汽車零部件加工組裝焊接工藝研究

嚴偉民　代勤香

摘要：汽車零部件的受力相對比較復雜，其焊接質量及所帶來的材料的機械強度和疲勞壽命、承重和傳力、承受較大的彎矩和扭矩的作用，直接影響到質量、可靠性和車輛的使用安全。重視汽車零部件加工組裝的焊接工藝技術是確保汽車零部件高效、優質、可靠的基礎。

關鍵詞：汽車零部件；加工組裝工序；焊接工藝；焊接質量；激光焊接工藝 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG44 文章編號：1009-2374（2015）31-0112-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.056

汽車大部件（車廂與車身、車架與車橋、變速箱與發動機）等的加工組裝工序中，焊接是不可或缺的加工工序。焊接工藝對汽車零部件的品質保證起著至關重要的作用。因此，必須重視汽車加工組裝的焊接工藝。

汽車零部件加工組裝焊接的工序、工藝技術有很多種，常用的有電阻焊、氬弧焊、CO2氣體保護焊、電弧焊等，采用較為先進的激光焊接工藝技術。在這些焊接工藝中，電阻焊和CO2氣體保護焊有焊接變形小、效率高、生產量大、自動化程度高、操作簡便、能耗較低等特點，其工藝適合對汽車車身車廂、車橋和車架以及零部件、薄板覆蓋件的焊接。

1 汽車零部件加工組裝的常用焊接工藝

1.1 CO2氣體保護焊的工藝

焊接工藝成熟，成本低；操作便捷、效率高；受焊接工位位置及工件厚度影響小；焊縫抗裂性好；焊后角變形、不平度控制均可控制在0.3%左右。

該焊接工藝主要用于汽車車身覆蓋件、車架、車廂、后橋等的焊接。

1.2 電阻焊的工藝

電阻焊無需使用焊條、焊絲等填充金屬，焊接加熱時間短且熱量集中，焊接時熱影響區域小，變形與應力也很小，焊接無噪聲及有害氣體產生，焊后無需校正和熱處理。焊接成本較低，操作簡便，能夠滿足焊接工藝自動化和機械化的需要。

1.3 激光焊接工藝

激光焊接能量集中，焊接作用時間短，可以焊接形狀特殊的工件，對原材料性質和形態的改變均很小；操作便捷，易于實現數控。可以焊接薄板、金屬絲等傳統焊接工藝難以加工的材料等。激光焊接工藝可實現焊縫組織細化，且基本上不需要坡口和填充，焊接變形小，焊接速度快，熱影響區較小，激光焊縫的機械性能好。

汽車的車身材料多為金屬薄板，受熱敏感的材料等。形狀裝配位置精密、微小、排列密集，對焊接部位要求焊接質量和精度高、接縫平整、美觀，并確保焊縫變形最小。這是汽車焊接工藝技術的基本要求。因此，適宜采用激光焊接，其焊接工藝能夠實現所要求的焊接影響區域小、焊縫小、焊接精度、質量控制及可靠性指標要求，已逐漸成為汽車零部件制造的標準工藝。

汽車外觀的工藝品質直接反映汽車焊接加工的工藝品質。現在的車身制造已由過去那種采用整塊材料沖壓成型的工藝轉變為運用先進制造技術，對材料進行套裁與套用，并依靠激光焊接工藝技術才能高質量地完成固定或半成品成型。具體的工序工藝是：根據車身設計的各項技術及質量控制要求，運用材料沖裁與激光焊接拼裝工藝，將經過精確裁剪、機械性能、表面狀態、厚度等各不相同的2～3塊板材拼焊到一起，然后再將這種半成品沖壓成車身零件，完成車身零部件的加工組裝成型工作。

采用激光拼焊工藝，其焊接所獲得的焊縫轉接較平穩，能夠大幅度減少零配件和結構件的數量，焊縫品質較好，車身零部件的抗沖擊性、抗疲勞性都得到明顯改善，有效地減輕了車身的總質量。提高了車身的尺寸精度和抗腐蝕能力，汽車整體結構的安全性、穩定性和可靠性都有所提高。

激光焊接工藝為齒輪箱體類零部件的加工節約了大量的原材料，提供了更為緊湊的質量可靠的結構，減少了制造工序，使質量控制更趨精準，生產效率得到較大的提高。據不完全統計，在汽車工業較為發達的國家60%以上的零部件（如底盤、變速齒輪、傳動軸、離合器、增壓器輪軸、發動機排氣管、散熱器等）的生產制造與裝配過程都采用激光焊接工藝。

