汽車制造中機械焊接質量的提升策略研究

李志鵬

摘 要：汽車制造中的機械制造朝著大型化、高質量和高精度的方向不斷發展，這對機械焊接質量提出了更高的要求。同時，機械制造以及使用的進程中經常會出現問題與故障的主要原因是焊接質量控制不當。所以，非常有必要分析焊接工藝技術以及焊接質量影響因素，從而找到對焊接質量進行有效控制的重要措施。本文對汽車制造中的機械焊接方法做了分類，并闡述了機械焊接質量問題的成因，闡述了汽車制造中機械焊接質量的提升策略，為汽車制造行業的發展貢獻力量。

關鍵詞：汽車制造 機械焊接 質量

Abstract：Machinery manufacturing in automobile manufacturing is constantly developing in the direction of large-scale， high-quality and high-precision， which puts forward higher requirements for the quality of mechanical welding. At the same time， the main reason for problems and failures that often occur in the process of machinery manufacturing and use is improper welding quality control. Therefore， it is very necessary to analyze the welding process technology and the influencing factors of welding quality， so as to find important measures to effectively control the welding quality. This paper classifies the mechanical welding methods in automobile manufacturing， expounds the causes of mechanical welding quality problems， and expounds the strategy of improving mechanical welding quality in automobile manufacturing， so as to contribute to the development of automobile manufacturing industry.

Key words：automobile manufacturing， mechanical welding， quality

焊接是一種使用熱、壓力或兩者結合的方法，通過原子在金屬內的結合和擴散，將金屬的兩個獨立部分牢固、永久地結合在一起的過程。受到科技發展的影響，焊接工藝日益完善，當前已經形成了電弧、激光與超聲波等，不僅能夠被用于工程生產和加工中，同時還能夠用于零部件的維修中，可是實際操作的時候容易受到工藝與環境等多種因素的影響。目前，機械制造中的焊接工藝較為復雜，焊接質量的穩定性對產品質量與性能尤為重要。可是，對焊接質量產生影響的因素眾多，并且貫穿了汽車制造的整個過程。如果焊接結束，產生焊縫，此時在進行焊縫的修復會消耗大量的物力、人力和財力，有著高昂的成本，假如修復不成功，會使得產品報廢，導致更大損傷。如果可以為其操作制定一套高效而又完整的管理措施與質量控制，那么可以全面提高產品質量，降低成本安全，提高企業競爭實力。如此來看，焊接質量控制非常必要與關鍵。在機械制造過程中，加強質量管控尤為重要，并使用高效的舉措，加強控制與處理，有效降低質量問題。

1 汽車制造中機械焊接方法分類

焊接方法有幾十種，用于汽車車身焊接和修補的焊接方法包含了熔焊與壓焊。熔焊通常是采用局部加熱的方式，保證焊頭被加熱到能夠融化金屬的狀態，添加或者是不添加填充金屬，冷卻結晶后形成牢固接頭的焊接方法，可分為氣體保護焊、手工電弧焊和埋弧焊。壓焊是利用壓力或同時加熱使被焊金屬接頭緊密接觸的方法。 可分為電阻焊、摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊和高頻焊。

1.1 CO2氣體保護焊

CO2氣體保護焊被認為是一種有效的焊接手段，其具備了成本低、變形小等又是，在汽車制造業中應用比較廣泛。可是，該方法也存在著一定的問題，比如焊接電流、電弧電壓或者是焊接回路的電感匹配度不高、焊絲的長度不科學等，這些都會導致焊接電弧出現飛濺、不穩定以及漏焊等問題，從而影響焊縫成型與力學性能。

