焊接技术与焊接平板装备在汽车行业的应用现状

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最后更新: 2017-08-14 15:35
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  一、自动化焊接技术
  在汽车制造业中,以点焊、弧焊为主。近年来,国内汽车行业发展迅猛,工业机器人在汽车行业得到一定的推广应用,但人工焊接仍然占据焊接作业的主导地位,人工焊接的缺陷是,难以保持焊接工作稳定性和一致性。铸铁平板焊接机器人的工作状态稳定,能保持焊接品质。机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段,在提升企业技术水平、稳定产品品质、提高生产效率、实现文明生产等方面具有重大作用。工业机器人作为现代制造业的主要自动化设备,已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、电子信息、家电、化工等行业,主要用于完成焊接、装配、搬运、加工、喷涂和码垛等复杂作业。
  机器人自动焊接线,作为一个灵活、可靠、通用的点焊柔性加工单元,只需通过简单的机器人程序调整及工作参数、焊枪的更改,就可以应用于不同的汽车焊装线。机器人点焊系统属于复杂的多智能体系统,可实现全自动无人生产线。由PLC控制系统用于机器人和生产线机械化设备的协调与控制,实现参数设定、系统编程、工作状态显示及故障报警显示。机器人自动焊接生产线可以通过PLC控制系统,自动地将当前的车型信息发送到工位,实现夹具的自动变换,要求机器人同时做到对车型的识别,自动完成焊接持续的变换,从而体现自动化生产的柔性化特点,满足焊接线上高频次、多种类车型的混线生产需要。
  由于生产中的机械压力、电力、高温工件与钳工平台设备、焊接烟雾与粉尘以及化学物质的扩散,均会对操作者造成不同程度的伤害,自动焊使工人得以解放,操作者可以远离危险的环境,通过人机交换界面就可实现对设备的编程、调试以及故障监测。采用安全栅栏加安全光幕的方法,可以给人留有足够的安全防护空间,安全栅栏用来形成一个封闭的安全防护空间,安全光幕用来防止可能发生的人机干涉。
  二、弧焊技术
  在汽车行业内,除了电阻焊焊接方式,另一项最主要的焊接方式就是弧焊焊接方式。卡车制造业弧焊技术,已基本上实现了CO2焊接方式,传统电弧焊已经基本取缔;在轿车企业,已大量采用MIG/MAG焊接方式。弧焊技术从原先的旋转式直流焊机,发展到二极管整流焊机、晶闸管(可控硅)整流焊机、晶体管整流焊机、逆变式焊机;发展到现在的全数字化逆变式焊机。目前在国内拥有自主知识产权的焊机,仅为晶闸管(可控硅)整流焊机和仅有简单功能的逆变式焊机。而全数字化逆变焊机、双丝脉冲技术、具有CMT功能的技术都掌握在国外厂家手中。这些技术和设备虽好,但由于成本较高,应用推广需要一定时间。
  在未来两年内,手工电弧焊焊接方式将会在我们的生产中消失,而只作为修补和修理作用,逆变焊机会越来越多地应用到焊接生产当中,除了合资企业,部分国内企业也会尝试应用新的弧焊方式,如数字化焊机、脉冲焊机等,除了CO2焊接方式,也会尝试较多的应用MIG/MAG焊接方式,以提高弧焊的焊接品质。
  三、伺服技术
  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、减少气动焊钳点焊时对工件表面造成的冲击,提高工件的表面品质,实现对焊钳施压过程的精确控制而产生伺服型焊钳。电机伺服驱动,是利用电动机产生相应的力,变换机构带动两电极臂闭合或者张开,是近年来开发的一种可以提高焊点品质的性能较高的机器人焊钳。焊钳的张开和闭合由伺服电机驱动,脉冲码盘反馈。这种焊钳的张开角度,可以根据实际需要选定并设置,而两电极间的压紧力也可以无级调节,其优点如下:一是每个焊点的焊接周期可大幅度降低,因焊钳的张开程度是由机器人精确控制的,机器人在点与点之间的移动过程,焊钳就可以开始闭合,而焊完一点后,焊钳一边张开,机器人就可以同时位移;二是焊钳张开角度可以根据工件的情况任意调整,只要不发生碰撞干涉,就尽可能较小张开度,以节省划线平板焊钳开合所占时间;三是焊钳闭合加压时,不仅压力大小可以调节,而且在闭合时两电极是轻轻闭合,减少了撞击变形和噪声。
