相连接方法 如图，带特殊轴肩和针凸如图，带特殊轴肩和针凸 的柱形搅拌头旋转着缓慢的柱形搅拌头旋转着缓慢 插入被焊接工件，搅拌头插入被焊接工件，搅拌头 和被焊接材料之间的摩擦和被焊接材料之间的摩擦 剪切阻力产生了摩擦热，剪切阻力产生了摩擦热， 使搅拌头邻近区域的材料使搅拌头邻近区域的材料 热塑化热塑化（焊接温度一般不（焊接温度一般不 会达到和超过被焊接材料会达到和超过被焊接材料 的熔点），当搅拌头旋转的熔点），当搅拌头旋转 着向前移动时，热塑化的着向前移动时，热塑化的 金属材料从搅拌头的前沿

12、金属材料从搅拌头的前沿 向后沿转移，并且在搅拌向后沿转移，并且在搅拌 头轴肩与工件表层摩擦产头轴肩与工件表层摩擦产 热和锻压共同作用下，形热和锻压共同作用下，形 成致密固相连接接头。成致密固相连接接头。 汽车焊接技术概述 FSW的优点的优点 （1 1）适合于自动化和机器人操作）适合于自动化和机器人操作 （2 2）适用于有色金属材料）适用于有色金属材料( (如铝、铜、镁、锌等如铝、铜、镁、锌等) ) 的连接，接头性能优异的连接，接头性能优异 （3 3）高效、节能、环保）高效、节能、环保 （4 4）对于镁合金、锌合金、铜合金、铅合金、不锈）对于镁合金、锌合金、铜合金、铅合金、不锈 钢、钛合金以及铝

13、基复合材料等材料的连接也钢、钛合金以及铝基复合材料等材料的连接也 合适合适 （5 5）可以较容易实现异种材料的连接可以较容易实现异种材料的连接 （6 6） 可可焊接材料的厚度范围较广，焊接材料的厚度范围较广，0.4180mm 汽车焊接技术概述 FSW的局限性的局限性 （1 1）焊缝末尾通常有匙孔存在（目前已）焊缝末尾通常有匙孔存在（目前已 可以实现无孔焊接）；可以实现无孔焊接）； （2 2）焊接时的机械力较大，需要焊接设）焊接时的机械力较大，需要焊接设 备具有很好的刚性；备具有很好的刚性； （3 3）与弧焊相比）与弧焊相比, ,缺少焊接操作的柔性；缺少焊接操作的柔性； （4 4）不能实现添丝焊

14、接。）不能实现添丝焊接。 摩擦焊在汽车制造中的应用：摩擦焊在汽车制造中的应用： 汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆等 汽车焊接技术概述 电子束焊电子束焊 电子束焊电子束焊：利用加速和聚焦的电子束轰击 置于真空或非真空环境中的焊件所产生的 热能进行焊接的方法。 （1）高能量的电子束，束流直径小，能够 形成一个深而窄的穿透焊缝，因此工 件变形小，焊缝的热影响区窄 电子束焊较其它熔焊，优点是：电子束焊较其它熔焊，优点是： 汽车焊接技术概述 （2）加热集中，热效率高，可焊接一般熔）加热集中，热效率高，可焊接一般熔 化焊方法难于焊接的特种难熔金属、化焊方法难于焊接的特种难熔金属、 热敏感性强的金属以及异种金属

15、材；热敏感性强的金属以及异种金属材； （3）电子束焊接参数能够被精确控制，焊）电子束焊接参数能够被精确控制，焊 接时参数的重复性及稳定性好；接时参数的重复性及稳定性好； （4 4）真空电子束焊接是排除了大气中有害）真空电子束焊接是排除了大气中有害 气体气体( (氢和氧氢和氧) )对熔化金属的影响，因对熔化金属的影响，因 此，熔化金属化学成分纯净，提高了此，熔化金属化学成分纯净，提高了 焊缝质量，十分有利于活性金属材料焊缝质量，十分有利于活性金属材料 和真空熔炼的高纯度金属的焊接。和真空熔炼的高纯度金属的焊接。 电子束焊主要用于电子束焊主要用于汽车的齿轮组合体、传动箱体的焊接 汽车焊接技术概述