1.4 復合激光焊接工藝

復合激光焊接較之單純的激光焊接，具有激光高速焊接時電弧焊接的工藝穩定性。其工藝上更能保證鈑金件長焊縫平順、焊接質量可靠的性能要求。其工藝：

1.4.1 能夠較好地完成更大的焊縫熔深、較大縫隙的焊接質量，且焊接過程中無燒穿時焊縫背面下垂的現象，可通過添加輔助材料對焊縫晶格組織施加影響，使焊縫具有良好的機械性能。

1.4.2 激光MIG惰性氣體保護焊混合，其工藝特點具有良好的操縱性，對熔焊深度大的焊縫能夠以較高的焊接速度實現高質量的焊接。焊接產生的焊接熱輻射少，焊縫的強度高，焊縫寬度小，焊縫平整凸出小。

復合激光焊接系統的焊縫準備工作量和焊接后焊縫處理工作量小，工藝特性突出，生產過程穩定性好，使各種材料和結構的焊接性能及可靠性都得到了大幅度的提高。焊接生產工時短、費用低、生產效率高，設備可用性好，適用范圍更廣。但復合激光焊接工藝在電源設備上的投資成本較高，且在進行復合激光焊接時，要通過試焊，對焊炬的兩個熱源的夾角進行調整，并盡可能調整到最小化。避免出現一旦夾角過大，有可能會出現焊不透或造成焊縫過寬等缺陷，使焊接品質受到影響。

復合激光焊接技術在汽車制造企業，特別是對鋁合金材料的焊接提供了一種全新的焊接技術。例如，汽車的鋁合金車門的加工組裝焊接時非常適合復合激光焊接工藝，采用復合激光焊接工藝，焊縫的長度可達到3.57m，是單純激光焊接焊縫長度的3倍。

激光焊接熔深大，焊縫深寬比大，焊縫金相組織良好，焊接強度高。對焊接件適應性好。焊接系統柔性高，易于實現自動化控制和遠距離焊接。激光焊接技術的應用有效地確保了焊點連接達到分子層面的結合，車身沖壓零件代替鍛造零件，使車身的整體強度以及碰撞的安全性得到提高，車內噪音也得到有效降低。

在汽車零部件制造工藝技術應用中有近一半是采用激光焊接工藝來完成的。基于成熟的激光焊接技術發展起來的激光拼焊板技術，帶動現代先進制造加工工藝技術的發展。激光焊接技術日益成熟，并大量應用到生產線上，在汽車生產線上如齒輪焊接、汽車底板及結構件（包括車門車身）的高速拼焊中已取得巨大的經濟效益和社會效益。

2 汽車制造中激光焊接工藝的應用與發展前景

以小孔效應為理論基礎的深熔焊接，通過高能量的激光將幾塊不同材質、不同厚度、不同涂層的鋼材焊接成一塊整體板再沖壓生產，以滿足零部件不同部位對材料不同性能的要求。這項工藝技術已經在汽車零部件的加工組裝焊接（尤其是激光焊接和切割、車身面板及拼接坯板焊接）得到廣泛的應用，激光焊接加速了用沖壓零件代替鍛造零件的進程。激光焊接在汽車工業中已成為標準工藝。

結合信息技術、光纖傳輸技術及機械手操作程序的應用，在工藝技術范圍可控的前提下，配合點焊系統，并與生產線上的夾具相配合，實現自動化焊接的目的。進而通過技術及設備升級，使自動化的汽車裝配生產線得以實現。激光焊接技術及其在汽車領域中的迅速發展，給汽車制造業帶來顯著的經濟效益。

3 結語

激光焊接通過按需控制和調整焊接能量，實現精細正確的焊接質量控制。采用激光拼焊板的新生產工藝方式（例如柔性模塊式生產的方式），材料厚度的可變性保證了對重要位置的強化等方面，簡化了點焊工藝，使整車零件數量大大減少，提高了車身尺寸精度，減少了質量問題。汽車制造工業大規模的激光焊接工藝技術應用，技術的不斷改進，激光加工車間和自動化生產線的建立，完整的加工方法，融合并豐富了先進制造工藝技術，在逐漸替代傳統加工工藝技術等方面顯示出巨大的優勢。

參考文獻

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作者簡介：嚴偉民（1961-），男，江蘇無錫人，重慶電訊職業學院實訓中心主任，高級工程師，碩士，研究方向：科研生產、教學管理。

（責任編輯：黃銀芳）endprint