5　激光焊接

　　激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，零件的装配间隙很小，对零件和工装的精度要求较高，由于国内汽车零件的精度较低，重复精度较差，对激光焊工艺的推广应用带来了一定的难度。目前在国内汽车制造中应用激光焊工艺的只有少数几个合资公司，如：上海大众，神龙公司，东风汽车有限公司等。

　　由于激光焊能量密度高，焊接深度/宽度比高，其焊接质量比传统焊接方法高。但是，如何保证激光焊接的质量，即激光焊接过程监测与质量控制，是激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器，通过计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。汽车工业中，激光技术主要用于车身焊接、坯板拼焊和零件焊接。

　　1) 车身钢板焊接

　　该工艺主要用于车顶焊，其应用可以减噪和适应新的车身结构设计。Volvo是最早开发车顶激光焊接技术的厂家。如今，德国大众公司也已在Audi A6、Golf A4、Passat等车顶采用了此技术；BMW公司的5系列、Opel公司的Vectra车型等更是趋之若鹜。欧洲各大汽车厂的激光器绝大多数用于车顶焊接。

　　另外，车身(架)激光焊可以提高车身强度、动态刚度。奔驰公司首先在C级车后立柱上采用了激光填丝焊接；BMW和GM在车架顶部采用了搭接焊；GM公司利用3KW YAG 激光器在Aurora G型车上进行车顶和车顶附件托架的焊接；Fiat公司在著名的Ferrari车上完成120米长的激光焊接。

　　在车身制造中，采用激光焊技术，可以提高产品设计的灵活性，降低制造成本，提高车身的刚度，增加产品的竞争力。

　　2) 激光拼焊板的应用

　　该技术降低车身重量和成本，减少零件数量，提高安全可靠性。

　　此项应用最早源于Audi 100的底板拼焊，目前已推广到几乎各大汽车公司。丰田公司Tahara工厂生产的凌志（Lexus）门板原来是用两种不同厚度、五种不同表面处理的多块钢板组成，现在只用一块激光拼焊板代替，大大提高了生产率；BMW公司三分之一的汽车已采用激光拼焊板；在美国，97年用于汽车工业的激光拼焊板件就将近 1500万件，2000年达到4000万件至6000万件。有专家预言，激光拼焊板将成为一项数十亿美元的产业。

　　采用激光拼焊板应用于车身制造中，可以减少零件、模具及焊接工装数量，降低车身重量和成本，并提高产品的市场竞争力。

　　3) 齿轮及传动部件激光焊

　　齿轮及传动部件焊接采用激光焊代替电子束焊，减少变形、提高生产率。八十年代末，克莱斯勒（Chrysler）公司的Kokomo分公司购进9台6KW CO2 激光器，用于齿轮激光焊接，生产能力提高40%。九十年代初，美国三大汽车公司已投入40多台激光器用于传动部件焊接。奔驰公司经研究利用激光焊接代替电子束焊接，因为前者焊缝热影响区小。

　　4) 非金属及对电磁性有要求的汽车零件焊接

　　Volvo和大众公司激光焊接塑料燃料箱；许多厂家利用激光精细焊接发动机上的传感器。

6　汽车制造中焊接机器人技术的应用

　　焊装生产线是由焊接设备、工装夹具、传输系统和自动控制等部分组成。因此，生产线的整体柔性程度由各组成部分的柔性程度所决定。其中焊接设备的柔性是决定焊装生产线柔性程度的关键，工装夹具是决定焊接生产线柔性程度的主要因素。

　　车身焊装线上的焊接设备主要有手工焊设备、自动焊专机及焊接机器人三类。

手工焊接设备主要包括悬挂式点焊机、半自动CO2气体保护焊机等，它们均属于通用标准设备。通过人工操作完成焊接工作，其独立性较强，便于安装、调整及维修，且价格低廉，所以在生产发展的各个时代都得到了广泛地应用。

　　自动焊专机包括多点焊机、台式自动焊机及各种焊接机械手，这些专机结构复杂、动作简单、程序基本固定、制造成本及维修费用高，只适用于某一种产品焊接，柔性程度低，所以，只有在单一品种、大批量生产的焊装生产线上采用，以前，一般在年生产纲领为6万辆以上的生产线上采用，现在只有更大年生产量的生产线才予以考虑。

　　焊接机器人是本体独立，动作自由度多，程序变更灵活、自动化程度高、柔性程度极高的焊接设备。具有多用途功能、重复精度高，焊接质量高、抓取重量大、运动速度快、动作稳定可靠等特点，焊接机器人是焊接设备柔性化的****选择。焊接设备作为焊装生产线的重要组成部分，是否采用焊接机器人是焊装生产线柔性程度的重要标志之一。

　　汽车制造的批量化、高效率和对产品质量一致性的要求，使机器人生产方式在汽车焊接中获得了大量应用。据2001年的统计，全国共有各类焊接机器人1040 台，而汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的76％，成为工业机器人的最主要用户。早在70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所合作研制出4轴直角坐标焊接机械手，成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。在我国的汽车制造企业中，最早引进焊接机器人的是长春“一汽”，自1984 年起从KUKA公司先后引进了三台点焊机器人，曾用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。20世纪90年代以后，焊接机器人的数量增加很快，如一汽的“捷达”车身焊装车间，13条生产线的自动化率达80％以上，在焊接中应用了R30型极坐标机器人和G60型关节式机器人共61台；上海“汇众”自1993年至今已使用的焊接机器人共143台，其中弧焊机器人120余台，以机器人焊接为主的生产线有11条，机器人焊接工作站73个。机器人MIG/MAG焊接工作量占75％以上，为上海大众、上海通用汽车公司提供后桥、副车架、摇臂、悬架、减振器等轿车底盘零件。东风商用车车身厂驾六车间总装线采用了6台点焊机器人，3台自动焊机。一汽车身厂焊接车间只在主焊线个别工位采用了点焊机器人，点焊自动化率很低。一汽车身厂十万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%。东风车身厂六万辆新品驾驶室总装线采用了6台点焊机器人，1台自动焊机，点焊自动化率不足60%。与发达国家相比差距较大。

