全铝合金白车身焊接生产线关键工艺设备探讨

陈春燕

(广州德恒汽车装备科技有限公司，广东 广州 510800)

传统的汽车车身多采用钢材，为实现汽车轻量化发展，选择更为合理的材料是当前的主要工作。铝合金质量约为钢材的1/3，是当前实现汽车轻量化的主要车身材料。同时，铝合金材料可以回收利用，利用率高，减少资源消耗和浪费；可塑性强，能够满足复杂的结构。

一、铝合金车身焊接存在的问题

针对铝合金车身焊接技术，需要分析铝合金车身焊接存在的问题，根据分析结果，选择合理的焊接技术。铝合金车身主要由铝合金挤压型材、铝合金压铸件和铝合金覆盖件等构件构成。目前，铝合金的焊接主要存在以下问题：

（一） 材质问题

相较于传统钢材车身，铝合金车身质量小，铝合金质量、体积约为钢材的1/3，但与此同时，弹性模量较弱，约为钢材的1/3，在具有较强可塑性的同时，铝合金车身在焊接过程中易发生形变。

（二）焊接过程存在的问题

铝合金车身在进行厚板焊接时，要求的温度梯度大，焊缝强度一般能达到母材强度的70%；但在进行薄板焊接时，由于要求的温度梯度小，焊缝强度一般低于母材强度的60%，造成焊缝强度的损失。

（三）焊接资源、成本问题

铝合金焊接相较于传统钢材焊接的资源和成本方面，存在着培训成本高、培训难度大，劳动力短缺；同时，由于铝合金焊接受环境影响大，湿度和温度是铝合金焊接的重要影响因素，在许多环境下，为保证温度和湿度，造成的资源浪费和成本增加等问题不容忽视。

（四）焊接污染问题

在进行铝合金焊接时，产生的烟尘对环境污染和劳动者健康影响也是较大的问题。

二、铝合金车身的焊接技术

综合铝合金焊接的特点及车身焊接的成本，针对铝合金焊接存在的问题，经过对比分析，在进行铝合金车身焊接时，MIG 焊和搅拌摩擦（点）焊是适用性较强的焊接技术。

（一）铝合金车身 MIG 焊

MIG 焊是目前铝合金车身的主要焊接技术之一，在焊接过程中，电弧稳定，氧化性弱，适合焊接多种活泼金属及合金；焊缝均匀，焊缝强度较大，能进行铝合金薄板焊接并有效保证焊接强度达到母体强度的70%。例如：德国奥迪在焊接过程中，使用 MIG 电弧钎焊，对车身及构件进行焊接，有效焊接铝合金，保证焊缝均匀，焊接强度达到母体强度标准，并有效提高焊接效率。为不断适应铝合金车身焊接需要，MIG焊不断创新，出现了脉冲MIG焊、单丝MIG焊、单枪焊丝MIG焊、复合热源MIG焊等多种新型MIG焊接技术。通过不断研发、创新MIG焊接技术和设备，提高焊接效率，提高焊接质量和自动化焊接水平。例如：奥地利 Fronius 公司在传统MIG焊基础上开发了单枪焊丝 MIG 焊技术，保留了焊接效率高的特点，同时焊接变形小，提高了铝合金车身焊接质量。相较于传统MIG焊，单枪焊丝MIG焊的焊枪小巧，受限较少，可焊接铝合金车身的各个位置。

（二）铝合金车身搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊技术是 20 世纪 90年代兴起的焊接技术，主要依靠搅拌头的机械摩擦作用实现接头连接。经过分析，搅拌摩擦焊具有热输入少，温度低，焊接难度小的特点；同时，由于热输入少，在进行铝合金材料焊接时不容易发生形变，焊接强度较大；符合铝合金焊接母体强度的要求，缺陷较少，焊接质量好；焊接产生的铝合金内部残余应力较小，无需焊丝保护，焊接质量高。

三、汽车白车身激光焊接生产线自动化系统设计与功能分析

（一）PLC控制系统

系统采用两套触摸屏与PLC控制装置为激光焊接提供控制操作系统，触摸屏主要负责信息输入与监控，其实时与焊接头、送丝机、光纤激光器、焊接机器人以及滚压轮等进行通信，同时还与光栅、通道门、安全门等安全设备进行连接，通过与主线系统控制构成结构清晰、操作便捷以及性能安全的整条生产线自动化控制系统。

（二）设备工作与工艺模式

本系统主要有自动和手动两种工作模式，其中手动模式下可实现对各设备进行单独操作，而自动控制模式下，主要通过生产线自动生产，分别在正常、空运与排空三种模式下运行。具体工艺控制模式包括两种，一种是用于设备正常焊接的带激光模式，另一种是用于设备调试及程序演示的不带激光模式。

（三）PLC集成系统安全功能带安全功能的PLC集成系统其主要用于控制系统安全状态，本系统均采用安全程序分别对维修门开光信号、急停信号及光栅信号等进行处理，其能够用于故障检测以及本地操作中断后快速恢复生产。

（四）维修门门禁系统

为保证设备可靠与稳定，整个激光焊接都在密闭激光防护房中进行，焊接过程中为防止维修门打开中断焊接过程，系统采用电磁锁门禁系统控制激光防护房外围的操作盒，由此保证焊接操作人员安全。

四、结束语

实现汽车轻量化是汽车行业发展的必然趋势。在此过程中，运用铝合金制作车身能有效实现汽车轻量化。但在铝合金车身焊接过程中，由于铝合金各个方面因素的影响，焊接难度大，焊接效率不高，焊接质量不够强。因此，针对存在的问题，选择合理的焊接技术进行有效焊接，不断提高铝合金车身焊接的质量和效率，减小焊接难度和消耗。