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【2011/07期】车身焊装技术的发展趋势
2011-8-24
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来源:汽车新材料网
车身焊装技术的发展趋势
刘昌雄 崔厚学
东风汽车有限公司制造规划总部
  结合我国主流汽车厂近年来采用的典型焊装新工艺、新技术、新材料,从优质、高效、柔性化、降成本和安全环保等方面对车身焊装技术的发展趋势作简要回顾和展望。
  
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前言
  在车身制造的传统四大工艺即冲压、焊装、涂装、总装中,车身焊装的决定性作用如下。
  a.决定车身的外形轮廓及装配精度。
  b.决定车身的刚度及安全性。
  c.决定车身的内部空间、承载能力及舒适性。
  d.决定车身自身质量及燃油经济性。
 
  现代汽车生产的显著特点是总量大、品种多、单个品种批量减少、车型更新换代速度不断加快。为满足用户对安全、舒适、节能、环保和降成本而不断提出的新要求,现代车身焊装与时俱进,不断创新,为了实现优质、高效、柔性化、降成本、安全环保的车身焊装,在采用新工艺、新技术、新材  料方面不断探索,取得了长足的进展。

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车身焊装发展趋势
  (1)优质的原则
  a.镀层板、高强板、轻金属的焊接
  近年来,汽车产品在轻量化、安全性及防腐耐蚀等方面的需求,促进了高强度钢板、镀层板和轻金属等新型材料的大量研制及推广应用, 国外AUDI公司已开发出ASF全铝车身,这对焊材品种及相关焊接方法不断提出了新的课题。例如,药芯焊丝、无镀铜实芯焊丝、铜铝焊丝等新型焊接材料开始在车身焊接领域大量推广应用。新型材料的推广应用促进了焊接设备和控制设备的发展。具有多规范、多脉冲、多种检测及补偿功能的新型控制器已在国内主流厂家广泛应用;新型氧化铝弥散强化铜合金、镀层电极已逐步推广应用;新型焊接设备,例如三相次级整流焊机、中频焊机, 已在神龙公司开始采用。

  b.激光焊的推广应用
  激光焊具有单色性好、相干性强和亮度高的特点,与传统车身焊接采用的搭接电阻焊相比,具有以下优势。
  焊接质量显著提高,焊缝熔宽、熔高、热影响区均显著改善,国产AL6车型采用激光拼焊技术的全新车身设计,抗扭强度增加了34% ,最大限度地保证了乘客安全及舒适性。
  减轻了整车质量和降低了制造成本,降低了油耗。
  减少了覆盖件、加强件的零件数量,简化了装配步骤和焊接工艺。
  激光焊接外覆盖件,因免涂密封胶而带来经济效益和环保效益。
 
  未来车身焊装可根据产品的设计特点,采用点焊+激光焊的组合以获得质量、效率和成本的最佳匹配。此外,等离子拼焊板在国内也开始应用,取得了可观的经济效益。
 
  c.车身焊装的几何尺寸精度控制
  为了保证车身焊装的几何尺寸精度,各大汽车厂纷纷推出了一系列行之有效的车身质量控制方法和质量标准,如美国汽车联合会大力实施的“2mm工程” ;日本丰田公司推行的“全球车身标准GBL”模式。在国内主流厂家中,大众和通用在华合资厂推行“车身Audit”;重庆长安汽车公司推广的“汽车尺寸工程及公差分析技术”;神龙公司通过控制“几何尺寸质量水平IQG”和“几何尺寸合格率IQV”来控制车身几何尺寸精度。
  d.电弧钎焊
  传统汽车弧焊多采用CO2,或混合气体保护MAG焊,其加热温度高、焊接飞溅大、焊接质量较差,为此国内主流厂家已普遍采用CU-AL、CU-SI、CU-MN焊丝的电弧钎焊。
 