首先，焊機的選擇。通常使用專用焊機，其原因在于專用焊機能夠很容易的將厚度為1.0mm的承載車身板焊透，電流也比較穩定。如果用非專用焊機，那么在電壓、電網的持續變化下，焊接時候的電流會極不穩定，不利于鈑金焊接。其次，焊接材料的選擇，對于車身焊接一般采用0.6mm直徑的焊絲。應降低焊接電流，以保證焊縫成型而不熔透。為了確保小電流焊接的進程中有足夠的穩定性，要采用細焊絲，對于1.5-2.5mm的鋼板則需要采用0.8mm的焊絲，該焊絲不適用于厚度為1.0mm左右的鋼板。再次，保護氣體的選擇。保護氣體需要使用氬氣（75%）與二氧化碳（25%）混合氣體，保持電弧穩定燃燒，減少飛濺，提升抗氧化性，有效提升氬焊時候的表面張力，不容易漂移，改善熔焊深度蘑菇狀，優化汽車覆蓋件的焊接效果。二氧化碳是一種保護氣體，焊接的時候會存在較大熔化深度，更加容易焊接。最后，焊接方法的確定。不同車身焊接所采用的焊接方法是不同的，經常使用的焊接方法包括了對焊、塞焊以及搭焊等。按照汽車制造作業相關要求，需要使用分段焊接，保證各個焊縫的冷卻，避免零件發生變形。

1.2 激光加工技術

激光焊接技術是一種以激光為焊接源的自動化焊接技術。采用激光熱源，在零件上聚焦大量的熱源，提升焊接位置焊接速度。在特定功率下，激光能夠提升金屬特定部位的加熱速度，使金屬表面汽化，然后從金屬表面脫落。在氣化過程中，當金屬表面受到應力時，表面會出現凹陷現象。進一步的激光可以擊中凹陷的底部，產生又小又薄的孔，并且隨著激光移動，孔也向焊接方向移動。 當金屬在孔前熔化時，孔后部會重新凝固并形成焊縫。激光功率密度決定了焊縫的深度。 激光功率密度高，熔深大，焊縫深度和寬度也大。反之，激光功率密度越低，熔深越淺，焊縫深度寬度越小。

上世紀初期，民族汽車工業剛起步，部分汽車企業采用了激光焊接技術，該技術被用于汽車地盤以及車身焊接。伴隨著激光技術的不斷進步，更多的國內車企開始選擇激光焊接技術，激光焊接技術也被廣泛的用于更多的汽車制造環節中。激光技術具備了噪音小，能夠提升車身穩定性的作用，最大化的提升車輛行駛進程中的穩健性以及安全性，所以，激光加工技術逐漸的代替了傳統手工焊接方式。雖然國家當前已經在眾多領域獲得了突破性的發展，可是焊接技術依然需要進一步發展，要讓更多的車企認識并采用激光焊接技術。當前，激光焊接技術中的三維激光切割技術發展速度較快，被廣泛的用在了工業制造企業中，特別是航空制造以及汽車制造領域。在國內汽車行業中，3D激光切割技術多用于切割整個報廢汽車的車身，激光切割技術的普遍應用能夠減少汽車制造過程中的成本與時間，有著良好的工業技術發展前景。

1.3 焊接新技術

首先，激光復合焊接技術。該技術是將激光焊接技術作為基礎，充分融合激光和其他熱源，從而有效提升焊接的效果，提升焊接的速度，強化焊接與橋接能力。

其次，激光遠程焊接技術。因為傳統激光焊接技術要快速移動焊接的部位，在實際生產進程中無法充分滿足生產的要求，所以遠程焊接技術產生。遠程焊接技術逐漸開始取代傳統激光焊接技術，可是，該技術在我國還處于概念發展的時期，要對其做深入的研究，以提升其在汽車制造領域中的實踐應用頻率和效果。

2 汽車制造中機械焊接質量問題成因

2.1 零件影響

在焊接汽車零件的時候，會受到溫度和搬運等相關外界因素的共同影響，可能會在某種意義上導致零件加工的進程中零件飛濺與焊接穿板等問題的產生，因此，在機械焊接的時候，需要加強質量監控，嚴格控制零件大小，將零件表面的雜質去除，從而導致表面飛濺。

2.2 焊接參數的改變

焊接最終結果將會受到焊接電壓以及電流的共同影響，在大規模生產的進程中，因為焊接設備數量的持續增加，忽視了目前工廠設備采用的設備功率，一直采用傳統功率加工，導致了車間電壓不穩定，對產能提升會產生不利的影響。因此在加工的進程中，要監測與改變整個生產車間供電設備，焊接設備采用的電流通常使采用電纜輸送，電纜借助對銅體導電原理，銅體會由于使用次數增多而逐漸老化，輸出功率會隨之降低，因此面對該問題，需要經常檢查電纜的質量，如果電纜存在質量問題，要及時更換。

