汽车制造领域中焊接自动化技术的应用

摘 要：焊接是汽车制造中的关键技术之一，涉及车身金属结构、零部件等的焊接，是影响汽车制造质量、车身安全的重要因素，其重要性不言而喻。汽车制造企业要积极创新焊机技术，引进焊接自动化技术，运用主体与控制器，智能化操作焊接装置；运用自动化焊接机器人，提高焊接精度；应用PLC控制技术，提高焊接自动化效果；优化机械操控技术，根据车身结构、材质特点开展焊接作业，满足汽车焊接需求；融合运用传感技术，保证汽车焊接质量和安全性，进一步提高汽车制造质量和效率，促进我国汽车制造产业可持续发展。

关键词：汽车制造 人工智能 焊接自动化技术 应用策略

0 引言

随着人工智能、物联网、大数据等技术的飞速发展，我国汽车产业异军突起，成为国民经济发展热点，汽车生产量、出口量逐年增长，带动了金属材料加工、新能源等产业发展。汽车制造涉及金属材料加工制造、金属结构焊接、零部件制造等多种技术，其中焊机技术是汽车制造核心技术之一，对提升汽车生产效率和质量具有重要意义。为了促进我国汽车制造产业集约化、智能化、规模化发展，汽车制造企业要积极推动科研创新，研发新型焊接技术，把工业机器人、PLC程序和传感器等新技术融入汽车焊接工艺中，实现焊接自动化，提高焊接精度，让焊接面更加平滑牢固，确保高效率、高质量完成焊接生产，进一步提高汽车生产效率。

1 焊接自动化技术特点

1.1 生产效率高、成本低

焊接自动化技术具有生产效率高、智能化控制和成本低的优点，备受制造类企业青睐。目前应用最为广泛的焊接自动化技术是焊接机器人，只需要几名技术人员进行操作，可以代替人工进行焊接操作，有效降低了人力成本，帮助企业节约成本。同时，焊接机器人运转速度快，焊接效率要远远高于人工，可以提高整个生产流水线工作效率，实现智能化监测与维护，有效降低设备维修成本，可以进行连续高强度作业，有效提供企业生产效率，帮助他们实现降本增效的发展目标。

1.2 有效提高产品加工质量

焊接自动化实现了智能化、标准化、程序化作业，远比人工焊接定位、操作精度要高，可以在焊接过程中进行重复性定位，确保焊接位置准确性，有利于提高焊接成品质量。技术人员可以通过焊接机器人、PLC程序开展焊接自动化作业，设置好焊接参数、运动轨迹、焊枪角度，避免出现焊偏、焊穿、未熔合等问题，提高焊接精度，有利于提高焊接加工质量。焊接自动化可以根据焊接材料特点、焊接要求来设置焊接程序，设置好焊接参数和焊接轨迹，确保同一批次产品采用同一个焊接标准，实现规模化作业，有利于提高产品合格率，从而提高产品加工质量。

1.3 改善焊接操作环境

焊接属于特殊工种，在作业过程中会运用特殊材料、设备，会产生火星或金属物飞溅，并伴随着噪声、弧光和烟尘，还会产生有害气体，威胁焊接人员身体健康、破坏生产环境，焊接行业职业病发病率比较高。焊接自动化由机器人代替人工进行作业，技术人员可以借助PLC程序、控制器等来进行远程操作，设置好焊接轨迹、焊点位置等参数，避免直接接触烟尘、弧光和有害气体，从而降低职业病患病率，有效降低劳动强度，并减少对生产车间环境的破坏，保证焊接生产安全性和生产效率。

2 汽车制造业中焊接技术应用现状分析

2.1 电阻点焊

汽车制造属于高新技术产业，离不开各类金属材料，对焊接工艺要求比较高。车身焊接是汽车制造业焊接工艺的核心，也是车身稳定性、安全性的关键要素，其重要性不言而喻。目前汽车车身焊接中运用比较广泛的是电阻电焊技术，需要调试好静/动臂电机、电流间的总电阻、焊接时间，设置好焊接电流、电压值，夹紧夹具，保证焊点在加压时互熔，保证电阻焊接质量。技术人员可以利用电阻电焊来焊接汽车各个部位的零部件，做好零部件焊接位置清洁，先试焊再进行正式作业，保证YkPEIsQh7N05NbdDaYRtwQ==焊点可以准确互熔，提高电阻焊接效率和质量，从而提高车身焊接质量。