  (2)高效的原则
  a.大量使用焊接机器人
  现代车身焊装的一个显著特点,就是广泛应用了各种机器人,如焊接机器人、涂胶机器人和各种搬运机器人。国内主流汽车厂家,如神龙公司一厂应用了各种机器人50多台(套)。零部件厂如广州YBM万宝井公司采用300台弧焊机器人,实现全部MAG焊缝的自动焊接。国外有报道,大众公司在欧洲已实现无人化的焊装车间,整个焊装工艺流程完全由机器人实现。
  b.激光在线检测
  车身的焊装质量水平在一定程度上决定了整车质量水平。据1997年J·D·Power发布的全球汽车产品关键质量问题的调查评估报告(Initial Quality Survey)显示:41%的汽车产品质量问题是由于车身尺寸偏差所造成的,而在批量生产中,72%的车身尺寸问题与夹具偏差有关。
  车身焊装的一个典型特征,就是薄板冲压件的多工位焊接成形,冲压来件问题和焊装夹具偏差是影响车身尺寸质量的最主要因素。
  为了保证车身焊装质量水平的一致性,焊装检具投资和车身尺寸检查是各个汽车厂车身制造的重要组成部分。欧、美汽车厂商已逐步推广激光车身在线检查技术取代传统的检具检测和3D检测。国内大众、奇瑞、神龙二厂和其他主流厂也开始应用这项新技术。
  c.滚边机器人技术在轿车开闭件(四门两盖)上的应用
  包边工艺是一种将零件上冲压产生的翻边折弯压平,使开闭件的内、外板连接在一起的装配工艺。
  在传统工艺中,开闭件的包边是通过电动或液力压机和翻边模的配合来实现的,通过两个独立的压块将作用力施加在外板的折边上,经过两个施压过程来完成最终产品,包边一次成形,工艺成熟,但设备专用且投资大、成本高。
  神龙公司开发B53车型采用了机器人滚压包边工艺,这是一种全新的包边方式,主要设备包括机器人、滚压头和凹模3个部分。其成形过程与传统的工艺方式不同,通过机器人驱动滚压头,在滚轮的滚动过程中将作用力施加在外板的折边上,使其逐点变形后形成最终产品。根据外板的折边角度,  一般需要3次滚压。变换车型时,只需要更换凹模,机器人和滚轮均可重复使用。
  传统包边与机器人滚边特性比较见表5。
 