2.3 焊鉗電極

通常考慮生產成本以及導電性問題，多數采用將銅作為原材料的焊鉗電極，電極對輸出電流會產生嚴重的影響，對電極頭材質選擇尤為關鍵，很多廠家考慮公司利益，會選擇銅材為電極，導致了電極使用壽命不長，對焊接質量會產生嚴重的影響，隨著時間的延長，會導致電極頭直徑增加。因此，需要定期維護電極頭，如果發現電極頭有問題，要及時進行更換。在更換的時候，還要觀察是否是因為電極沒有對好或者是電極冷卻位置不對，對電極冷卻產生不利的影響，因此，在安裝或更換電極頭的進程中，要對好電極，使其處在正確冷卻位置。

2.4 焊接參數

焊接監控獲得的數據，主要是壓力、電流和通電時間等相關因素中獲得的，很多盲目的企業降低通電時間，提升焊接電流，以此提升生產效率，這種做法會導致零件飛濺，對焊接質量會產生嚴重的影響，使得最終的結果無法獲得質量保證。

3 汽車制造中機械焊接質量的提升策略

3.1 提升焊接人員綜合技能

為了更加深入的推動機械焊接的質量水平，需要從根本上提升機械焊接操作人員的綜合素質水平。首先，定期組織機械焊接人員參與機械焊接技術得培訓和再教育，并且注重分享新近焊接方面的知識以及研究進展，使其可以更加深入的掌握這些內容。其次，制定嚴苛的考評機制，并對機械設備焊接人員做定期的考核，保證考核的公開透明，并且將其作為職稱晉升、年終獎以及是否續聘的依據，加強對焊接理論相關知識的學習，對焊接實踐提供理論支持與指導。

3.2 完善焊接工序

焊接流程和焊接工藝對于焊接質量會產生直接的影響。所以，單位要按照機械焊接的質量標準優化機械焊接的工藝與工序，提高機械焊接的質量。機械焊接存在一定的復雜性，焊接進程中牽涉到眾多工序，每道工序都和焊接質量有必然的聯系。為此，單位要采用文件、制度的方式規范機械焊接工序，為每項焊接工序都給予指導，防止在實際操作的進程中產生現場雜亂無章和順序混亂的問題。此外，單位要合理而又科學的宣傳教育，以此提升工作人員對于機械焊接工作的關注度，高度關注每道焊接工序，實現操作的規范化，確保機械焊接的有效性和完整性。為了確保各個工序的標準和規范，單位要組間監管隊伍監管整個機械焊接的過程，在單位內部構建檢測機制，按照質量標準檢測焊接產品，從根本上確保焊接的整體質量，保證機械構件沒有質量問題。

3.3 處理上游和預焊工藝

零件裝配是改進上游活動的一個典型例子。如果沖壓模具開始磨損，零件裝配工藝就會發生變化，需要修改焊接參數以防止焊接缺陷，尤其是在自動化裝配過程中，例如燒穿和尺寸過小或漏焊。在沖壓操作的過程中，監控模具的實際狀況并在必要時進行更換。對于可重復的機器人焊接，需要維護零件夾具以確保零件和焊縫位置正確。上游工藝可能會引入污染物，例如機加工油或拉絲油，這些污染物會導致焊接中出現與孔隙率相關的缺陷。為此，可以通過焊前清潔流程來最大限度地減少這些污染物，這通常比焊后返工花費的時間少得多。還要考慮原材料的狀況。如果材料一開始是干凈的，焊工就不需要清除重銹和其他污染物。可以將原材料存放在干凈、干燥的地方或者使用替代填充金屬。預焊活動可以在某些應用中提高產量，但在其他應用中會阻礙產量。例如，拱形通過在直線部件中引入彎曲或曲線來幫助補償大型部件的變形。隨后的焊接將彎曲部分扭曲成其預期的直線度。這有助于最大程度地減少變形造成的報廢和返工，從而使更多零件可以通過焊接單元。由于彎曲操作費時，如果可能，需要重新考慮焊接工藝或零件設計以減少或消除變形源。