2.2 激光焊接

激光焊接利用高能量密度的激光束作为热源进行焊接，焊接精度更高、效率更高，主要运用在微小型零件的精密焊接中。目前汽车齿轮焊接普遍采用激光焊接，根据齿轮重量、大小、运行速率等来设置激光焊接点、激光束数量等指标，实现高精密焊机，确保齿轮牢固性，保证汽车行驶安全。激光焊接相对于其他焊接方式，具有灵活性强、焊接时间短、焊接位置小等优点，更适用于汽车微小型零部件焊接，保证汽车焊接工作效率。

2.3 弧焊焊接

弧焊技术在汽车制造领域有着广泛运用，可以运用于车身、零部件等焊接工作中，进一步提高焊接工作效率。焊接人员要利用熔化极惰性气体保护焊进行作业，利用氩气或富氩气体作为保护介质，把可熔化的焊丝放置在需要焊接的汽车零部件之间，焊接过程透明化，便于控制焊接位置和精度。但是弧焊在焊接过程中暴露出一些问题，例如焊口精度误差比较大、焊接过程中产生金属飞溅和有害气体、容易偏离焊接轨迹等问题，影响了焊接质量，有很大的提升空间。

3 汽车制造领域中焊接自动化技术的应用策略

3.1 应用主体与控制器，智能化操作焊接装置

汽车制造企业要加大在焊接自动化技术研发与引进上的投入，安装主体与控制器，更新焊接设备，设计自动化焊接装置，进一步促进焊接自动化技术发展。第一，自动化焊接装置整体要选用抗腐蚀的材料，主体大都是六轴关节型构成，搭载交流伺服机，提前测量和计算焊接轨迹，并把焊接轨迹导入系统中，通过控制器控制焊接装置，代替人工进行自动化、智能化焊接，不仅可以提高焊接工作效率，还可以降低人力成本。技术人员在自动化焊接装置运行过程中要进行全程监测，通过自动控制系统监测焊接轨迹、焊接点熔化情况等数据，一旦发现设备故障，要及时停下设备进行维修，保证焊接精度。第二，汽车企业可以引进先进的焊接远程操作控制系统，把自动焊接装置控制程序连接在计算机上，设立自动化焊接控制中线，远程启动、调试和关闭自动焊接装置，根据汽车车身、零部件焊接和电路板焊接参数、焊接轨迹等来设置控制程序，既可以保证焊接工作效率，又可以提高焊接精度。例如企业可以引进电路板无缝焊接远程操作控制系统，利用该系统进行汽车电路板焊接质量与效率，保证电路板焊接准确性和牢固性，保障汽车电子控制系统性能。

3.2 引进自动化焊接机器人，提高汽车焊接精度

随着人工智能、大数据和物联网等技术日益成熟，自动焊接机器人成为汽车焊接自动化领域的“佼佼者”。自动焊接机器人可以根据设定好的焊接点、焊接轨迹、焊机参数等进行作业，保证焊接作业的准确性，进一步提高汽车焊接效率和质量。目前运用比较广泛的自动焊接机器人工作站包括了箱体型、轴类焊接型和焊接螺柱型，适用于汽车不同部位的焊接，满足汽车焊接要求。箱体型工作站主要以弧焊机器人为主，应用于微小型汽车零部件、齿轮等高精密焊接，保证汽车焊接质量和工作效率。轴类焊接型主要运用在汽车转轴类节奏零部件焊接，例如轴承、保险杠等基础结构的焊接，工作量比较大，依靠内置的控制程序实现标准化、规模化作业，严格把控焊接参数，把焊接尺寸误差缩小到最小范围，保证汽车安全性。焊接螺柱型机器人主要负责汽车螺柱的焊接，由技术人员在控制系统中输入螺柱焊接点坐标、焊接轨迹等相关参数，快速进行精准定位，确认好螺柱焊接位置，满足不同规格螺柱焊接要求，有效提高螺柱焊接效率。

