POLO車(chē)身制造中的焊接技術(shù)

   轎車(chē)的白車(chē)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(chē)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(chē)型的焊接過(guò)程中，通過(guò)合理運(yùn)用激光焊、點(diǎn)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(chē)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(qiáng)、熱影響區(qū)小、母材燒損少、效率高和焊接強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于轎車(chē)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(chē)身的總成焊接中（圖1、圖2）。激光焊最先是在Passat車(chē)型的焊接中取得了成功。在焊接Passat車(chē)型的前后縱梁等沖壓?jiǎn)渭r(shí)，采用了不同板厚材料對(duì)接后再?zèng)_壓成型的技術(shù)，不僅達(dá)到了不同承載采取不同板厚的設(shè)計(jì)要求，而且由于零件一次沖壓成型，免去了多個(gè)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(shí)由于減少了部分車(chē)身的拼焊而降低了制造成本，并在一定程度上降低了車(chē)身重量；激光焊取代通常的點(diǎn)焊及銅釬焊用于Passat車(chē)頂與側(cè)圍的拼焊，解決了車(chē)頂漏水的問(wèn)題，提高了車(chē)身制造精度，并大大節(jié)省了返工時(shí)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(lái)的困難。

在POLO車(chē)型的前后縱梁、B柱、前地板、四門(mén)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(chē)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(chē)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(chē)頂橫梁的焊接。POLO三廂車(chē)上的激光焊縫長(zhǎng)度共計(jì)7051mm，主要是側(cè)圍與底板的結(jié)合焊縫；激光釬焊焊縫長(zhǎng)度約為2010mm，主要是車(chē)頂與側(cè)圍的焊縫。

在焊接中，如果間隙過(guò)大，能量無(wú)法集中于板材，會(huì)造成板材不能融化；如果間隙過(guò)小，高溫下產(chǎn)生的鋅蒸氣只能通過(guò)熔池排出，會(huì)產(chǎn)生大量氣孔。所以在POLO車(chē)的車(chē)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(diǎn)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(chē)身上，由于在車(chē)頂和側(cè)圍之間應(yīng)用了激光釬焊技術(shù)，取消了以往車(chē)型所附加的裝飾條。

激光焊在車(chē)身上的大量應(yīng)用，一方面增加了車(chē)身的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)也對(duì)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(hù)提出了較高的要求。

2、機(jī)器人激光焊接

機(jī)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(jī)器人等部分組成。

在POLO兩箱車(chē)身骨架焊接中，由2臺(tái)激光源通過(guò)光纜轉(zhuǎn)接器分別為5臺(tái)機(jī)器人所帶的激光頭提供激光輸入。為使系統(tǒng)正常運(yùn)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(duì)焊接位置和零件配合要求非常高，因此對(duì)機(jī)器人重復(fù)精度要求較高，一般要高于±0.1mm。

點(diǎn)焊

點(diǎn)焊技術(shù)以其靈活性和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)而成為POLO車(chē)身中應(yīng)用最為廣泛的一種焊接方法。以三箱POLO車(chē)為例，整個(gè)車(chē)身共有3725個(gè)焊點(diǎn)，幾乎遍及每一個(gè)總成。

為了達(dá)到VW的標(biāo)準(zhǔn)，POLO車(chē)身車(chē)間采用了多種形式的點(diǎn)焊槍，如手動(dòng)點(diǎn)焊槍和機(jī)器人點(diǎn)焊槍；C型和X型兩種槍體。點(diǎn)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(jī)器人點(diǎn)焊

由機(jī)器人操縱各種點(diǎn)焊焊槍，實(shí)施點(diǎn)焊焊接。機(jī)器人可以操縱重達(dá)150kg的大型焊鉗對(duì)地板等零件進(jìn)行點(diǎn)焊，也可以利用微型焊鉗對(duì)車(chē)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(diǎn)進(jìn)行焊接。通過(guò)切換系統(tǒng)可以更換焊槍，進(jìn)行各種位置的點(diǎn)焊。焊點(diǎn)的質(zhì)量高且穩(wěn)定。焊接速度快，簡(jiǎn)單位置的焊接速度一般可達(dá)2～3s,復(fù)雜位置的焊接速度可達(dá)3～4s。在上海帕薩特和POLO車(chē)的制造中，采用了KUKA公司的機(jī)器人。