16、激光焊激光焊 激光焊主要用于激光焊主要用于车身框架结构的焊接车身框架结构的焊接, , 如顶盖与如顶盖与 侧面车身焊接侧面车身焊接, , 变速器齿轮、气门挺杆、车门铰变速器齿轮、气门挺杆、车门铰 链等。链等。 氧乙炔焊氧乙炔焊 氧乙炔焊氧乙炔焊由于加热面积大由于加热面积大, , 以及金属材料本身的以及金属材料本身的 热导性能热导性能, , 焊后变形大焊后变形大, , 所以在车身焊接中应用所以在车身焊接中应用 较少较少, , 一般用于车身总成的补焊。一般用于车身总成的补焊。 钎焊钎焊 钎焊钎焊用于铝散热器用于铝散热器 汽车焊接技术概述 第二节 机器人焊接、焊接数值模拟、 车身焊装工艺的虚拟设计及

17、焊接新材料 （一）机器人焊接 高效率高效率 一致的一致的 产品质量产品质量 批量化批量化 汽汽 车车 制制 造造 要求要求 焊接机器人获焊接机器人获 得了广泛应用得了广泛应用 焊接机器人 焊接机器人的特点：焊接机器人的特点： （1）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 （2）多用途、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 机器人的国内应用：机器人的国内应用： 截止2001年，全国共有各类焊接机器人10401040台， 而汽车制造和汽车零部件汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器 人约790790台，其占全部焊接机器人的76%76% （3）

18、提高了生产效率，降低劳动强度 目前，机器人焊接已广泛应用在汽车制造业的 汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力 变矩器等焊接中，尤其在汽车底盘焊接生产中 得到了广泛的应用。 （1）东风商用车车身厂第六焊装车间总装线采用 了6台点焊机器人，3台自动焊机； （2）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%； 国内应用举例：国内应用举例： 焊接机器人 最近发展了一种低高度的点焊机器人，用它来 焊接车体下部零件。这种矮小的点焊机器人还 可以与较高的机器人组装在一起，共同对车体 上部和下部进行焊接，从而缩短了整个焊接生 产线长度。 汽车业焊接机器人的发展：汽车业焊

19、接机器人的发展： （3）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%。 焊接机器人 焊接机器人 焊装生产线焊装生产线 焊接机器人 综合焊接机器人综合焊接机器人 国内焊接机器人应用中的缺陷：国内焊接机器人应用中的缺陷： （1）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 （2）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 （3）电极磨损量的监控反馈精度较差，影响焊接 质量。 在国外，在国外，机器人用焊钳已逐步采用机器人用焊钳已逐步采用伺服焊钳伺服焊钳， 焊接时冲击小，并能实现精确控制，提高焊接焊接时

20、冲击小，并能实现精确控制，提高焊接 质量。质量。 焊接机器人 伺服焊钳伺服焊钳是机器人电阻焊领域的最新应用技术，其 核心是既可采用传统的气（液）压缸也可采用交直 流伺服电机作为焊钳驱动装置。 伺服焊钳优点：伺服焊钳优点： （1）可省去压缩空以气节约能源 （3）自动补偿电极磨损 （2）提高焊钳开合速度和电极压力稳定 （4）提高焊点质量和生产效率，延长电极寿命 焊接机器人 （二）焊接数值模拟 焊焊 缝缝 接接 头头 焊接缺陷焊接缺陷 应力集中，且应力集中，且 应力分布复杂应力分布复杂 承载能力下降承载能力下降 焊接变形焊接变形 分析焊接应力分布分析焊接应力分布 预测焊接变形预测焊接变形 数值模拟数

21、值模拟 控制焊接控制焊接 总成质量总成质量 因此因此 焊接数值模拟的优点：焊接数值模拟的优点： 焊接数值模拟 举例说明（客车车架焊接变形的控制）举例说明（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。较多，并且已有一些成功的应用案例。 焊接数值模拟软件的开发：焊接数值模拟软件的开发： 常用软件常用软件：ANSYS和SYSWELD等 2000年，

22、大阪大学结合科学研究所提出了耗资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”。其目的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，即焊接过程模拟程序、被焊区域组 织预测程序和变形预测程序 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。 焊接数值模拟 软件特点软件特点: （1）可以在设计初期规划阶段对焊接当中普遍出可以在设计初期规划阶段对焊接当中普遍出 现的变形进行评价和控制现的变形进行评价和控制 （2）可以大大减少制造的时间，并节省生产成本）可以大大减少制造的时间，并节省生产成

