载货车车身焊接工艺及新技术应用

随着汽车制造业的不断发展，作为其重要工艺手段之一的焊接技术的发展方向显得非常重要，焊接技术已经从传统的热加工工艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科，而且随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。

车身焊装制造技术经历了20世纪50、60年代的手工焊装阶段；70年代的刚性焊装生产阶段；80，90年代开始在一条生产线上完成若干车型的柔性化焊装生产；进入21世纪后，更先进的焊装制造技术已经可以实现车型识别、焊接、输送等全自动无人操作，实现了完全意义上的柔性化生产。

1　焊装生产线

目前，国内焊装业的实际情况是，重庆长安厂滑撬焊装线由意大利Caumo公司设计制造；上海大众三厂滑橇输送焊装线由杜耳、库卡、德国大众设计制造；一汽-大众汽车有限公司A4机动辊道滑撬运输线由意大利caumo公司设计制造；另外，哈飞、沈阳金杯的焊装线也都各具特色。更先进的焊装线取消了传统意义上“线”的概念，如奔驰载货车采用无人驾驶装焊台车，按计算机程序进入预定的焊接区完成制件的输送、焊接。

为满足用户对汽车产品的多样化需求，世界各汽车生产厂纷纷把原来的单一品种的大批量生产转为多品种生产，柔性焊接系统(FWS)正是顺应这种需要产生的，能以最短的周期、最经济的投入、最大的发展空间获得系列产品的产出，更能为以后的发展改造预留空间。

柔性化焊装系统将广泛采用点焊机器人、弧焊机器人、涂胶机器人、搬运机器人，按计算机程序完成参数控制、车型变换、制件输送，其中自动焊机等大量采用进口设备，关键焊接夹具采用进口设备。

车身柔性制造的几种方式如下。

a.以焊接夹具的移动实现产品变换。这种柔性制造技术的实施，取决于产品本身的柔性化特征，特别适合仅在一个方向变化的车型，因为车身结构的类似，许多位置的产品截面数据相同或相近，便于定位火紧部件和焊钳的设计。在这种柔性制造技术中，焊接夹具是没汁的核心，要选择冲压件尺寸稳定、形状规则、回弹小的地方，并尽可能采用孔定位，确保总成的形状和尺寸精度符合产品技术条件。

b.以足够多的装配线工位实现多品种生产。东风汽车有限公司车身厂引进的KUKA柔性焊装线，用3个专用工位、12个通用工位、3个备用工位，共计18个工位的总装线，完成宽窄2个系列、3种车型6辆的任意比例混流生产。这种柔性制造技术适应产品变化的能力更强，分别独立的定位夹具使定位更加专一稳定，对焊装线的要求更加严格，循环时间对装焊线的生产节拍有很大的影响。东风平头车12工位的往复式焊装线，完成1个循环的时间仅用19s。

c.借用原来生产线上的定位装置并增加专用定位实现混流生产。这种方案最适合旧线改造，保证原工艺流程不变，通过借用原生产线上的定位夹紧装置和焊接设备、增加专用定位部件，减少工位改造项目和设备投资费用。北京汽车摩托车联合制造公司在单排座载货车基础上开发的双排座客货两用载货车就是用这种方法实现的，改造周期和费用大大降低。

d.通过焊接设备的自动变化完成柔性制造技术。奔驰驾驶室柔性制造技术采用的是将固定式焊接夹具置于磁力活动小车上，通过地面上的磁力轨道将每种车型专用的焊接夹具送到焊接操作间，自动焊接装置按预先设置的程序识别车型并完成焊接，实现不同长度、宽度、高度车型的全面柔性化生产。目前国内尚无先例。

