POLO車身制造中的焊接技術(shù)

   轎車的白車身幾乎都是由板金件構(gòu)成的，所以用于連接金屬材料的焊接就成了其主要的加工工藝。而白車身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了焊接工藝的多樣性。在上海大眾POLO新車型的焊接過程中，通過合理運用激光焊、點焊、MIG焊、螺柱焊、螺母凸焊、壓鉚焊等多種焊接技術(shù)，使其質(zhì)量得到可靠保障。

激光焊

1、激光焊在車身上的主要應(yīng)用激光焊和激光釬焊由于具有焊縫外形美觀、穿透力強、熱影響區(qū)小、母材燒損少、效率高和焊接強度高等優(yōu)點，近年來被廣泛應(yīng)用于轎車生產(chǎn)中。目前激光焊不僅被應(yīng)用于單件成型的焊接，也被大量應(yīng)用在車身的總成焊接中（圖1、圖2）。激光焊最先是在Passat車型的焊接中取得了成功。在焊接Passat車型的前后縱梁等沖壓單件時，采用了不同板厚材料對接后再沖壓成型的技術(shù)，不僅達到了不同承載采取不同板厚的設(shè)計要求，而且由于零件一次沖壓成型，免去了多個沖壓零件拼焊所造成的積累誤差，大大提高了零件的尺寸精度。同時由于減少了部分車身的拼焊而降低了制造成本，并在一定程度上降低了車身重量；激光焊取代通常的點焊及銅釬焊用于Passat車頂與側(cè)圍的拼焊，解決了車頂漏水的問題，提高了車身制造精度，并大大節(jié)省了返工時間；激光釬焊技術(shù)用于后蓋外板上下板間的拼焊，解決了后蓋外板形狀復(fù)雜給沖壓帶來的困難。

在POLO車型的前后縱梁、B柱、前地板、四門內(nèi)板等零件的焊接中，也采用了不同板厚材料激光焊后一次沖壓成型的技術(shù)；在車身總成焊接中，主要應(yīng)用了激光焊和激光釬焊。激光焊不僅被用于車頂與側(cè)圍的拼焊，而且被用于底板與側(cè)圍和側(cè)圍與車頂橫梁的焊接。POLO三廂車上的激光焊縫長度共計7051mm，主要是側(cè)圍與底板的結(jié)合焊縫；激光釬焊焊縫長度約為2010mm，主要是車頂與側(cè)圍的焊縫。

在焊接中，如果間隙過大，能量無法集中于板材，會造成板材不能融化；如果間隙過小，高溫下產(chǎn)生的鋅蒸氣只能通過熔池排出，會產(chǎn)生大量氣孔。所以在POLO車的車頂和側(cè)圍之間以及后蓋外板的上板和下板之間采用了激光釬焊。激光釬焊所采用的填料為CuSi3，其熔點大于900℃，可有效避免高溫下鋅層蒸發(fā)而引起的焊縫及附近區(qū)域防腐蝕性能的下降。從圖2的釬焊焊縫可以看出，激光釬焊焊縫比較平滑。在POLO車身上，由于在車頂和側(cè)圍之間應(yīng)用了激光釬焊技術(shù)，取消了以往車型所附加的裝飾條。

激光焊在車身上的大量應(yīng)用，一方面增加了車身的強度和剛度，同時也對沖壓零件、夾緊技術(shù)（零件間理想匹配要求為0.1～0.2mm）以及設(shè)備的維護提出了較高的要求。

2、機器人激光焊接

機器人激光焊系統(tǒng)由激光器、冷卻系統(tǒng)、熱交換器、光纜轉(zhuǎn)接器、激光電纜、激光加工鏡組和機器人等部分組成。

在POLO兩箱車身骨架焊接中，由2臺激光源通過光纜轉(zhuǎn)接器分別為5臺機器人所帶的激光頭提供激光輸入。為使系統(tǒng)正常運行，冷卻系統(tǒng)為激光源、熱交換器為激光頭分別提供足夠的冷卻。由于激光焊接對焊接位置和零件配合要求非常高，因此對機器人重復(fù)精度要求較高，一般要高于±0.1mm。

點焊

點焊技術(shù)以其靈活性和經(jīng)濟性的特點而成為POLO車身中應(yīng)用最為廣泛的一種焊接方法。以三箱POLO車為例，整個車身共有3725個焊點，幾乎遍及每一個總成。

為了達到VW的標(biāo)準，POLO車身車間采用了多種形式的點焊槍，如手動點焊槍和機器人點焊槍；C型和X型兩種槍體。點焊槍主要采用ARO和NIMARK公司的產(chǎn)品，控制器采用MEDAR公司的產(chǎn)品。

1、機器人點焊

由機器人操縱各種點焊焊槍，實施點焊焊接。機器人可以操縱重達150kg的大型焊鉗對地板等零件進行點焊，也可以利用微型焊鉗對車身總裝如側(cè)圍和后輪罩連接處等空間小而且位置復(fù)雜的焊點進行焊接。通過切換系統(tǒng)可以更換焊槍，進行各種位置的點焊。焊點的質(zhì)量高且穩(wěn)定。焊接速度快，簡單位置的焊接速度一般可達2～3s,復(fù)雜位置的焊接速度可達3～4s。在上海帕薩特和POLO車的制造中，采用了KUKA公司的機器人。

