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发表于 2011-3-11 22:21
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本帖最后由 wdhd 于 2016-4-7 11:11 编辑
3新一代汽车制造中的焊接科学与技术的进展
新一代汽车正迅速地向节能、环保、更高的安全性和舒适性的目标发展。由此对汽车的设计、材料的选择及其焊接加工等关键技术提出了全新的概念和对新技术的紧迫需求。以轻量化为目标,表现为轻金属材料、复合材料等对汽车钢制部件的替代;以液压成形的管状型材车体框架对传统的无梁式钢板结构的替代(见图7)(151.新技术的开发应用并对传统技术的提升和替代,己成为近年来国际汽车行业技术进展的显著特点。
3.1汽车制造中焊接新技术的进展
如前所述,以激光焊接为代表的精量化焊接
图7液压成形的管状型材车体框架示意图1151
生产方式用一种新的技术理念促进和加快了汽车焊接制造的进步和创新。此外一些新的连接方法也率先在汽车制造中获得应用。如变极性MIGIMAG焊接方法、激光一电弧复合焊接方法、磁脉冲焊接方法、胶接和机械连接方法等都已开始成功地应用在各类新车车型的制造中。表3列举了当前先进的焊接(连接)技术的特点及应用[[16.17]
在BMW 7系列车型的车身凸缘的连接加工中,采用胶接技术的已达到150m,占凸缘总长的$11%,而消耗粘结剂仅1.5吨;在Daimler Chrysler公司最新生产的Mercedes Benz CL车身结构中,大量采用了纤维增强型热固塑料、薄壁铝合金压铸件结构,采用胶接方法对该异种材料的连接接头有71m。此外,为了满足复合材料和异种材料车体的连接,大量发展了各种机械连接或机械连接与粘结复合的连接方式,如咬接、实心或空心铆接、折叠连接、自穿孔铆接等,具有不受材料类型的限制、避免加热引起的材料性能变化和变形等独特的优势[[4]0
表3新的焊接(连接)技术的特点及应用
┌───────────┬─────────────────────────┬────────────────┐
│工艺方法 │ 特点 │适用范围 │
│Processes │Features │A印lications │
├───────────┼─────────────────────────┼────────────────┤
│磁脉冲焊接 │.焊接强度高于母材,无焊接热影响区 │.可焊接异种金属如AI-Cu. Al-Ti, │
│MPW │.效率高,焊接时间小子looms,加工重复性好 │ A1-Mg, Al-steel等 │
│ │.参数调整容易,不需要填充材料和保护气体 │.n1焊接难焊材料,如A17075等 │
│ │.环保焊接方法 │ │
├───────────┼─────────────────────────┼────────────────┤
│变极性MAC焊 │.以能量平衡的热输入方式有利于焊接的熔深控制 │.用于钢板、铝板、管材料的焊接 │
│VP-GMAG │.对板材的焊接中提高了对河隙的容许度,尤其是能够实 │.液压成型铝管的车身框架 │
│ │ 现厚板的高速焊接 │ │
├───────────┼─────────────────────────┼────────────────┤
│激光+电弧 │.两种热源及焊接过程的优势互补 │.用于钢、铝的焊接加工 │
│复合热源焊接 │.焊接厚度显著增加:焊接速度显著提高 │ │
│LaseJ、 are │.填充材料方便,“搭桥”能力显著提高 │ │
│hybrid Welding │ │ │
├───────────┼─────────────────────────┼────────────────┤
│胶接 │.提高了结构的静、动态综合刚性 │.对异种材料的连接如铝合金、纤维 │
│Adhensive bonding │.最少的热输入和最小的热变形力 │ 增强热塑材料、薄壁压、铸件等│
