一、汽车车身焊接技术的发展

1．汽车车身焊装技术发展回顾

20世纪90年代以前，我国汽车以商用车为主，生产节拍低，产品几十年如一。车身焊装技术大多为简单夹具、传输机械和人工操作，采用手工点焊。车身装备都是汽车厂家的工艺部门设计制造，仅仅是满足本厂生产需要。直到20世纪90年代，引进国外轿车车型生产技术之后，国外先进的车身焊装技术和装备引入到国内，国内汽车工业对国产焊接装备行业提出了新需求，才促使了国内车身焊接装备的发展。

最近几年，随着我国汽车工业的迅速发展，车身焊接技术和装备也取得了很大进步。无论是焊接技术、焊接设备，还是焊装生产线装备，已形成适应多种生产纲领汽车车身焊装车间的全部装备的开发设计制造能力，以及部分高档车身大部件的焊装生产线开发制造能力。但对汽车生产提出的新要求，与国外先进公司相比，如对车身新材料的焊接技术、新型的中频点焊设备、激光焊接设备、多品种车型混线柔性生产技术及其装备，尚存在一定的差距，急需自主开发。

2．汽车工业现状和发展

中汽协指出，去年我国汽车产销突破1900万辆创历史新高，再次刷新全球纪录，连续四年蝉联世界第一。我国汽车产量已连续三年超过1800万辆，汽车工业已进入总量较高的平稳发展阶段。我国近十年的汽车产销量如图1所示。

图1 我国近十年汽车产销量

我国汽车行业高速发展，形成了多品种、全系列的各类整车和零部件生产及其配套体系。为保持我国汽车工业的稳步、快速发展，我国于2009年提出了“汽车产业振兴计划”。提出加强关键技术研发，加快技术改造，提升企业素质；以新能源汽车为突破口，加强自主创新，培育自主品牌，形成新的竞争优势，促进汽车产业持续、健康、稳定发展的思路。在国务院提出的“提高汽车车身制造的四大工艺：冲压、焊装、涂装和总装工艺装备水平” 。

针对世界汽车工业发展趋势和我国工业的实际情况，汽车工业正在朝着环保低碳、节省能源、安全性、舒适性、多样化方向发展，要求汽车采用新能源、新结构、新材料和新工艺。车身焊接技术水平和质量直接影响车身结构强度、安全性和生产率。由此带来车身焊装生产的新特点，对车身焊装提出了新要求。

3．现代车身焊装生产特点

针对现代汽车车身焊装生产的特点，对车身结构和焊装工艺、装备提出了一系列新的要求。

(1)车身轻量化，促使新材料应用和新焊接技术发展

(2)追求车身安全性，提高车身焊接质量

(3)改善车身品质，提高焊装几何尺寸精度

(4)适应多品种车型，实现柔性混合焊装生产

(5)车型加速换代，焊接装备更新加快

(6)高可靠性、高节拍生产，要求焊装生产线装备高度自动化

(7)采用信息化工程技术开发车身焊装生产线装备

二、车身新材料和焊接新技术

1．车身新材料

随着汽车工业的发展，为了节约能源和安全性考虑，车身采用大量新型材料。车身结构材料从单一钢结构，逐步向高强度优质钢结构，进而向轻质合金和复合材料结构发展。

（1）高强度钢 高强度钢的使用，给焊接工艺提出了新的挑战。由于高强度钢性能使得塑性温度区间变窄，为获得相同的塑性变形需要较大的电极压力，导致合适的焊接工艺范围变窄。通常通过改进优化传统点焊工艺，采用脉冲点焊、中频点焊等专有技术，增加焊接压力、控制焊接过程，以获得性能良好的焊点质量。

近年来，发展迅猛的激光焊工艺大大提高了高强度钢板的焊接性能和接头焊接强度。

高强度钢由于其强度高、回弹小、成形性好和良好的抗腐蚀性等特点，而成功地应用于白车身的高强度功能件，如A-B-C柱加强板、门槛、座椅、骨架、保险杠加强板、纵梁、横梁等方面。热冲压成形和中频点焊、激光焊接是实现超高强度钢车身部件冲压成形和高质量焊接的重要手段。

（2）轻合金材料 近年来，为了进一步减轻车身重量，国外汽车厂商在车身结构设计中开始采用轻合金（铝合金、镁合金、甚至钛合金），由此给车身焊接带来了新课题。

铝合金的点焊难度较大，目前较多的情况还是采用TIG/MIG焊，或铆接/TOX连接法，或胶粘结的方法。英国焊接研究所，最近发明的摩擦搅拌点焊技术据称可以解决铝合金的车身焊接，得到很好的焊接强度，但由于摩擦搅拌点焊的焊点中心有个小孔，故往往用于内板结构件上。

（3）碳素纤维复合材料 为了车身轻量化，有些汽车公司采用碳纤维增强聚合基复合材料制造车身和底盘零部件，可减轻车身重量达50%~65%。也有汽车开发商成功采用树脂传递模塑成形工艺，试制出轿车碳纤维底板。碳素纤维复合材料的连接，当然完全不同于金属的焊接。

2．车身焊接新技术

（1）新型电阻焊技术 中频电阻焊：中频逆变直流电阻焊（简称中频电阻焊）的控制电源是由三相交流电经整流电路成为脉动直流电，再经由功率开关器件组成的逆变电路变成中频方波接入变压器，降压后整流成脉动较小的直流电供给电极对工件进行焊接。

中频电阻焊具有许多优点：

第一，焊接质量好。中频焊接的电流响应时间为1ms，调整精度和监视精度大大提高，因此，焊接质量大大提高，控制精度也高。

第二，焊接速度快。逆变电阻点焊机为直流输出，加热集中，缩短了焊接时间。

第三，节能效果明显。逆变焊机变压器在较高的频率下工作，损耗很小，直流输出改善功率因素，节能效果明显。

第四，设备体积和质量。逆变直流电阻点焊机变压器大大减小，设备较轻巧。

第五，可以广泛应用于点焊异种金属。

第六，节能环保。中频焊接是三相平衡负载，比单相交流焊接对电网的冲击要小许多，减少供电系统的要求，符合国家的能源政策。

目前，中频电阻焊已广泛应用于汽车焊接生产。在车身零部件生产方面，主要采用固定式大功率的中频电阻点凸焊设备，对车身零部件实施凸焊或多头点凸焊接；在车身焊装生产线上，中频电阻焊则用于悬挂式点焊钳或机器人点焊钳；目前，中频点焊大量用于镀锌钢板、高强度钢的焊接。解放公司在新产品的生产准备中已经批量应用了中频焊接技术。

为了提高机器人点焊的质量、减轻机器人抓举负荷，在车身焊接生产线上已大量使用机器人中频点焊焊钳。目前，国内汽车厂家使用的中频点焊焊钳和配套的电源和焊接控制器多为国外公司提供，如德国的BOSCH、NIMAK、日本小原等。

伺服点焊钳：伺服技术伴随着焊接机器人的大量应用而发展起来，为保证高效率的生产模式，减小气动焊钳点焊时对工件表面造成的冲击，提高工件的表面质量，实现对焊钳施压过程的精确控制，一种新型的焊钳应运而生——伺服型焊钳。电动机伺服驱动的焊钳简称为伺服焊钳，是近年来开发的一种可以提高点焊质量的性能较高的机器人焊钳。一汽解放J6焊装生产线已经采用了伺服焊钳，使用效果理想，如图2所示。