2、Arplas凸焊

在轎車四門的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于門內(nèi)板與門框件的連接在窗框內(nèi)側(cè)的切邊尺寸很窄(約為7mm)，采用點焊工藝會有很大的困難，經(jīng)常造成半點焊、假焊或虛焊。所以在POLO車的該位置處采用了Arplas凸焊技術(shù)，很好地解決了因為邊緣窄對焊點布置帶來的困難，并且焊點表面無焊痕，效果非常好（圖3、圖4）。Arplas凸焊具有以下優(yōu)點：

●外覆蓋件表面幾乎看不見焊痕；
●不損壞表面鍍層（鍍Zn層及Bonazinc鍍層）；
●焊后不需要后道打磨工序；
●可滿足焊接對邊緣尺寸的要求；
●可達到與電阻焊相同的焊接強度。

MIG/CO2焊

在白車身中一些電極頭無法到達的特殊形狀或有加強板的地方，MIG焊作為電焊的有益補充，在POLO車身車間得到廣泛應(yīng)用。

整個車身上的釬焊焊縫長度大約為9602mm，主要分布在車身底板、側(cè)圍、四門兩蓋及總裝上。在側(cè)圍生產(chǎn)線上就有2個機器人MIG焊工位，承擔(dān)著側(cè)圍門檻區(qū)域近1200mm的MIG焊工作。

由機器人操縱弧焊焊矩可以很方便地進行仰焊、立焊等各種位置的弧焊。通過傳感器可以跟蹤焊縫，控制弧長。但是機器人弧焊對零件匹配要求較高，當(dāng)零件間縫道不均勻或者不平整時，就會產(chǎn)生焊接缺陷（圖5）。螺柱焊

螺柱焊是快速焊接緊固件的一種方法，不僅效率高，而且可以通過專用設(shè)備對接頭質(zhì)量進行有效控制，得到全斷面熔合的焊接接頭，保證接頭的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和接頭強度。一些非承重的車身構(gòu)件和一些裝飾件就是利用焊接螺柱被裝配在車身上的，如ABS模塊、隔熱板、部分儀表盤、部分塑料件等，此外還包括汽車電氣連接線的綁扎。POLO車身上共有148個螺柱，主要分布在前后底板、前圍板、前后縱梁上（圖6）。

POLO車間所用到的螺柱焊機都是由德國TUCKER公司提供的專用型電弧螺柱焊機，并配以專用的手工焊導(dǎo)向套或?qū)Ｓ脵C器人。

由機器人操縱螺柱焊槍焊接螺栓時，可以進行全方位的焊接。機器人螺柱焊具有位置精度高、焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定、焊接速度快等優(yōu)點，一般焊一個螺釘?shù)乃俣瓤蛇_2～3s。

螺母凸焊

通常除了動力總成與車身采用螺栓機械連接以外，電池固定塊、安全帶固定塊、油箱固定塊等也采用相同的連接方式。為了保證足夠的連接強度，一般都采用凸焊的方法將螺栓連接的螺母端固定在白車身上。

POLO車身上共有135個凸焊螺母或螺釘，分布在前后地板、前后縱梁、側(cè)圍、四個門、前后蓋和輪罩上（圖7）。在POLO車間，主要采用上海成套設(shè)備公司的凸焊機、MEDAR公司的控制器、ROMAN公司的變壓器等。TOX壓鉚連接

TOX壓鉚連接技術(shù)是隨著表面鍍層材料的廣泛應(yīng)用、針對異種材料的連接需要而研制、開發(fā)的一種新的連接技術(shù)。它采用具有TOX專利的氣液增力缸，通過6bar或10bar的空氣壓力產(chǎn)生2～2000KN的工作壓力，使用具有TOX專利的連接模，形成鉚接點。鉚接點上連接材料相互鑲嵌，底部既無棱邊也無毛刺，避免了應(yīng)力集中，可承受很高的動載荷。連接過程無熱輸入，連接點處的材料表面鍍層也不會被破壞，并避免了焊接飛濺及焊接變形，可實現(xiàn)多層材料、不同板厚、不同材質(zhì)的連接。在施壓過程中，采用“軟到位技術(shù)”及“增力自適應(yīng)技術(shù)”，大大節(jié)省了能耗，降低了噪音并延長了設(shè)備的壽命。

POLO車型一共有110個壓鉚聯(lián)結(jié)點，全部分布在前蓋及后蓋中。我們用TOX鉚接點完全取代了點焊連接，焊點表面無焊痕，生產(chǎn)過程無飛濺、無煙塵、無噪音，生產(chǎn)效率可達到點焊速度（每點約3s），并且連接點質(zhì)量穩(wěn)定可靠，不受電極頭磨損的影響，效果非常好。

值得一提的是，在POLO車身中，由于大量使用了雙面鍍鋅板，雖然從一個方面增加了車身的防腐能力，但在另一方面卻對焊接條件提出了較高的要求。對于點焊，由于功率大約增加了10~20%，從而增加了對能源的需求。同時為了減少產(chǎn)生的鋅蒸氣對人體健康的傷害，車間必須采用更大容量的通風(fēng)系統(tǒng)；對于弧焊，為了避免鋅蒸氣的大量產(chǎn)生而破壞鍍鋅表面，大量使用了MIG釬焊（融化溫度低），而不是傳統(tǒng)的CO2焊；對于激光焊，為了獲得良好的焊接質(zhì)量，在設(shè)計時必須在沖壓件上增加鋅蒸氣的工藝逸出點。