　　在国外，法国雷诺汽车公司与日本日产柴汽车公司都采用了全机器人的驾驶室焊装线，驾驶室的装配、涂胶、点焊全部由机器人完成。

　　在国内，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，还有，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。另外，电极磨损量的监控反馈的精度较差，影响焊接质量。在国外，机器人用焊钳已逐步采用伺服焊钳，焊接时冲击小，并能实现精确控制，提高焊接质量。

7　铜散热器硬钎焊工艺技术的应用

　　20世纪50年代，汽车散热器的制造主要采用铜材料的锡焊工艺。20世纪60年代末到70年代初，因铜材料成本是铝材料的2～3倍，为了降低成本和自重，开始采用铝制散热器的钎焊工艺技术，采用半自动化和自动化生产加工作业，但铝散热器的工艺过程复杂，并污染环境。90年代以后，由于新型铜硬钎焊散热器比铝散热器的制造成本更低。铜硬钎焊散热器具有铝制散热器不可替代的优点。a、钎焊速度快，可降低加工成本；b、铜的导热性好，强度和刚度大，可使材料的厚度减薄，为硬钎焊散热器小型化设计奠定了基础；c、材料的回收和再生产利用率高。但是，钎焊炉的温升率较高，冷却速度必须严格控制，即对钎焊炉的精确控制要求较严。目前，东风公司铜散热器的焊接采用了软钎焊工艺，其焊缝的高温强度较低，特别是在重型车上，焊缝的密封性较差。据报道，一汽将在新型载货汽车上试用铜硬钎焊散热器。

　　经世界许多知名企业的实践证明，铜硬钎焊工艺技术能在客车、载货车和工程机械的散热器、暖风机、机油冷却器、冷凝器、蒸发器及中冷器等产品生产中发挥巨大的优势。

　　目前Astro Air公司生产的铜硬钎焊散热器系统已经在公共汽车、载货车和其它工程设备中得到应用；日本（NAJICO）公司于2000年10月开始全面生产管带式铜硬钎焊散热器。

8　汽车制造中焊接数值模拟技术的应用

　　在许多焊接结构件中，由于焊接工艺本身的特点，焊缝接头（特别是弧焊接头）存在着各种焊接缺陷和应力集中，焊接应力分布复杂，引起承载能力下降和焊接变形，采用常规的手段无法分析焊接应力分布和预测焊接变形，很难控制焊接总成的质量。因此采用数值模拟技术进行焊接应力和焊接变形方面的研究很有必要。通过焊接数值模拟，可以模拟出焊接过程中的应力和应变的变化和分布情况，为制定合理的焊接工艺提供理论依据。例如：客车车架的焊接变形的控制，目前，只能通过反复试验获得相对合理的焊接工艺，试验存在着盲目性，并且试验周期长、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的较多，并且已有一些成功的应用案例。

　　数值模拟软件很多，例如：ANSYS 和SYSWELD等各类模拟软件。2000年日本大阪大学结合科学研究所提出了一个五年完成耗资20亿日元（2千万美元）的国家课题：“高效与安全焊接技术的开发”，事实上它包括着一个焊接虚拟工程研究，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，它同时给出三个精密模拟程序，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；近来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。

9　车身焊装工艺的虚拟设计技术

　　在车身焊装工艺设计时，对产品的工艺分块是工艺设计的关键，目前，车身焊接工艺的设计水平主要取决于设计师的经验。无法科学地判断某个设计方案的优劣。为了提高工艺设计水平，必须采用计算机模拟技术来进行虚拟工厂设计。通过计算机模拟技术与设计者的经验相结合，可以优化焊装车间平面布置和工作单元布局；预研工艺对产品的影响和各工序间的关联；校验所需设备数量和对自动化设备的需求；生产面积和所需工人数的计算；而且能进行焊装线上的机器人、自动化设备及人体作业进行仿真分析。

　　Delmia公司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。在通用、丰田等汽车企业中，都大量应用了Delmia软件，通用卡车公司把Delmia公司作为唯一的数字制造解决方案供应商。上海交通大学CIMS研究所应用Delmia软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。

　　Delmia BIW是对汽车白车身规划与仿真应用的一套解决方案。用户可以利用BIW并行开发白车身焊接工艺，机器人加工单元仿真。BIW支持整个企业各部门浏览与利用PPR数据库中的各种信息。

10 结束语

　　从50年代开始，中国汽车制造业的焊接技术主要以手工焊和电阻点焊为主，随着我国汽车制造业的发展，焊接技术也取得了巨大的进步，但是，与发达国家的汽车工业还存在巨大的差距，汽车工业是世界性的产业，面对国际竞争的全球化、国内竞争的国际化的形势，为使我国的汽车工业能在世界汽车工业的发展中占有一席之地，唯有依靠包括焊接技术在内的制造技术的进步和创新能力的提高，才能实现中国汽车工业自主发展的目标。