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汽車焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)畢業(yè)論文(存儲(chǔ)版)

  

【正文】 接工藝本身的特點(diǎn),焊縫接頭(特別 是弧焊接頭)存在著各種焊接缺陷和應(yīng)力集中,焊接應(yīng)力分布復(fù)雜,引起承載能力下降和焊接變形,采用常規(guī)的手段無(wú)法分析焊接應(yīng)力分布和預(yù)測(cè)焊接變形,很難控制焊接總成的質(zhì)量。無(wú)法科學(xué)地判斷某個(gè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣。 BIW 支持整個(gè)企業(yè)各部門瀏覽與利用 PPR 數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種信息。對(duì)焊接夾具設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),有以下特點(diǎn): 結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜,構(gòu) 圖困難 汽車車身都是由薄板沖壓件裝焊而成的空間殼體,為了造型美觀和殼體具有一定的剛性,組成本身的零件通常是經(jīng)過(guò)拉延成型的空間曲面體,結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜。 四、 6 點(diǎn)定則在車身焊裝夾具上的應(yīng)用 6 點(diǎn)定則指限制幾個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度,在設(shè)計(jì)車身焊裝夾具時(shí),常有兩種誤解,一是認(rèn)為 6 點(diǎn)定位則對(duì)薄板焊裝夾具不適用;二是看到薄板焊裝夾具上有超定位現(xiàn)象,產(chǎn)生這種誤解的原因是把限制 6 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度理解為限制 6 個(gè)方向的自由度,焊接夾具設(shè)計(jì)的宗旨是限制 6 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度,這種限制不僅依靠夾具的定位夾緊裝置,而且依靠制件之間的相互制約關(guān)系。在生產(chǎn)中使用的夾具,其精度必須保證產(chǎn)品總成的要求;其選擇定位面的數(shù)量也是比較保守的,寧多勿少。要想使車身幾何精度在夾具上一次裝調(diào)成功,沖壓件就不能有較大的尺寸偏差,而且定位點(diǎn)的數(shù)量也比較多。 采用三個(gè)圓柱銷定位各零、部件,它把以上兩種定位法加工精度從 , L177。 保證前后風(fēng)窗口的裝配尺寸 ??上胙b配調(diào)整工作量之大,它同樣是以提高加工精度為代價(jià)換來(lái)的。 。在外觀上它有兩種式樣:大面積的定位塊,小面積的氣動(dòng)或手動(dòng)壓頭; 大面積的定位塊,大面積的氣動(dòng)或手動(dòng)壓頭。貨車車向的裝配精度一般控制在 2mm 內(nèi),轎車控制在 1mm 內(nèi)。只要把握住以上幾點(diǎn),就能合理地解決焊接夾具的自動(dòng)化水平及制造成本這對(duì)矛盾。 Delmia BIW 是對(duì)汽車白車身規(guī)劃與仿真應(yīng)用的一套解決方案。 