3.3 运用PLC控制技术，提高焊接自动化水平

PLC程序安装了微型计算机，可以帮助技术人员远程控制焊接机器人、焊接自动化程序，是焊接自动化的核心技术。首先，汽车制造企业技术人员要明确车身、齿轮、轴承、电路板和微小型零部件等不同结构焊接要求，制定不同结构焊接标准，编写相关程序代码，实现标准化、智能化焊接，满足汽车生产线需求。技术人员可以利用PLC系统实现焊接工件传送、车型扫描识别和自动化焊接，第一步PLC控制程序把需要焊接的工件传送到操作台，调试好焊接夹具的位置、角度；第二步自动化扫描识别焊接工件类型，判断出工件所属车型，根据车型确定焊接自动化程序，并自动执行焊接指令，保证焊接准确性和效率。例如技术人员可以利用西门子PLC系统来操控激光焊接机器人，根据汽车电路板焊接参数来设定PLC程序，明确激光焊接点、焊接轨迹，利用PLC程序控制激光焊接机器人进行作业，实现精准定位焊接点、调试焊枪角度、识别焊接参数，提高汽车电路板焊接精准度。其次，技术人员可以利用PLC系统进行汽车车身焊接，根据车身金属材料性能、熔点等来设定焊接自动化程序，明确车身各个焊接点位置，并在相应位置安装焊接夹具，在夹具上安装三位五通电磁换向阀，通过这些阀门把焊接机器人通信口和夹具识别系统连接起来，启动焊接程序，实现车身多个焊点同时进行焊接，实现智能化、精准化焊接。同时，PLC系统还可以监测焊接机器人作业过程，一旦检测到焊接点温度偏高、机器人焊接方位偏离预定轨迹，系统会主动发出警报，提醒技术人员及时查看PLC系统数据，及时发现系统中存在的问题，保证汽车车身焊接自动化作业顺利进行。

3.4 优化机械控制技术，满足汽车产业焊接需求

焊接自动化离不开各种机械装置，例如焊接夹具、传送带等机械设备，因此，汽车制造企业要不断促进机械自动化技术发展，便于焊接机器人开展作业，有效提高焊接工作效率。例如汽车车架焊接结构零配件通常为2-4ram，确定了汽车的基本轮廓和防撞性能，对焊接工艺要求比较高。技术人员可以利用焊接机器人来焊接汽车车架，采用二氧化碳气体保护焊方式，利用机械自动化技术调整焊接夹具角度、定位面，缩小夹具与焊接工件之间的空隙，避免车架在焊接过程中出现变形。焊接机器人要遵循对称焊接原则，先从车架中央朝着前尾一侧进行焊接，再往左右两侧进行焊接，尽量把焊缝留在接近车架中性轴的部位，避免由于焊缝引发挠曲问题。机器人焊接结束后，技术人员可以把焊接好的车架放置在矫正夹具上，设定好机械矫正方式，分别对车架四个定位点施加压力，对车架外形进行调整，避免后续出现金属变形问题，不断提高汽车车架焊接水平。汽车制造企业要积极把机械自动化技术和焊接自动化技术联系起来，更新焊接机械设备，满足汽车车架、车身、微小型零部件等焊接需求，进一步提高焊接工艺水平，为提高汽车产量、汽车生产质量奠定良好基础。

3.5 应用传感器技术，提高汽车焊接工艺水平

汽车生产企业要积极引进先进的传感器，并把传感器运用在焊接机器人上，优化焊接自动化技术，进一步提高汽车制造业焊接工艺水平。第一，技术人员在运用传感技术前，要做好相关实验，测试不同类型传感器在焊接自动化中的应用效果，例如传感器在车型扫描与识别、焊接轨迹计算与规划、焊接质量检测等领域的运用效果，可以进行实验室和生产车间实验，获取更加准确的实验数据。技术人员可以测试温度传感器在自动焊接机器人中的运用，智能化测试焊接点温度，一旦发现焊接点温度过高，自动向控制程序发送预警，及时检查焊接作业流程，调试相关程序，提高焊接精度和安全性。第二，技术人员在运用传感技术开展自动化焊接作业过程中，还要利用传感器对焊接流程、焊接轨迹、焊接参数等进行监测，观察控制系统后台各项参数，并对数据进行分析。例如技术人员可以利用温度传感器、光敏传感器等对焊接机器人作业流程进行检测，重点检测焊接点温度、焊接轨迹、焊接误差等项目，一旦发现问题，要及时关闭焊接机器人，快速调整焊接自动化控制程序，再次调试程序，保证焊接工艺精度，从而提高汽车生产质量。

4 结语

总之，人工智能、物联网和大数据等新技术为汽车制造业创造了新的发展机遇，加快了焊接自动化技术创新，有效提高了焊接工艺精度和生产效率，有利于塑造中国汽车制造企业良好品牌形象，让中国汽车走向世界，加快制造业转型升级步伐。汽车制造企业要加大科研创新上的投入，积极引进自动焊接机器人，满足车架、车身、齿轮、轴承等不同结构焊接需求，实现智能化、标准化焊接作业，及时更新PLC控制程序，利用PLC系统控制焊接机器人，提高汽车领域焊接自动化水平。同时，汽车企业技术人员要积极运用传感技术，把不同类型传感器安装在焊接设备、机械设备上，采集焊接机器人作业过程中的数据，实现智能化分析，及时发现焊接作业中存在的问题，便于解决焊接中存在的问题，提高汽车焊接工艺精度和生产效率，促进汽车产业高质量发展。

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