23、本 最新的最新的WELD PLANNER软件软件 开发公司和推出时间：开发公司和推出时间：法国ESI集团 2009年1月12日 （3）高度简单化。高度简单化。应用WELD PLANNER方案， 可以使不懂有限元模拟，或者对该技术知之 甚少的人更好地了解由焊接所导致的变形， 而且全部操作只需要一天的培训，便可以熟 练地使用该方案 焊接数值模拟 （4 4）高效。）高效。包括快速产生或自动寻找部件间的包括快速产生或自动寻找部件间的 焊焊 缝；自动并方便地定义焊接顺序；具有典缝；自动并方便地定义焊接顺序；具有典 型型 的工业夹具条件；多种结果变形的显示。的工业夹具条件；多种结果变形的显示。 （5）节约

24、成本。）节约成本。可以在不到一天的时间里，对复可以在不到一天的时间里，对复 杂的焊接中出现的变形进行控制，因此能在杂的焊接中出现的变形进行控制，因此能在 试验周期和变形修补方面大大节约成本。可试验周期和变形修补方面大大节约成本。可 以潜在地节省一到两个试验周期，也就是每以潜在地节省一到两个试验周期，也就是每 个零件大约可以节约一万到两万欧元个零件大约可以节约一万到两万欧元 WELD PLANNER软件已经开始上市销售软件已经开始上市销售 焊接数值模拟 （三）车身焊装工艺的虚拟设计 车身焊装工艺设计的关键：车身焊装工艺设计的关键：对产品的工艺分块对产品的工艺分块 车身焊装工车身焊装工 艺设计水平

25、艺设计水平 取决于取决于 设计师设计师 的经验的经验 无法科学地判断无法科学地判断 设计方案的优劣设计方案的优劣 通过计算机模通过计算机模 拟技术来进行拟技术来进行 虚拟工厂设计虚拟工厂设计 优化焊装车间平面布置和工优化焊装车间平面布置和工 作单元布局作单元布局;了解工艺对产了解工艺对产 品的影响和各工序间的关联品的影响和各工序间的关联; 校验所需设备数量和对自动校验所需设备数量和对自动 化设备的需求化设备的需求;计算生产面计算生产面 积和所需工人数积和所需工人数;可对焊装可对焊装 线上的机器人、自动化设备线上的机器人、自动化设备 及人体作业进行仿真分析及人体作业进行仿真分析 设计师的经验设计

26、师的经验 虚拟设计的模拟软件虚拟设计的模拟软件(DELMIA)介绍介绍 开发公司：开发公司：法国达索公司 车身装焊的虚拟设计 软件名称：软件名称：DELMIA，为Digital Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application 的缩写，即数字企业精益制造交互式 应用 软件功能：软件功能：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 DELMIA的应用现状：的应用现状： （1）通用、丰田等汽车企业都大量应用）通用、丰田等汽车企业都大量应用DELMIA 软件，通用卡

27、车公司把软件，通用卡车公司把DELMIA软件的开发软件的开发 公司作为唯一的数字制造解决方案供应商公司作为唯一的数字制造解决方案供应商 CIMS为Computer Integrated Manufacturing Systems 的缩写，即计算机集成制造系统 （2）上海交通大学）上海交通大学CIMS研究所应用研究所应用DELMIA软软 件在上海大众汽车有限公司发动机厂生产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。线技术改造项目中也获得了很好的效益。 车身装焊的虚拟设计 （四）汽车焊接新材料 镀锌钢板镀锌钢板 镀锌钢板镀锌钢板 车车 身身 材材 料料 普通冷轧钢板

28、普通冷轧钢板 提高车身防腐提高车身防腐 性能及寿命性能及寿命 目的目的 焊接镀锌钢板最有前途的方法是焊接镀锌钢板最有前途的方法是激光焊接激光焊接 防腐机理防腐机理 高强度钢板高强度钢板 高强度钢板高强度钢板 汽车轻量化汽车轻量化 提高汽车提高汽车 安全性能安全性能 超细晶粒钢超细晶粒钢 超细晶粒超细晶粒 高洁净度高洁净度 高均匀度高均匀度 组织组织 特点特点 性能特点性能特点 强度和韧性比现强度和韧性比现 有钢材提高一倍有钢材提高一倍 汽车焊接新材料 汽车焊接强度检查汽车焊接强度检查 焊接非破坏性检查：焊接非破坏性检查：操作工人按照规定频次操作工人按照规定频次先先清理清理 焊点数目和外观质量是