  四、中频焊接技术
  中频逆变直流焊机是将工频(50Hz)交流变换成中频(上千Hz)直流输出,时间分辨率比工频高,控制精度高,并且输出电流不受次级输出回路变化影响,热效率较高,输出功率很大,焊接品质更好。与传统工频焊机的能耗高、焊点不稳定、焊接飞溅大、焊接品质相对较差等缺点相比,中频焊机具有焊接品质好、控制精度高、焊接速度高、节能效果明显、大理石平台设备体积与自重相对较小、可以广泛点焊异种金属、节能环保等优良特性。
  近年来,国外部分生产汽车批量大的企业,已将中频焊接技术应用于轿车白车身焊装线。在欧洲,中频点焊机器人使用量已占40%,并扩大到铝合金轿车车身的点焊作业。
  国内如一汽大众,也基本上采用中频点焊设备,目前卡车生产线尚没有大规模应用。
  由于中频逆变焊机具有高效节能优点,在全球提倡节能环保低碳生活的今天,在汽车制造业中应积极采用中频焊接技术。
  五、激光焊接技术
  激光焊接被认为是21世纪最有发展前景的制造技术之一。激光焊是利用激光器受激产生的激光束,通过聚焦系统并调焦到焊件接头处,将光能转换为热能,使金属熔化形成接头。与传统的点焊相比,激光焊接在焊接精度、效率、可靠性、自动化、轻量化和降低成本等方面,都具有无可比拟的优越性。
  激光焊接设备的关键,是大功率激光器,目前主要有两大类:一类是固体激光器,主要优点是产生的光束可以通过光纤传送,适用于柔性制造系统或远程加工;另一类是气体激光器,又称CO2激光器,以分子气体作工作介质,可以连续工作并输出很高的功率。
  汽车工业中,激光技术主要用于车身拼焊和零件焊接,例如顶蓬与侧围的焊接。德国的大众汽车已经将激光焊接技术引进了中国,并在上海大众和一汽大众的生产线上较多应用。以激光焊接为代表的精量化焊接生产方式,以一种全新的技术理念促进了汽车焊接技术的进步。同样,激光焊接也有着很高的技术应用难度,焊件位置要求精确在激光束的聚焦范围内,最大可焊厚度受到限制,高反射性及高导热性材料(如铝、铜及其合金等)焊接性会受激光所改变,能量转换效率较低,焊道快速凝固,设备昂贵等。基于以上这些原因,激光焊接技术在国内企业大量应用将会较慢。
  六、其他焊接技术
  一是等离子焊。由于激光焊接的高昂成本和严格的技术要求,在国内来说,大面积应用会较难,所以,在某种程度上,我们可以研究焊接平板等离子焊接在汽车企业内的应用。由于等离子弧弧柱温度高,能量密度大,因而对焊件加热集中,熔透能力强,在同样熔深下其焊接速度比TIG焊高,故可提高焊接生产率。
  二是搅拌摩擦焊。搅拌摩擦焊是上世纪90年代发展起来的一种新型焊接技术。搅拌摩擦焊焊接过程中,搅拌针通过搅拌、摩擦,使焊缝金属材料热塑化,热塑化材料在搅拌头的旋转摩擦作用下,由搅拌针的前部向后部转移过渡,过渡后的热塑化金属在搅拌轴肩的作用下,受到挤压和锻造,最终得到由精细锻造组织构成的焊缝接头。由于整个焊接过程中被焊接金属材料没有经过“熔化-凝固”过程,所以得到的是优异的固相接头连接。这种焊接方式由于没有金属熔化,具有变形小、无熔化焊的焊接缺陷这些特点,所以,搅拌摩擦焊非常适合长平直焊缝的焊接和铝合金的焊接。目前由于搅拌摩擦焊应用范围比较窄,且成本较高,只在国外厂商和国内的轨道客车企业内应用。但伴随着新材料新技术的发展,搅拌摩擦焊的应用场合会越来越多,也会逐步应用到国内的汽车企业当中。
  七、焊接周边技术
  主要是排烟除尘技术的应用。在高度重视环保的今天,生产的同时对环境的保护以及对工人的保护是必不可少的。厂房通风和排烟除尘也已发展了很多年,从最简单的单个工位的除烟尘设备,到厂房的集中烟尘处理设备,以及目前最新的厂房整体治理模式,成本优越性和实用性都有较大的提升。在国内,也有很多厂家通过自主研发、与国外公司进行技术合作的方式,提高自己的产品研发能力,在通风和排烟除尘方面,也已经与国外接轨,在理念上和产品上也提出了新的模式。
  泊头市精固诚量具机械有限公司(原泊头市精固诚量具机械厂)(http://www.8225588.com)是铸造、机械加工、大型机床配套的专业公司。公司主要经营产品有:钳工平板划线平台大理石平板焊接平台花岗石平板。自90年开始我厂在非标产品和平板量具的生产制造过程中和全国很多大型企业进行业务合作。

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