激光焊接的特點(diǎn)是被焊接工件變形極小，零件的裝配間隙很小，對(duì)零件和工裝的精度要求較高。由于國(guó)內(nèi)汽車零件的精度較低，重復(fù)精度較差，對(duì)激光焊工藝的推廣應(yīng)用帶來(lái)了一定的難度。目前，在國(guó)內(nèi)汽車制造中，應(yīng)用激光焊工藝的只有少數(shù)幾個(gè)合資公司，如上海大眾等。

    由于激光焊能量密度高，焊接深度/寬度比高，其焊接質(zhì)量比傳統(tǒng)焊接方法高。但是，如何保證激光焊接的質(zhì)量，即激光焊接過(guò)程的監(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制，是激光利用領(lǐng)域的重要內(nèi)容。包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器，針對(duì)不同焊接對(duì)象和要求，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測(cè)、焊縫質(zhì)量監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目，通過(guò)反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化激光焊接。在汽車工業(yè)中，激光技術(shù)主要用于車身焊接、坯板拼焊和零件焊接。

    1.車身焊接

    該工藝主要用于車頂焊，其應(yīng)用可以減噪和適應(yīng)新的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。Volvo是最早開(kāi)發(fā)車頂激光焊接技術(shù)的廠家。如今，德國(guó)大眾公司也已在AudiA6、GolfA4、Passat等車頂采用了此項(xiàng)技術(shù)；BMW公司的5系列、Opel公司的Vectra車型等更是趨之若鶩。歐洲各大汽車廠的激光器絕大多數(shù)用于車頂焊接。

    另外，車身(架)激光焊可以提高車身強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)剛度。奔馳公司首先在C級(jí)車后立柱上采用了激光填絲焊接；BMW和GM公司在車架頂部采用了搭接焊；GM公司利用3kWYAG激光器在AuroraG型車上進(jìn)行車頂與車頂附件托架的焊接。

    在車身制造中，采用激光焊技術(shù)，可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性，降低制造成本，提高車身的剛度，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

    2.激光拼焊板的應(yīng)用

    該技術(shù)可降低車身自重和成本，減少零件數(shù)量，提高安全可靠性。

    此項(xiàng)應(yīng)用最早源于Audi100車的底板拼焊，目前已推廣到各大汽車公司。豐田公司Tahara工廠生產(chǎn)的凌志(Lexus)車門板原來(lái)是用2種不同厚度、5種不同表面處理的多塊鋼板組成，現(xiàn)在只用1塊激光拼焊板代替，大大提高了生產(chǎn)率。BMW公司1/3的汽車已采用激光拼焊板。在美國(guó)，1997年用于汽車工業(yè)的激光拼焊板將近1500萬(wàn)件，2000年達(dá)到4000萬(wàn)～6000萬(wàn)件。有專家預(yù)言，激光拼焊板將成為一項(xiàng)數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。

    采用激光拼焊板應(yīng)用于車身制造，可以減少零件、模具及焊接工裝數(shù)量，降低車身自重和成本，并提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

    3.齒輪及傳動(dòng)部件激光焊

    齒輪及傳動(dòng)部件的焊接采用激光焊代替電子束焊，可減少變形、提高生產(chǎn)率。20世紀(jì)80年代末，克萊斯勒(Chrysler)公司的Kokomo分公司購(gòu)進(jìn)9臺(tái)6kWCO2激光器用于齒輪激光焊接，其生產(chǎn)能力提高40%。90年代初，美國(guó)三大汽車公司已投入40多臺(tái)激光器用于傳動(dòng)部件焊接。奔馳公司已經(jīng)研究利用激光焊接代替電子束焊接，因?yàn)榍罢吆缚p熱影響區(qū)小。

    4.非金屬及對(duì)電磁性有要求的汽車零件的焊接

    Volvo和大眾公司用激光焊接塑料燃油箱；許多廠家利用激光精細(xì)焊接發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器。

    焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

    焊裝生產(chǎn)線是由焊接設(shè)備、工裝夾具、傳輸系統(tǒng)和自動(dòng)控制等部分組成。因此，生產(chǎn)線的整體柔性程度由各組成部分的柔性程度所決定。其中，焊接設(shè)備的柔性是決定焊裝生產(chǎn)線柔性程度的關(guān)鍵，而工裝夾具是決定焊接生產(chǎn)線柔性程度的主要因素。

    ●車身焊裝線上的焊接設(shè)備主要有手工焊設(shè)備、自動(dòng)焊專機(jī)及焊接機(jī)器人3類。

    ●手工焊接設(shè)備主要包括懸掛式點(diǎn)焊機(jī)、半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊機(jī)等，它們均屬于通用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。通過(guò)人工操作完成焊接工作，其獨(dú)立性較強(qiáng)，便于安裝、調(diào)整及維修，且價(jià)格低廉，所以在生產(chǎn)發(fā)展的各個(gè)時(shí)代都得到了廣泛地應(yīng)用。

    ●自動(dòng)焊專機(jī)包括多點(diǎn)焊機(jī)、臺(tái)式自動(dòng)焊機(jī)及各種焊接機(jī)械手。

    這些專機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)作簡(jiǎn)單、程序基本固定、制造成本及維修費(fèi)用高，只適用于某一種產(chǎn)品焊接，柔性程度低，所以只有在單一品種、大批量生產(chǎn)的焊裝生產(chǎn)線上采用。以前，一般在年生產(chǎn)綱領(lǐng)為6萬(wàn)輛以上的生產(chǎn)線上采用，現(xiàn)在只有年生產(chǎn)量更大的生產(chǎn)線才予以考慮。

    ●焊接機(jī)器人是本體獨(dú)立，動(dòng)作自由度多，程序變更靈活、自動(dòng)化程度高、柔性程度極高的焊接設(shè)備。具有多用途功能、重復(fù)精度高、焊接質(zhì)量高、抓取質(zhì)量大、運(yùn)動(dòng)速度快、動(dòng)作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。焊接機(jī)器人是焊接設(shè)備柔性化的最佳選擇。焊接設(shè)備作為焊裝生產(chǎn)線的重要組成部分，是否采用焊接機(jī)器人是焊裝生產(chǎn)線柔性程度的重要標(biāo)志之一。

    汽車制造的批量化、高效率和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量一致性的要求，使機(jī)器人在汽車焊接生產(chǎn)中獲得了大量應(yīng)用。據(jù)2001年的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共有各類焊接機(jī)器人1040臺(tái)，而汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的76%，成為工業(yè)機(jī)器人的最主要用戶。東風(fēng)商用車車身廠第六焊裝車間總裝線采用了6臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，3臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)。一汽車身廠十萬(wàn)輛新品駕駛室主焊線采用了21臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，點(diǎn)焊自動(dòng)化率達(dá)95%。東風(fēng)車身廠六萬(wàn)輛新品駕駛室總裝線采用了10臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，1臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)，點(diǎn)焊自動(dòng)化率不足60%。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。

    在國(guó)外，法國(guó)雷諾汽車公司與日本日產(chǎn)汽車公司都采用了全機(jī)器人的駕駛室焊裝線，駕駛室的裝配、涂膠、點(diǎn)焊全部由機(jī)器人完成。

    在國(guó)內(nèi)，點(diǎn)焊機(jī)器人上所配備的焊鉗均為氣動(dòng)焊鉗，焊接時(shí)沖擊力較大。同時(shí)，由于工件的重復(fù)精度較差，電極處于凸緣邊緣時(shí)，焊鉗易滑出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞被焊工件。另外，電極磨損量的監(jiān)控反饋精度較差，影響焊接質(zhì)量。在國(guó)外，機(jī)器人用焊鉗已逐步采用伺服焊鉗，焊接時(shí)沖擊小，并能實(shí)現(xiàn)精確控制，提高焊接質(zhì)量。