29、否符合规定，焊点数目和外观质量是否符合规定，然后然后将专用凿将专用凿 子插入规定检查的焊点子插入规定检查的焊点3-10mm处，到焊点内端平处，到焊点内端平 后，上下扳动凿子，检查焊点是否松动，后，上下扳动凿子，检查焊点是否松动，接着接着拔出拔出 凿子，用凿子，用0.5-1磅锤子还原零件，磅锤子还原零件，如果如果焊点松动，焊点松动，就就 记录缺陷部位和种类。记录缺陷部位和种类。 焊接破坏性检查：焊接破坏性检查：利用液压张力钳或气动凿子将产利用液压张力钳或气动凿子将产 品所有焊点撕开，检查撕洞是否烧穿、是否存在不品所有焊点撕开，检查撕洞是否烧穿、是否存在不 可接受的焊接裂纹等缺陷，检查焊核尺寸是否

30、符合可接受的焊接裂纹等缺陷，检查焊核尺寸是否符合 要求。最后对检查结果记录。需要专门经过培训的要求。最后对检查结果记录。需要专门经过培训的 检验员完成。检验员完成。 超声波技术检查：超声波技术检查：需要专门经过培训的检验员完成。需要专门经过培训的检验员完成。 第三节 汽车制造中的焊接新技术 （一）高效节能的电阻焊及质量控制 电阻焊机大量电阻焊机大量 使用使用50Hz50Hz的的 单相交流电源单相交流电源 容量大且功率因数低容量大且功率因数低 缺陷缺陷 解解 决决 途途 径径 三相低频电阻焊机三相低频电阻焊机 三相次级整流接触焊机三相次级整流接触焊机 逆变电阻焊机逆变电阻焊机 汽车制造中的焊接新

31、技术 逆变式焊机焊接技术逆变式焊机焊接技术 优点：优点：焊接性能好、动态反应速度快、效率高、 功能多、易于实现焊接机械化和自动化 应用：应用：手工电弧焊、TIG焊、 MIG/MAG/CO2 自动及半自动焊、电阻点焊电阻点焊 逆变电阻焊机工作原理：逆变电阻焊机工作原理： 是将输入的三相交流电桥式整流、滤波成直流 电，再经逆变器产生中频交流电，然后反馈给 焊接变压器输出低电压交流电，最后经单相整 流后输出脉动很小的直流电。不但经济节能， 而且焊接规范调节范围扩大34倍，解决了汽 车行业镀锌钢板焊接对焊接参数选择范围很小 的问题。 电阻焊质量控制电阻焊质量控制 通常使用的通常使用的 质量控制手段质量

32、控制手段 焊前预测并打试片焊前预测并打试片 焊后随机抽样破坏性检验焊后随机抽样破坏性检验 焊后无损检测焊后无损检测 存在局限性存在局限性 和随机性和随机性 焊接过程监控焊接过程监控 最理想的方法最理想的方法 研究的研究的 热点热点 汽车制造中的焊接新技术 日本已开发了采用数值计算的熔核直径在线自适应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控制技术的点焊质量控制方法(根据温度变化情况根据温度变化情况 确定点焊部位的发热情况确定点焊部位的发热情况,由此推算是否可以获得确由此推算是否可以获得确 保点焊质量的熔核直径保点焊质量的熔核直径,使焊点质量稳定可靠且焊接使焊点质

33、量稳定可靠且焊接 喷溅减少喷溅减少,电极寿命延长电极寿命延长)。但这种方法计算量大。但这种方法计算量大,设设 备一次投资增加。备一次投资增加。 焊接过程监控质量控制技术的开发及应用现状焊接过程监控质量控制技术的开发及应用现状 西南交通大学针对铝合金车圈研制成车圈焊接西南交通大学针对铝合金车圈研制成车圈焊接PLC 智能控制器，解决了铝合金车圈的焊接质量问题，智能控制器，解决了铝合金车圈的焊接质量问题， 其抗干扰能力、可靠性等比单片微机控制器更好，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。比工控机控制器体积小、成本低。 汽车制造中的焊接新技术 （二）气体保护焊的稳