  d.车身焊装的模拟设计和模拟制造
  为适应现代汽车快节奏的更新换代,主流汽车厂越来越多地将“同步工程”引入车身焊装的设计和制造过程中来。推广模拟设计和模拟制造,采用标准化、模块化设计,以期能尽早发现车身设计和制造中可能存在的缺陷和问题。调动相关部门开展平行攻关,有问题及早解决,从而加快新车型的开发周期,保证新车的投放质量,同时降低开发成本。如神龙公司已普遍应用的“PCM图” ,重庆长安采用的RPS系统,都是从新项目开始,其产品在工艺、冲压、焊装和总装中均共用同一个基准,为保证高水平按时投产新车型发挥了重要作用。
  e.多品种柔性化焊装线
  车身焊装柔性化包括传送线、夹具和焊接设备的柔性化。现代汽车的车型发展,更新换代速度越来越快,车型换代的时间间隔从几十年到十几年,现在是三、五年甚至更短。自动传送技术和焊接机器人的广泛应用,为车身焊装实现柔性化提供了现实可能。大量使用可编程序控制焊装机器人和作为车型更新的关键设备——多品种成形机,为新车的快速换型提供了现实可能。如神龙公司T53/T51,B53/B51 4种车型,可在同一工位通过多品种成形机实现快速换型。
  f.组合装焊夹具
  随着车型更新换代速度加快,为实现多品种柔性化生产,主流厂家已开始使用组合装焊夹具。如神龙公司206/C2的侧围成形夹具,通过固定部分和活动部分组合而成,可通过车型识别实现2种车型的快速转化。
  g.伺服电机实现的柔性化装焊夹具
  为实现多品种柔性化生产,使用伺服电机实现的柔性化装焊夹具,在东风日产和东风本田得到普遍推广应用。
  东风本田新投产的GW生产线,据称是目前全球最先进的车身主焊设备,该设备由控制系统、车身拼焊定位夹具、焊接机器人、平移滑台、车型切换装置、可换型移动台车及输送轨道等辅助装置构成。设备所有运动机构均采用交流伺服电机驱动以保证运动精度、生产效率和柔性。
  GW生产线采用逆变焊接变压器和伺服驱动加压机构等最新技术。该线Fh4个工位组成,年最大产能为24万辆份。工位1为地板就位;工位2为预拼装;工位3为成形定位焊接工位;工位4为车身交付。
  (3)降成本的原则
  a.新型电阻焊机的应用
  传统三相交流电阻焊机的功率因数较低,能量损耗及电网容量需求较大。而采用三相次级整流焊机和中频焊机,能有效提高焊机能量利用率,显著降低焊机的输入功率,提高焊接质量水平。例如,神龙公司焊装车间已开始采用三相次级整流焊机、中频焊机。
  b.群控技术
  建设“资源节约型、环境友好型”社会,对节能的要求越来越高。为控制焊装车间的初始安装容量,提高焊接设备的利用率,提高焊接质量水平,采用电阻焊设备群控技术,不失为一种有效途径。  国内陆华科技公司已研制出电阻焊机群控器并成功实现商业化。
  奇瑞汽车焊装车间主要焊接设备——悬点焊机,通过采用国内先进的群控技术,利用计算机系统实现电网所谓集中控制。该系统能限制同时通电的焊机台数,以保证电网平衡和限制最大使用容量。系统采集的数据包括点焊机的焊接电流、焊接时间、控制角、焊点数、电流超限、故障情况等,可根据要求定时自动存储,便于控制人员对数据进行处理、分析,系统可以通过人机交互界面对每台焊接控制器的参数进行远程编制。
  (4)安全环保的原则
  a.一体式点焊钳的推广应用
  随着焊接技术的发展和现代社会对安全、环保、节能要求的不断提高,一体式点焊钳已开始逐步取代传统焊装车间普遍采用的分体式悬挂点焊机,如神龙公司新建项目已完全采用一体式焊钳。由于取消了次级主电缆,焊机容量及电缆消耗均大幅降低,操作灵活性增加,对操作工的涡流辐射损伤也大幅降低。
  b.焊装车间的通风排烟
  随着技术的进步和“以人为本”,建设“和谐社会”的要求,传统车身焊装那种烟雾缭绕,焊渣飞溅的景象已不符合目前要求。上海大众PASSAT车间已广泛应用工位抽烟装置,神龙公司焊装车间除了应用大功率抽烟排风装置外,还使用工位防护帘,以有效防护焊接飞溅对过往行人的损伤。
  c.伺服焊钳的推广应用
传统车身焊装广泛使用液压、气动焊钳,其漏气、漏油、噪声较大,且焊接质量不易保证, 目前国外主流汽车厂商和部分国内汽车厂已逐步开始推广应用电动伺服焊钳。由于这种焊钳的电气控制和机械精度要求较高,且成本较高,目前国内厂家主要用于点焊机器人。
  d.凸焊螺母的自动送料
  1台完整的白车身焊装,需完成相当数量的凸焊螺母焊接。传统的人工送进凸焊螺母,不但费时费力,而且操作工存在安全隐患。采用凸焊螺母的自动送料装置,不但改善了操作安全环境,同时也大大提高了劳动生产率,提高了整机开动率。例如,东风日产的花都工厂已普遍采用凸焊螺母自动送料技术,取得了良好的技术经济效果和安全环保效果。
 
   3 结束语
  我国汽车工业经过50多年的不断发展,特别是近20多年以来合资引进和自主品牌的崛起,大大加快了先进焊接技术在汽车工业中的应用,缩短了与国际先进水平的差距,我国即将成为名副其实的汽车制造大国。但汽车工业自主开发能力严重滞后,重要工艺装备主要依赖国外的局面迟迟得不到根本改观,又将严重阻碍我国从汽车制造大国迈向汽车工业强国。
针对汽车产品“轻量化、更安全、性能更好且成本更低”的发展目标,当代汽车焊装技术正从传统的材料连接概念与方法的基础上迅速延伸和拓展,并向“精量化焊接制造” 的方向发展,从而实现优质、高效、柔性化、降成本和安全环保的车身焊装。
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