│ │.对冲击能量吸收好 │ │
│ │.防腐和密封性好 │ │
├───────────┼─────────────────────────┼────────────────┤
│机械连接法 │.很高的连接精度 │.异种材料连接.如镀锌钢板和铝合 │
│Merhanical I'astenerv │.无加热影响区 │ 余等 │
├───────────┤.容易自动化,加工效率高 │.多层板材的连接 │
│ │.节能环保,成本低 │ │
└───────────┴─────────────────────────┴────────────────┘
3.2计算机与信息技术在汽车焊接中的应用
传统的焊接技术正经历着由经验性工艺向材料加工科学的变革。随着计算机与信谬急技术的工业应用,促进了传统的焊接生产向“精量化”的先进制造方式转变,并逐步与汽车制造加工链在产品生命全周期的有机集成。在当前汽车制造的焊接生产中,具体表现在对以减少消耗和提高综合效益为目标的信息化制造的迫切需求。
基于虚拟现实建模(Virtual reality modeling)的机器人焊接过程仿真技术提供了关于工件、夹具和机器人焊枪姿态的三维信息,已大量地应用于焊接过程规划、工艺参数的优化以及焊接夹具的设计等各个制造环节。对加快机器人焊接程序的编制、节约现场调试时间以及焊接过程位置信息的准确获取具有重要应用价值?图8分硼出由清华大学研制的“轿车车身机器人装焊生产线”实体模型(a)和“奔驰”公司对卡车车身机器人点焊过程的仿真(b)[18,197 a
(a)轿车车身机器人装焊牛产线〔181
伍)卡车车身机器人点焊过程的仿真[l9]
图8基于虚拟现实建模的机器人焊接过程仿真
目前的仿真技术已有能力进行焊接工艺参数对焊缝质量的影响的评估,以及对焊后的应力与变形作出预测。新型车型的车身材料将从镀层钢板、铝合金、高分子聚合物、复合材料等进行选择、优化和组合,因此在设计阶段就需要对多种材料的连接方式及其应达到的性能,尤其是疲劳性能、冲击性能等进行综合考虑,通过对接头的仿真作出适用性评价。
为确保汽车焊接自动化生产高效、高质量地进行,实现“零次品”、“零缺陷”的产品管理目标,基于过程参数的焊缝质量实时监测和缺陷检出(见图9) (2a, 211以及焊接生产过程及其产品质量信息的在线反馈均在实施中。在美国、德国汽车制造业的质量管理体系中,都明
图9基于过程参数的汽车部件
焊缝质量实时监测和缺陷检出}aAI
确规定了对生产过程中的每个部件产品质量的可记录性和可追溯性。如由美国Chrysler,Ford, GM三大汽车公司制定的基于QS-9000的统计过程控制(SPC)以及由德国汽车工业联合会制定的基于DIN EN IS09001和DIN EN IS09004-1的汽车工业质量管理体系审核(VDA 6)等,对生产过程要素如工序能力、设备能力、产品质量受控能力等都作了明确的定义。因此,以计算机和信息技术为平台的焊接生产过程信息系统为汽车焊接生产过程的质量状况分析与优化、以及企业的管理与决策提供准确的依据。
4结束语
汽车作为20世纪最显著的人文标志之一,已成为人类社会的科技与文明进步的一个象征。从50年{BANNED}始的中国汽车制造业,以手工焊和电阻点焊作为主要加工手段跨出了汽车制造的第一步,如今己进入了世界汽车生产大国的行列。我国汽车制造业在高速增长的同时,对基础制造技术上的认识深化和自主开发的需要己越来越迫切。从一个“支柱产业”对基础制造技术的强大牵动作用及其对传统制造方式的巨大挑战,充分反映了发展制造业的极其重要性和技术创新的紧迫性。中国与发达国家的汽车工业还存在巨大的差距,汽车工业是世界性的产业,面对q P1竞争的全球化、国内竞争的国际化的形势,为使我国的汽车工业能快速跨越到全球经济的高度,在世界汽车工业的发展中占有一席之地,唯有依靠包括焊接科学与技术在内的基础制造技术的进步和创新能力的提高,才能实现具有中国特色的汽车工业自主发展的目标。 |
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