2020 年日本大阪大學(xué)結(jié)合科學(xué)研究所提出了一個(gè)五年完成耗資 20 億日元( 2 千萬(wàn)美元)的國(guó)家課題:“高效與安全焊接技術(shù)的開(kāi)發(fā)”,事實(shí)上它包括著一個(gè)焊接虛擬工程研究,其目的是開(kāi)發(fā)一個(gè)用戶界面友好的高效與安全焊接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),它同時(shí)給出三個(gè)精密模擬程序,即焊接過(guò)程模擬程序、被焊區(qū)域組織預(yù)測(cè)程序和變形預(yù)測(cè)程序;近來(lái)英國(guó)焊接研究所開(kāi)發(fā)了一個(gè)“結(jié)構(gòu)變形預(yù)測(cè)系統(tǒng)”( SDPS),可 以用來(lái)預(yù)測(cè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接變形。 經(jīng)世界許多知名企業(yè)的實(shí)踐證明,銅硬釬焊工藝技術(shù)能在客車、載貨車和工程機(jī)械的散熱器、暖風(fēng)機(jī)、機(jī)油冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器及中冷器等產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮巨大的優(yōu)勢(shì)。 銅散熱器硬釬焊工藝技術(shù)的應(yīng)用 20 世紀(jì) 50 年代,汽車散熱器的制造主要采用銅材料的錫焊工藝。一汽車身廠焊接車間只在主焊線個(gè)別工位采用了點(diǎn)焊機(jī)器人,點(diǎn)焊自動(dòng)化率很低。焊接設(shè)備作為焊裝生 產(chǎn)線的重要組成部分,是否采用焊接機(jī)器人是焊裝生產(chǎn)線柔性程度的重要標(biāo)志之一。因此,生產(chǎn)線的整體柔性程度由各組成部分的柔性程度所決定。有專家預(yù)言,激光拼焊板將成為一項(xiàng)數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。如今,德國(guó)大眾公司也已在 Audi A Golf A Passat 等車頂采用了此技術(shù); BMW 公司的 5 系列、 Opel公司的 Vectra 車型等更是趨之若鶩。因此,在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用摩擦焊技術(shù)勢(shì)在必行。該焊接工藝為固態(tài)焊接,焊縫熱影響區(qū)相對(duì)較窄,晶粒細(xì)小,焊縫質(zhì)量較易控制,制造成本相對(duì)較低。這兩種焊接方法與機(jī)器人相配合,能充分體現(xiàn)高效化焊接的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人系統(tǒng)在空間可達(dá)性和焊接速度之間的協(xié)同和完美組合。通過(guò)采用焊縫跟蹤技術(shù),減少焊接缺陷,提高焊縫質(zhì)量和生產(chǎn)效率,降低成本。發(fā)展三相低頻電阻焊機(jī)、三相次級(jí)整流焊機(jī) (已在普通型點(diǎn)焊機(jī)、縫焊機(jī)、凸焊機(jī)中應(yīng)用 )和 IGBT 逆變電阻焊機(jī),可以解決電網(wǎng)不平衡和提高功率因數(shù)的問(wèn)題。點(diǎn)焊電極材料主要包括:鉻鋯銅、彌散強(qiáng)化銅、鈹青銅等。如果能保證焊點(diǎn)的 100%合格,每臺(tái)車身可減少焊點(diǎn)數(shù)量約 200 點(diǎn),即可節(jié)約成本約 80 元。例如,在一輛 Passat 車身上有電阻焊焊點(diǎn) 5892 個(gè)。 (4)埋弧焊 用于半橋套管、法蘭、天然氣汽車的壓力容器等。 第三章:汽車的焊接現(xiàn)狀 汽車工業(yè)所用的焊接方法及零部件的應(yīng)用情況 汽車制造業(yè)是焊接應(yīng)用面最廣的行業(yè)之一,所用的焊接方法也種類繁多,其應(yīng)用情況如下: 電阻 (1)點(diǎn)焊 主要用于車身總成、地板、車門、側(cè)圍、后圍、前橋和小零部件等。 涂漆工藝 對(duì)沖壓材料的要求 汽車的涂裝質(zhì)量直接影響到汽車的外觀質(zhì)量和汽車產(chǎn)品檔次的提升,汽車的涂裝質(zhì)量除了涂裝材料本身的影響外,鋼板的涂裝性能也是涂裝工藝不可忽視的因素。 強(qiáng)比(一般 ),有利于沖壓成形,減少材料的起皺趨勢(shì),提高極限變形程度。 