与柔性焊接系统相配套，采用大型机械化运输装置完成总成上料、运输及总成下线等。

2　焊接新技术的应用

手工焊接受人为因素直接影响产品质量的稳定性。目前，先进的焊装制造技术已广泛采用各类机器人进行焊接、涂胶和搬运，焊接自动化已成为焊装工艺发展的主流趋势。重庆长安厂焊装线的主焊线为无人操作的全自动生产线；上海大众三厂焊装车间拥有各类机器人61台；一汽大众捷达线各类机器人67台；一汽大众A4主焊线上有悬挂点焊机13台、KUKA焊接机器人10台，人工与自动焊接的比例达到1.3：1，同时还有螺柱焊机器人、涂胶机器人等。未来我国焊接产业的新技术可以概括为高效、自动化、智能、节能、环保，这也将在车身制造业中得到充分体现。

2.1　数字焊机的应用

人类已进人数字时代，数码相机、数字电视等大批民用及下业用品均已数字化，数字化技术日益成熟。代表焊接设备及其控制技术未来发展方向的数字焊机已经面世，主要的控制电路由传统的模拟技术直接被数字技术所代替，在控制电路中的控制信号也随之由模拟信号过渡到0/1编码的数字信号，具有很好的系统灵活性、更强的稳定性、更高的控制精度，同时数字化焊机方便的通讯参数接口功能为现代化的网络化生产提供了良好的硬件基础。可以预见，数字化技术将促使焊接设备向智能化、高可靠性、低成本方向快速发展。

2.2　焊接技术智能化

计算机的普及及企业信息化进程的加速，将焊接工艺推进到自动化、机器人化和智能化的新阶段。表现在焊接工艺与过程的智能化。

a.焊接柔性化与智能化的单元集成，焊接智能制造的系统技术以智能焊接机器人为单元构成多机协调的焊接柔性智能制造生产线、网络系统、敏捷制造工厂。

b.焊接领域ES(专家系统)主要涉及工艺设计或工艺选择(包括单因素的焊接材料选择或焊接方法选择)、焊接缺陷或设备故障诊断、焊接成本估算、实时监控、焊接CAD(疲劳设计、符号绘制)等，几乎包括了焊接生产的所有主要阶段及主要方面。

c.质量检测与分析的智能系统包括人工智能的点焊质量多参量综合监测系统和基于神经元网络的智能化超声缺陷模式识别与诊断系统。

d.机器人焊接智能化技术与系统包括视觉焊缝跟踪传感系统机器人、焊接智能化复杂系统控制与优化技术、焊接柔性加工单元/系统(WFMC/S)及其优化设计。
2.3　环保焊材及焊接技术的使用

进入21世纪以来，环保成为媒体上热门的词汇之一，重视环保已经为人们普遍接受。焊接一直是高污染的行业之一，改善焊工的工作条件，减少烟尘已经成为焊接工作者所面临的重要问题。目前，“纯净化、微合金化和控轧控冷”等技术正在钢铁企业逐步推广，钢材的品质得到大幅度提升，日本已经研制出了低烟尘的药芯焊丝和低飞溅的实芯焊丝，实芯焊丝的制造工艺也从镀铜焊丝向无镀铜焊丝转变，以降低制造过程的环境污染，并减少含铜粒子烟尘对焊工健康的影响。

在车身中存在3层板焊接，由于点焊强度太差，工艺上只好增加CO2补焊，浪费了人力资源、物力资源。在国际上，激光焊接在汽车工业中已经成为标准工艺。激光焊接的速度快、变形小，不存在焊瘤和飞溅的问题，省去了二次加工。采用激光焊接，可以减少搭接宽度和一些加强部件，几乎可以把所有不同厚度、牌号、种类、等级的材料焊接在一起，不仅降低成本，而且大大提高生产效率。随着科学的发展，低成本激光发生器的出现，必然会使激光焊等高效、高质量的洁净焊接技术日益普及，并与电子束焊、等离子焊等高能束焊接一起进入普通的加工制造企业中。