34、定焊接技术 短路过渡的电流波形控制法短路过渡的电流波形控制法 用两个电流脉冲过渡一个熔滴的波形控制法用两个电流脉冲过渡一个熔滴的波形控制法, 可可 限制短路过渡时金属液桥爆断的能量限制短路过渡时金属液桥爆断的能量, 减少飞溅减少飞溅, 提高短路过渡的稳定性提高短路过渡的稳定性。 第一个电流脉冲第一个电流脉冲熔滴长大并与工件短路熔滴长大并与工件短路 第二个短时脉冲第二个短时脉冲 检测短路电流上升速度检测短路电流上升速度 控制短路电流峰值控制短路电流峰值 产生电磁收缩产生电磁收缩 力并形成缩颈力并形成缩颈 拉断拉断 细颈细颈 熔池熔池 表面张力表面张力 熔滴稳定过熔滴稳定过 渡而无飞溅渡而无飞溅

35、汽车制造中的焊接新技术 逆变电源波形控制法逆变电源波形控制法 逆变电源逆变电源 良好的动特良好的动特 性和可控性性和可控性 波形控制波形控制 在熔滴短路过在熔滴短路过 滤的初期抑制滤的初期抑制 短路电流上升短路电流上升 减少电磁收缩力减少电磁收缩力 并防止熔滴爆断并防止熔滴爆断 减少大颗减少大颗 粒飞溅粒飞溅 利于熔滴在利于熔滴在 熔池摊开熔池摊开 电流迅速上升电流迅速上升 电磁收缩力增电磁收缩力增 加加 加速形加速形 成缩颈成缩颈 电流缓慢上升电流缓慢上升 到一较低值到一较低值 从而使缩颈爆从而使缩颈爆 断时飞溅减少断时飞溅减少 汽车制造中的焊接新技术 氩弧焊技术氩弧焊技术 氩弧焊有非熔化极

36、（氩弧焊有非熔化极（TIGTIG）和熔化极（）和熔化极（MIGMIG） 两种，两种，均用于均用于汽车工业汽车工业有色金属有色金属和和高合金高合金 钢钢焊接中。为改善焊接中。为改善COCO2 2气体保护焊的气体保护焊的成形成形和和 减少飞溅减少飞溅, ,采用采用80%CO80%CO2+20%Ar+20%Ar的混合气体保的混合气体保 护焊。护焊。 汽车制造中的焊接新技术 （三）激光焊接及其复合焊接技术 激光焊接原理激光焊接原理 金属金属升温气化升温气化 激光激光金属蒸气离金属蒸气离 开熔池表面开熔池表面 产生附加产生附加 反作用力反作用力 熔化金属表熔化金属表 面向下凹陷面向下凹陷 激光斑下激光斑

37、下 形成凹坑形成凹坑 激光斑直接射入坑激光斑直接射入坑 底形成细长的小孔底形成细长的小孔 反冲压力、液态反冲压力、液态 金属的表面张力、金属的表面张力、 重力平衡时重力平衡时 小孔小孔 停止停止 继续继续 深入深入 金属在小孔前方熔金属在小孔前方熔 化，绕过小孔流向化，绕过小孔流向 后方重新凝固形成后方重新凝固形成 焊缝焊缝 汽车制造中的焊接新技术 激光深熔焊原理激光深熔焊原理 汽车制造中的焊接新技术汽车制造中的焊接新技术 激光焊接设备激光焊接设备 控制系统控制系统激光器激光器光导系统光导系统焊接机器人焊接机器人 功率小功率小5kW 薄小零件薄小零件 功率大功率大6-15kW 波长短，有利波长

38、短，有利 于金属表面吸收于金属表面吸收 可利用光纤传输可利用光纤传输 以简化光导系统以简化光导系统 Nd:YAG(钕钇铝石榴石钕钇铝石榴石) 固体激光器固体激光器 CO2气体激光器气体激光器 汽车制造中的焊接新技术 激光焊接特点激光焊接特点 （1）能量密度高、适合于高速焊接 （2）焊接时间短、材料本身的热变形及热影 响区小，尤其适合高熔点、高硬度加工 （3）无电极、工具等的磨损消耗 （4）对环境无污染 （5）可通过光纤实现远距离、普通方法难以 达到的部位、多路同时或分时焊接 （6）很容易改变激光输出焦距及焊点位置 （7）很容易搭载到机器人装置上 汽车制造中的焊接新技术 汽车车身顶盖与侧面激光焊