    銅散熱器硬釬焊技術(shù)的應(yīng)用

    20世紀(jì)50年代，汽車散熱器的制造主要采用銅材料錫焊工藝。20世紀(jì)60年代末到70年代初，因銅材料成本是鋁材料的2～3倍，為了降低成本和自重，開(kāi)始采用鋁制散熱器的釬焊工藝技術(shù)，采用半自動(dòng)化和自動(dòng)化生產(chǎn)加工作業(yè)，但鋁散熱器的工藝過(guò)程復(fù)雜，并污染環(huán)境。90年代以后，新型銅硬釬焊散熱器比鋁散熱器的制造成本更低。銅硬釬焊散熱器具有鋁制散熱器不可替代的優(yōu)點(diǎn)如下。

    ●釬焊速度快，可降低加工成本。

    ●銅的導(dǎo)熱性好，強(qiáng)度和剛度大，可使材料的厚度減薄，為硬釬焊散熱器小型化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

    ●材料的回收和再生產(chǎn)利用率高。

    但是，釬焊爐的溫升率較高，冷卻速度必須嚴(yán)格控制，即對(duì)釬焊爐的精確控制要求較嚴(yán)。目前，東風(fēng)公司銅散熱器的焊接采用了軟釬焊工藝，其焊縫的高溫強(qiáng)度較低，特別是在重型車上，焊縫的密封性較差。據(jù)報(bào)道，一汽將在新型載貨汽車上試用銅硬釬焊散熱器。

    經(jīng)世界許多知名企業(yè)的實(shí)踐證明，銅硬釬焊工藝技術(shù)能在客車、載貨車和工程機(jī)械的散熱器、暖風(fēng)機(jī)、機(jī)油冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器及中冷器等產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮巨大的優(yōu)勢(shì)。

    目前，AstroAir公司生產(chǎn)的銅硬釬焊散熱器系統(tǒng)已經(jīng)在公共汽車、載貨車和其他工程設(shè)備中得到應(yīng)用。日本NAJICO公司從2000年10月開(kāi)始全面生產(chǎn)管帶式銅硬釬焊散熱器。

    焊接數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用

    在許多焊接結(jié)構(gòu)件中，由于焊接工藝本身的特點(diǎn)，焊縫接頭(特別是弧焊接頭)存在著各種焊接缺陷和應(yīng)力集中，焊接應(yīng)力分布復(fù)雜，引起承載能力下降和焊接變形。采用常規(guī)的手段無(wú)法分析焊接應(yīng)力分布和預(yù)測(cè)焊接變形，很難控制焊接總成的質(zhì)量，因此采用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行焊接應(yīng)力和焊接變形方面的研究很有必要。通過(guò)焊接數(shù)值模擬，可以模擬出焊接過(guò)程中的應(yīng)力和應(yīng)變的變化及分布情況，為制定合理的焊接工藝提供理論依據(jù)。例如，客車車架焊接變形的控制，目前只能通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)獲得相對(duì)合理的焊接工藝，其試驗(yàn)存在著盲目性，且試驗(yàn)周期長(zhǎng)、投入大。若采用數(shù)值模擬技術(shù)，可以經(jīng)濟(jì)、快速地模擬出正確的工藝方案。在國(guó)內(nèi)，高校對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬技術(shù)研究的較多，并且已有一些成功的應(yīng)用案例。

    關(guān)于數(shù)值模擬軟件很多，如ANSYS和SYSWELD等各類模擬軟件。在2000年，日本大阪大學(xué)結(jié)合科學(xué)研究所提出了一個(gè)5年完成耗資20億日元(2000萬(wàn)美元)的國(guó)家課題，即“高效與安全焊接技術(shù)的開(kāi)發(fā)”。它是一個(gè)焊接虛擬工程研究，其目的是開(kāi)發(fā)一個(gè)用戶界面友好的高效與安全焊接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)給出3個(gè)精密模擬程序，即焊接過(guò)程模擬程序、被焊區(qū)域組織預(yù)測(cè)程序和變形預(yù)測(cè)程序。近來(lái)，英國(guó)焊接研究所開(kāi)發(fā)了一個(gè)“結(jié)構(gòu)變形預(yù)測(cè)系統(tǒng)”(SDPS)，可以用來(lái)預(yù)測(cè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接變形。