2.4　节能焊接技术的使用

我国每万元生产总值能耗比工业发达国家高出2~3倍，主要产品单位能耗比发达国家高30%~90%，焊接是能耗大户，所以要大量采用节能、优质高效焊接设备和技术，如自动(半自动)逆变CO2气体保护焊机和埋弧自动焊等。逆变式焊机总的发展趋势是向着大容量、轻量化、高效率、模块化、智能化发展，并以提高可靠性及拓宽用途为核心，愈来愈广泛应用于各种弧焊、电阻焊、切割等工艺中。高效和高功率密度(小型化)是国际上弧焊逆变器追求的主要目标之一。高频化和降低主要器件的功耗是实现这一目标的主要技术途径。

2.5　计算机技术的应用

a.虚拟技术。我国在经济转轨的过程中，很多汽车制造厂都发现道路越走越狭窄，主要表现在大部分装备依赖进口，需要大量资金；产品反复开发，设计与制造过程不统一，对市场不能做出快速反应。因此，“虚拟制造技术”是在竞争中制胜的关键技术。我们应当进行更加细致的研究，争取在工艺设计中使用虚拟现实技术，避免设计、安装、调试中的重复投资和无效劳动。上海大众公司开发的该类系统可以在虚拟环境下实现方案论证、模拟分析、模拟生产等情景，做到防患于未然。

b.采用滚压卷边工艺取代油压包边工艺。滚压卷边工艺可以使用计算机在线编程，实现对机器人运行轨迹的精确控制。由于空间轨迹可以任意变化，所以这种工艺具有很大的柔性，可以使用一套设备完成几种同类产品。非常适用于车身制造。

3　总成质量检验

目前，国内各大汽车厂已经普遍采用三坐标机及红外线检测等高精度、高效率的检测手段。重庆长安厂焊装线全线采用在线检测工艺；上海大众三厂焊装车间有双悬臂三坐标测量机3台；一汽大众焊装车间仅用于现场质量检测的三坐标机就有6台，新建的A4地板线由于设有激光检测系统，全线仅用2-3h就可以全面校对调整一次焊接夹具。

检测受到越来越多的重视，投入也将变得更大，不仅包括焊接质量，也包括车身制造质量，主要总成配检验夹具，并投入各种焊接参数检验仪器设备，配备足够数量的三坐标测量机。将总成检验夹具、三坐标检测系统、在线检测系统、焊接夹具的扫描检测系统有机结合在一起，使用无损检测技术，可使产品的焊接质量、总成装配尺寸处于受控状态。

4　公用动力系统

先进焊装制造技术对于水、电、气源提出了更加严格的要求，如采用去离子冷却循环水系统、压缩空气干燥净化系统、三相电源网络补偿系统、厂房自动排风除尘降噪系统等，公用动力系统更加完备。

5　物流与仓储

物流贯穿于生产和流通的全过程，合理、高效的物流能够通过对整个生产和流通结构的协调与完善带来巨大的利润，物流也因此成为当前最重要的竞争领域。对于现代企业来说，合理化的物流管理是企业发展的“第三利润源泉”。现代物流重视自动化、高效率，非常重视工位器具的作用，从制件的存取方便到制件的存放数量、工位器具的外形尺寸及制造精度等等都给人耳目一新的感觉。引入国际先进的立体存放概念，如采用升降式仓储系统，与联网的计算机系统一道实现冲压件、协作件的自动化存放和管理。

6　生产管理与人员培训

管理工作以人为本，引进国外先进焊装制造技术的同时，必须同步引进先进的生产管理和质量管理模式，将国外成熟、先进的管理思想渗透在各层面人员之中，同步建设一支高素质、有专业知识、管理知识的员工队伍。

载货车车身焊接实现全自动、无人操作不太现实，因此必须日益重视操作者焊接技能的培养，将员工的焊接技能培训列为日程工作，并为提高焊接技能创造各种有利条件，引导操作者持续不断地提高焊接技能，从而保证产品质量。