2、Arplas凸焊

在轎車(chē)四門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于門(mén)內(nèi)板與門(mén)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(diǎn)焊工藝會(huì)有很大的困難，經(jīng)常造成半點(diǎn)焊、假焊或虛焊。所以在POLO車(chē)的該位置處采用了Arplas凸焊技術(shù)，很好地解決了因?yàn)檫吘壵瓕?duì)焊點(diǎn)布置帶來(lái)的困難，并且焊點(diǎn)表面無(wú)焊痕，效果非常好（圖3、圖4）。Arplas凸焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：

●外覆蓋件表面幾乎看不見(jiàn)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(duì)邊緣尺寸的要求；
●可達(dá)到與電阻焊相同的焊接強(qiáng)度。

MIG/CO2焊

在白車(chē)身中一些電極頭無(wú)法到達(dá)的特殊形狀或有加強(qiáng)板的地方，MIG焊作為電焊的有益補(bǔ)充，在POLO車(chē)身車(chē)間得到廣泛應(yīng)用。

整個(gè)車(chē)身上的釬焊焊縫長(zhǎng)度大約為9602mm，主要分布在車(chē)身底板、側(cè)圍、四門(mén)兩蓋及總裝上。在側(cè)圍生產(chǎn)線上就有2個(gè)機(jī)器人MIG焊工位，承擔(dān)著側(cè)圍門(mén)檻區(qū)域近1200mm的MIG焊工作。

由機(jī)器人操縱弧焊焊矩可以很方便地進(jìn)行仰焊、立焊等各種位置的弧焊。通過(guò)傳感器可以跟蹤焊縫，控制弧長(zhǎng)。但是機(jī)器人弧焊對(duì)零件匹配要求較高，當(dāng)零件間縫道不均勻或者不平整時(shí)，就會(huì)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(guò)專用設(shè)備對(duì)接頭質(zhì)量進(jìn)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(qiáng)度。一些非承重的車(chē)身構(gòu)件和一些裝飾件就是利用焊接螺柱被裝配在車(chē)身上的，如ABS模塊、隔熱板、部分儀表盤(pán)、部分塑料件等，此外還包括汽車(chē)電氣連接線的綁扎。POLO車(chē)身上共有148個(gè)螺柱，主要分布在前后底板、前圍板、前后縱梁上（圖6）。

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

由機(jī)器人操縱螺柱焊槍焊接螺栓時(shí)，可以進(jìn)行全方位的焊接。機(jī)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(diǎn)，一般焊一個(gè)螺釘?shù)乃俣瓤蛇_(dá)2～3s。

螺母凸焊

通常除了動(dòng)力總成與車(chē)身采用螺栓機(jī)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(qiáng)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(chē)身上。

POLO車(chē)身上共有135個(gè)凸焊螺母或螺釘，分布在前后地板、前后縱梁、側(cè)圍、四個(gè)門(mén)、前后蓋和輪罩上（圖7）。在POLO車(chē)間，主要采用上海成套設(shè)備公司的凸焊機(jī)、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(duì)異種材料的連接需要而研制、開(kāi)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(guò)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(diǎn)。鉚接點(diǎn)上連接材料相互鑲嵌，底部既無(wú)棱邊也無(wú)毛刺，避免了應(yīng)力集中，可承受很高的動(dòng)載荷。連接過(guò)程無(wú)熱輸入，連接點(diǎn)處的材料表面鍍層也不會(huì)被破壞，并避免了焊接飛濺及焊接變形，可實(shí)現(xiàn)多層材料、不同板厚、不同材質(zhì)的連接。在施壓過(guò)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(zhǎng)了設(shè)備的壽命。

POLO車(chē)型一共有110個(gè)壓鉚聯(lián)結(jié)點(diǎn)，全部分布在前蓋及后蓋中。我們用TOX鉚接點(diǎn)完全取代了點(diǎn)焊連接，焊點(diǎn)表面無(wú)焊痕，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)飛濺、無(wú)煙塵、無(wú)噪音，生產(chǎn)效率可達(dá)到點(diǎn)焊速度（每點(diǎn)約3s），并且連接點(diǎn)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(chē)身中，由于大量使用了雙面鍍鋅板，雖然從一個(gè)方面增加了車(chē)身的防腐能力，但在另一方面卻對(duì)焊接條件提出了較高的要求。對(duì)于點(diǎn)焊，由于功率大約增加了10~20%，從而增加了對(duì)能源的需求。同時(shí)為了減少產(chǎn)生的鋅蒸氣對(duì)人體健康的傷害，車(chē)間必須采用更大容量的通風(fēng)系統(tǒng)；對(duì)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(duì)于激光焊，為了獲得良好的焊接質(zhì)量，在設(shè)計(jì)時(shí)必須在沖壓件上增加鋅蒸氣的工藝逸出點(diǎn)。