    車身焊裝工藝的虛擬設(shè)計(jì)

    在車身焊裝工藝設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)產(chǎn)品的工藝分塊是工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前，車身焊接工藝的設(shè)計(jì)水平主要取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法科學(xué)地判斷某個(gè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣。為了提高工藝設(shè)計(jì)水平，必須采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來(lái)進(jìn)行虛擬工廠設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，可以優(yōu)化焊裝車間平面布置和工作單元布局、預(yù)研工藝對(duì)產(chǎn)品的影響和各工序間的關(guān)聯(lián)、校驗(yàn)所需設(shè)備數(shù)量和對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的需求、計(jì)算生產(chǎn)面積和所需工人數(shù)，而且可對(duì)焊裝線上的機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備及人體作業(yè)進(jìn)行仿真分析。

    Delmia公司為汽車制造業(yè)提供了全面的解決方案，從白車身焊接、油漆、總裝的工藝規(guī)劃到加工仿真等，提供了一系列的軟件和整體解決方案。在通用、豐田等汽車企業(yè)中，都大量應(yīng)用了Delmia公司的軟件，通用卡車公司把Delmia公司作為唯一的數(shù)字制造解決方案供應(yīng)商。上海交通大學(xué)CIMS研究所應(yīng)用Delmia軟件在上海大眾汽車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)線技術(shù)改造項(xiàng)目中也獲得了很好的效益。

    DelmiaBIW是應(yīng)用于汽車白車身規(guī)劃與仿真的一套解決方案。用戶可以利用BIW并行開(kāi)發(fā)白車身焊接工藝及機(jī)器人加工單元仿真。BIW支持整個(gè)企業(yè)各部門瀏覽與利用PPR數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種信息。

    結(jié)束語(yǔ)

    從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，中國(guó)汽車制造業(yè)的焊接技術(shù)主要以手工焊和電阻點(diǎn)焊為主。隨著我國(guó)汽車制造業(yè)的發(fā)展，焊接技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車工業(yè)相比還存在巨大的差距。汽車工業(yè)是世界性的產(chǎn)業(yè)，面對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)全球化、國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)國(guó)際化的形勢(shì)，為使我國(guó)汽車工業(yè)能在世界汽車工業(yè)的發(fā)展中占有一席之地，唯有依靠包括焊接技術(shù)在內(nèi)的制造技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新能力的提高，才能實(shí)現(xiàn)中國(guó)汽車工業(yè)自主發(fā)展的目標(biāo)。

• · 汽車制造中焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)(上)
• · 汽車車輪生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（下）
• · 汽車車輪生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（上）
• · 汽車營(yíng)銷呈五種明顯趨勢(shì)
• · 主機(jī)配套 我國(guó)汽車零部件發(fā)展趨勢(shì)
• · 車商押寶2008年9月形式展望

• · 2008年下半年中國(guó)汽車市場(chǎng)銷量增幅有限
• · 北京首批燃料電池公交車上路
• · 銀川電動(dòng)自行車銷量“升”投訴也“升”
• · 大量囤車惜售或面臨新的積壓風(fēng)險(xiǎn)
• · 2008年1-7月寧波口岸汽車零件出口超10億美元
• · 2008年1-7月重慶生產(chǎn)汽車51.4萬(wàn)輛

• ·2008年1-4月天津汽車制造業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
• ·2008年1-4月上海汽車制造業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
• ·2008年1-4月吉林汽車制造業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
• ·2008年1-4月山東汽車制造業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
• ·2008年1-4月河南汽車制造業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
• ·2008年1-4月湖北汽車制造業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)