3.4 增加起弧時間

優化焊接參數是焊接單元中最重要的任務之一，但經常被忽視。科學的焊接參數會使焊工或機械無法盡快地進行焊接。最佳參數可提高沉積速率，從而提高行進速度并減少完成焊接的焊道次數。換言之，想要提升焊接的質量，還要考慮您選擇的焊接工藝。有些焊接工藝具有比其他工藝更高的沉積速率和更快的焊接速度。比如與實心焊絲相比，金屬芯焊絲的沉積速率與焊接速度更快。除了提高焊接行進速度外，金屬芯焊絲還提供了一個寬闊的錐形電弧，可以彌合間隙，以應對因側壁熔合不足而導致的燒穿或零件返工風險。采取措施防止過度焊接，這不會以犧牲人工時間和材料為代價來實際改善焊接性能。無論使用哪種填充金屬，都需要按照填充金屬制造商提供的產品數據進行操作。這些有價值的信息包括推薦的電流強度、電壓、送絲速度和接觸尖端到工件的距離等，優化焊接過程和送絲速度，并且有很好地協同工作，以最大限度地減少過焊并獲得最佳的焊縫輪廓。

3.5 減少焊后和下游活動

加強根本原因分析有助于確定最長時間，減少焊后活動并保持零件合理移動的方法。與查看焊接操作中的每項任務并計算完成這些任務需要多長時間的時間研究不同，根本原因分析還可以評估問題發生的原因。例如，如果有氣孔的零件到達焊后區域，是什么導致了氣孔？可能是焊接設置、噴嘴維護不當或維護不頻繁，或者保護氣體泄漏。及早識別這些根本原因可以減少后期修復的需要。接受過培訓的焊工，能夠在零件離開焊接單元之前識別和糾正焊接不連續性。隨著零件操作流程的延伸，返工的時間和成本呈指數增長。當有缺陷的零件到達焊后區域時，將需要額外的人工來修復它，耗費大量的人力和財力。為此，操作過程中要避免產生難看的焊縫，因為這些焊縫需要修整焊縫輪廓（打磨/機加工）以減少應力集中并使其美觀。相反，在焊接單元中按照參數操作，可以保證焊接外觀更好。還可以考慮使用防飛濺化合物或低飛濺焊接工藝和焊絲，以消除飛濺物的產生。選擇易于產生熔渣、無熔渣和/或更少（或沒有）硅島的焊絲，焊接后移除它們的時間就會減少。

4 結語

目前，工業生產過程已經逐漸實現焊接的自動化，不僅可以有效降低人工成本的投入，同時也能夠提高生產效率，實現對作業空間條件的優化，全面提升焊接的質量。在進行焊接質量管控的過程中，需要強化對焊接的重視，構建專業化的管理機制，從焊接的流程出發，強化各個環節的管控以及人員培訓，從而實現汽車制造行業的機械焊接要求。

參考文獻：

[1]李毅.自動化焊接設備在工程機械制造中的運用分析[J].現代工業經濟和信息化，2022，12（07）：137-138+188.

[2]陳禹臻，唐茂，郭子楊，曾健，吳柏強.探析金屬材料焊接成型中主要缺陷及控制策略[J].南方農機，2022，53（14）：160-162.

[3]南洋.先進焊接工裝夾具在機械裝備制造中的運用[J].現代制造技術與裝備，2022，58（06）：129-131.

[4]陳艷艷.自動化焊接技術在機械制造中的應用策略[J].數字技術與應用，2022，40（03）：20-22.

[5]李小敏，劉文靜，周紀生.汽車制造領域中機械設計以及自動化技術的應用研究[J].內燃機與配件，2022（06）：146-148.

[6]蒯超，馮梅，劉芳，李樹生，陳挺.探究現代機械制造工藝與精密加工技術[J].內燃機與配件，2021（24）：209-211.

[7]葉思遠，高剛毅.自動化焊接新技術在機械制造中的應用分析[J].南方農機，2020，51（06）：148-149.

[8]郭余龍，劉宇鋒，浦杰，顧旭春.自動化焊接設備在工程機械制造中的應用探討[J].內燃機與配件，2019（23）：118-119.