成形工序 成形工藝主要以彎曲件、拉延件、成形件和冷擠壓件為主。通常,采用強(qiáng)度級(jí)別為 300600 MPa 高強(qiáng) 度鋼板和超細(xì)晶粒鋼。每個(gè)具體的汽車零部件的使用和工作條件不同,承受的負(fù)荷不同,因此對(duì)用材的要求也有很大的差異。 在汽車沖壓件中,一部分沖壓件經(jīng)沖壓后直接成為汽車零部件,另一部分沖壓件經(jīng)沖壓后還需經(jīng)過(guò)焊接、或機(jī)械加工、或油漆等工藝加工后才能成為汽車零部件。在生產(chǎn)過(guò)程中,采用新材料、新工藝、新技術(shù)和節(jié)支降耗都涉及材料的變更問(wèn)題。 2020 年 10 月 25 日,中國(guó)第一條激光拼焊板專業(yè)化商業(yè)生產(chǎn)線正式投入運(yùn)行,作為全球最大拼焊板制造供應(yīng)商的德國(guó)蒂森克虜伯集團(tuán)拼焊板有限公司在海外的第八家公司(在亞洲的第一家),武漢蒂森克虜伯中人激光拼焊有限公司引進(jìn)蒂森克虜伯公司生產(chǎn)的 8kWCO2 直線連續(xù)激光焊接生產(chǎn)線 (Linear laser welding lines)(如圖 4),并采用蒂森克虜伯拼焊板公司的全套專有技術(shù)和質(zhì)量控制體系進(jìn)行生產(chǎn)和工藝開(kāi)發(fā),該線最小工件間距為 50mm,焊接速度可達(dá) 10m/min,年生產(chǎn)能力可達(dá) 20,000 噸(一條線)。 應(yīng)用現(xiàn)狀 從 20 世紀(jì) 80 年代中期開(kāi)始,拼焊板作為新技術(shù)在歐洲、美國(guó)、日本得到了廣泛的關(guān)注。如果采用傳統(tǒng)的沖壓成形方法就需要另外設(shè)計(jì)加強(qiáng)板,而采用拼焊技術(shù),可先將三塊不同厚度的鋼板拼焊成一塊整板(如圖 1),即可沖壓成形。這種方法雖然提高了材料選擇的靈活性,但同時(shí)也增加了沖壓和加工成本、裝配成本以及形狀配合問(wèn)題,并且由于點(diǎn)焊時(shí)材料的重迭額 外增加了車身的重量。用激光焊接技術(shù),既提高了工件表面的美觀,又降低了板材使用量,由于零件焊接部位幾乎沒(méi)有變形,不需要焊后熱處理,還提高了車身的剛度。 激光焊接設(shè)備的關(guān)鍵是大功率激光器,主要有兩大類,一類是固體激光器,又稱 Nd:YAG 激光器。汽車制造企業(yè)將這些零部件焊接在一起,就構(gòu)成了一個(gè)完整的車身。采用轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向帶和梯形結(jié)構(gòu)控制行駛方向。而1914 年,美國(guó)福特先生創(chuàng)造第一條汽車生產(chǎn)線, 10 秒出一輛。舊時(shí)黃包車夫地位低下,常受人欺負(fù),憲兵、警察可以隨意使 喚坐車不給錢的。 “雞公車”的第二次變革是在宋代,變一人推動(dòng)為前后兩人把架、兩旁兩人扶拐,前用驢拉,稱“串車”。車子雖小巧,載重量卻可達(dá)二三百公斤。辒車,是古代一種臥車,據(jù)說(shuō)秦始皇在外駕崩,就是用辒車運(yùn)回宮的。《茍子“解蔽》:“奚仲作車”。專家們認(rèn)為,汽車是當(dāng)前世界最主要的交通工具,在將來(lái)它仍然是世界上的主要交通工具,別的任何開(kāi)工交通工具都不可能完全把汽車取代 . 中國(guó)汽車的歷史簡(jiǎn)介 座駕,意即有人坐有人駕駛的代步工具。這件事引起了全世界的廣泛關(guān)注,成為汽車發(fā)展史上一個(gè)特大新聞。汽車價(jià)格幾倍于戰(zhàn)前。 進(jìn)入 20 世紀(jì)以后,汽車不再僅是歐洲人的天下了,特別是亨利 .福特(HeneryFord)在 1908 年 10月開(kāi)始出售著名的 “T” 型車時(shí),這種車產(chǎn)量增長(zhǎng)驚人,短短 19 年,就生氣 1500 輛。