39、接代替点焊汽车车身顶盖与侧面激光焊接代替点焊 汽车制造中的焊接新技术 车顶激光焊接车顶激光焊接 汽车制造中的焊接新技术 后顶盖的激光焊缝后顶盖的激光焊缝 汽车制造中的焊接新技术 激光焊接焊缝断面形貌激光焊接焊缝断面形貌 汽车制造中的焊接新技术 激光焊接的应用现状激光焊接的应用现状 国内：上海大众、神龙、东风等为数不多的几家合国内：上海大众、神龙、东风等为数不多的几家合 资公司资公司 国外：国外：Volvo最早开发车顶激光焊最早开发车顶激光焊 德国大众在德国大众在Audi A6、Golf A4、Passat 、 BMW的的5系列和系列和Opel的的Vectra等车型也采用等车型也采用 车顶激光焊

40、车顶激光焊 奔驰首先在奔驰首先在C级车后立柱上采用激光填丝焊级车后立柱上采用激光填丝焊 接接; BMW和和GM的车架顶部采用激光搭接焊的车架顶部采用激光搭接焊; Fiat公司在著名的公司在著名的Ferrari（法拉利）车上完（法拉利）车上完 成了成了120m长的激光焊接长的激光焊接 汽车制造中的焊接新技术 激光拼焊板的应用激光拼焊板的应用 开始于开始于Audi 100的底板拼焊，目前已经广泛应用的底板拼焊，目前已经广泛应用 丰田公司丰田公司Tahara工厂生产的雷克萨斯（工厂生产的雷克萨斯（Lexus） 门板原来是用两种不同厚度、五种不同表面处理门板原来是用两种不同厚度、五种不同表面处理 的多

41、块钢板组成，现只用一块激光拼焊板代替，的多块钢板组成，现只用一块激光拼焊板代替， 大大提高了生产率。大大提高了生产率。 BMW公司公司1/3的汽车采用激光拼焊板的汽车采用激光拼焊板 2000年，美国用于汽车的激光拼焊板达年，美国用于汽车的激光拼焊板达6000万件万件 激光拼焊板将成为一项数十亿美元的产业激光拼焊板将成为一项数十亿美元的产业 优点：优点：激光剪拼具有减少零件和模具数量、减少 点焊数目、优化材料用量、降低零件重量、降低 成本和提高尺寸精度 汽车制造中的焊接新技术 激光激光-TIG复合焊接复合焊接 优点：优点： （1）利用电弧增强激光作用，可用小功率激光）利用电弧增强激光作用，可用小

42、功率激光 器代替大功率激光器焊接金属材料。器代替大功率激光器焊接金属材料。 （2）在焊接薄件时可高速焊接。）在焊接薄件时可高速焊接。 （3）可增加熔深，改善焊缝成形，获得优质焊）可增加熔深，改善焊缝成形，获得优质焊 接接头。接接头。 （4）可以缓和母材端面接口精度要求。）可以缓和母材端面接口精度要求。 举例：当举例：当CO2激光功率为激光功率为0.8kW，TIG 电弧的电弧的 电流为电流为90A，焊接速度，焊接速度2m/min 时，可相当于时，可相当于 5kW 的激光焊机的焊接能力的激光焊机的焊接能力 汽车制造中的焊接新技术 激光激光-TIG-TIG复合焊接原理复合焊接原理 汽车制造中的焊接新

43、技术 激光激光+TIG复合焊接焊缝断面形貌复合焊接焊缝断面形貌 汽车制造中的焊接新技术 激光激光+TIG复合焊熔深复合焊熔深(左左)和熔宽和熔宽(右右)与焊接速度的关系与焊接速度的关系 汽车制造中的焊接新技术 TIG焊接熔合区组织焊接熔合区组织 激光焊接熔合区组织激光焊接熔合区组织 激光激光-TIG复合焊熔合区组织复合焊熔合区组织 汽车制造中的焊接新技术 激光激光-等离子弧复合焊接等离子弧复合焊接 等离子弧功能：等离子弧功能： （1）激光焊接提供额外 的能量，提高焊接速度， 进而提高整个焊接过程的 效率； （2）等离子弧环绕在激 光周围，可以产生热处理 的效果，延长冷却时间， 也就减少了硬化和残余应 力的敏感性，改善了焊缝 的