該車是在買來(lái)的一輛四輪 “ 美國(guó)馬車 ” 上裝用他們制造的功率為 馬力,轉(zhuǎn)速為每分鐘 650 轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)后,該車以每小時(shí) 18 公里的當(dāng)時(shí)所謂 “ 令人窒息 ” 的速度從斯圖加特駛向康斯塔特,世界上第一輛汽油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪汽車就此誕生 了。市民們當(dāng)時(shí)曾呼吁取締這種汽車。這種蒸汽機(jī)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械,便產(chǎn)生了劃時(shí)代的第一次工業(yè)革命。這一百年,汽車發(fā)展的速度是 如此驚人!同時(shí),汽車工業(yè)也造就了多位巨人,他們一手創(chuàng)建了通用、福特、豐田、本田這樣一些在各國(guó)經(jīng)濟(jì)中舉足輕重的著名公司。 關(guān)鍵詞 :點(diǎn)焊、凸焊、縫焊、滾點(diǎn)(凸)焊、焊條電弧焊、 CO2 氣體保護(hù)焊、氬弧焊、氣焊、釬焊、摩擦焊、電子束焊和激光焊。在投資費(fèi)用中點(diǎn)焊約占 75%,其它焊接方法只占 25%。從卡爾 .本茨造出的第一輛三輪汽車以每小時(shí) 18 公里的速度,跑到現(xiàn)在,竟然誕生了從速度為零到加速到 100 公里 /小時(shí)只需要三秒鐘多一點(diǎn)的超級(jí)跑車。 在 1705 年,紐可門首次發(fā)明了不依靠人和動(dòng)物來(lái)作功而是靠機(jī)械來(lái)作功的實(shí)用化蒸汽機(jī)。說(shuō)起來(lái),這種車比現(xiàn)在的筑路用的壓道機(jī)還重,速度又低,常常撞壞未經(jīng)鋪修的路面,引起各種事故。與此同時(shí)在1893 年就與威廉 .邁巴特合作制成了第一臺(tái)高速汽油試驗(yàn)性發(fā)動(dòng)機(jī)的德國(guó)人戴姆勒 (Daimler)又在邁巴特的協(xié)助下,又于 1886 年在巴特坎施塔特制成了世界上第一輛 “ 無(wú)馬之車 ” 。盡管如此,坐在極為嘈雜和震動(dòng)非常厲害的機(jī)械上,不僅要飽受路人的嘲笑和日曬雨淋,而且全然沒(méi)有今日司機(jī)的舒適和氣派,況且馬車手認(rèn)為汽車搶占了他們的生意,當(dāng)汽車與馬車并行時(shí),他們常常揚(yáng)起皮鞭抽打汽車司機(jī)。例如第一次世界大戰(zhàn)表明了汽車運(yùn)輸?shù)臋C(jī)動(dòng)性,而且還培訓(xùn)了不少駕駛軍用卡車的駕駛員,他們中的很多人還學(xué)習(xí)到了一些汽車機(jī)械技術(shù),于是戰(zhàn)后汽車買賣興隆,在美國(guó),汽車制造商和附件的供應(yīng)商全負(fù)荷生產(chǎn)仍不能滿足要求的迅猛增長(zhǎng)。但誰(shuí)又能料到 1925 年才第一次出口汽車 (向我國(guó)上海 )的日本, 60 年后竟然出口汽車達(dá) 6400 萬(wàn)輛,登上了汽車王國(guó)的寶座。另外汽車的能耗,排放廢氣、噪聲和污染等公害也日將減少,安全性、使用方便性將日益提高, 即使再次發(fā)生石油危機(jī),汽車工業(yè)也不會(huì)受到很大的影響。后來(lái)皇上出游或戰(zhàn)爭(zhēng)需要,人們發(fā)明馬 (或牛、驢 )拉的兩輪車,這可從兵馬桶的出土和許多古跡壁畫上可以證實(shí)。辒,乃古代兵車之一種,四輪車,上蒙以生牛皮,下可容十人,又能往來(lái)運(yùn)土填塹,以攻城為主要任務(wù)。 到了漢代,四川民間出現(xiàn)了“雞公車”系用硬木制造,長(zhǎng) 4 尺,車架安設(shè)在獨(dú)輪兩側(cè),由一人掌扶兩個(gè)車把推行,有時(shí)也可前拉后推,載人載物均可。至于“作一木牛,連仰雙環(huán),人行六尺,車行車步的“木牛流馬”究竟屬何形態(tài),利用何種原理,仍是一個(gè)千古之謎。“路車”的任務(wù)是“長(zhǎng)途客運(yùn)”;“街車”專門在城內(nèi)“行駛”跑“短途客運(yùn)”,可以全城跑,但也設(shè)有“站口”,相當(dāng)于現(xiàn)在工交車的車站。這時(shí)的汽車很粗糙,性能差,往往車開(kāi)出不久,就會(huì)有麻煩,上坡時(shí)還要下來(lái)推車。一輛是涼篷式汽車,另一輛是折疊式軟篷,前排為雙輪座席,車輪是木制的,外面包上實(shí)心橡膠輪胎。 第二章: 焊接 在汽車制造中的運(yùn)用 車身的激光焊接 汽車車身由不同的金屬構(gòu)件及覆蓋件組成,例如車身框架是由上邊梁、下邊梁、縱梁、橫梁、立柱等金屬構(gòu)件所構(gòu)成;車身蒙皮是由頂蓋、翼子板、隔板等覆蓋件所組成。有人比喻,點(diǎn)焊是將兩塊鋼塊結(jié)合在一起,但鋼板之間有縫隙,受到一定外力的沖擊下,鋼板之間會(huì)同焊點(diǎn)的強(qiáng)度不夠而斷裂,而激光焊接是將兩塊鋼板的分子熔合在一起,也就是說(shuō)將兩塊鋼塊“合二為一”,焊接后的兩塊鋼板強(qiáng)度相當(dāng)于一塊鋼板。在汽車制造中,激光焊接主要用于車身框架結(jié)構(gòu)的焊接,例如頂蓋與側(cè)面車身的焊接,傳統(tǒng)焊接方法的電阻點(diǎn)焊已經(jīng)逐漸被激光焊接所取替。其中,分離成形方法是利用不同的壓機(jī)分別成形單個(gè)零件,然后將各個(gè)零件焊接起來(lái)組成目標(biāo)部件。 以車門內(nèi)板為例:為了保證功能的需要,車門內(nèi)板的主體必須有一定的柔性,而門板的前、后部需要有一定的強(qiáng)度。其優(yōu)勢(shì)如 下: 零件數(shù)量的減少,以及隨之而來(lái)的生產(chǎn)設(shè)備和制造工藝簡(jiǎn)化,大大提高了生產(chǎn)效率,降低整車制造及裝配成本; 由于產(chǎn)品的不同零件在成形前即通過(guò)激光連續(xù)焊接工藝焊接在一起,因而提高了產(chǎn)品的精度,大大降低了零部件的制造及裝配公差; 通過(guò)部件的優(yōu)化減輕了重量,從而降低油耗,處于環(huán)保時(shí)代,這一點(diǎn)非常重要; 由于不再需要加強(qiáng)板,也沒(méi)有搭接接縫,大大提高了裝配件的抗腐蝕性能; 通過(guò)消除搭接提高部件的耐腐蝕能力,大大減少了密封措施的使用; 通過(guò)對(duì)材料厚度以及質(zhì)量的嚴(yán)格篩選,在材料強(qiáng)度和抗沖擊性方面給零部件帶來(lái)本質(zhì)的 飛躍,同時(shí)改良了結(jié)構(gòu),在撞擊過(guò)程中,可以控制更多的能量得到吸收,從而改良車身部件的抗擊沖撞能力,提高車身的被動(dòng)安全性; 實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的最充分的利用,達(dá)到最合理的材料性能組合; 材料厚度的可變性以及其可靠的質(zhì)量,保證了在對(duì)某些重要位置的強(qiáng)化改進(jìn)可以順利進(jìn)行; 對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者而言增加了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性。 中國(guó)的激光拼焊板技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)在剛剛起步。 ,原材料難于適應(yīng)而進(jìn)行材料代用。用于冷沖壓的鋼材主要是鋼板和鋼帶,占整車鋼材消耗量的 %,冷沖壓材料與沖壓生產(chǎn)的關(guān)系十分密切,材料的好壞不僅決定產(chǎn)品的性能,更直接影響到?jīng)_壓工藝的過(guò)程設(shè)計(jì),影響到?jīng)_壓產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、使用壽命和生產(chǎn)組織,因此合理選用汽車沖壓件材料是 一個(gè)重要而復(fù)雜的工作。 汽車沖壓件主要以車身覆蓋件、車架縱梁和橫梁、
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