談汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中焊接自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

巢杰　程超　陳海龍

摘 要：隨著我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，汽車(chē)制造技術(shù)改革步伐也在不斷加快，焊接作為汽車(chē)制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是汽車(chē)制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的主要“陣地”。隨著人們對(duì)汽車(chē)制造技術(shù)要求的提升，車(chē)身流線、美觀度等成為了消費(fèi)者購(gòu)車(chē)的重要考慮因素，為了保證車(chē)身造型美和安全性，焊接自動(dòng)化技術(shù)逐漸成為汽車(chē)制造企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)，很多企業(yè)開(kāi)始研究機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和人工智能技術(shù)在汽車(chē)焊接自動(dòng)化技術(shù)中的運(yùn)用，進(jìn)一步提升汽車(chē)零部件和車(chē)身制造工藝，為我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)注入活力。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)產(chǎn)業(yè) 焊接技術(shù) 自動(dòng)化技術(shù) 應(yīng)用策略

Discussion about the Application of Welding Automation Technology in the Automobile Industry

Chao Jie，Cheng Chao，Chen Hailong

Abstract：With the rapid development of China's automobile industry， the pace of automobile manufacturing technology reform is also accelerating. As a key link of automobile manufacturing， welding is the main "front" of technological innovation. As people’s requirements for automobile manufacturing technology increase， body streamlines， and aesthetics have become important considerations for consumers when buying cars. To ensure the beauty and safety of the body shape， welding automation technology has gradually become the focus of technological innovation for automobile manufacturers. Many companies begin to study the application of mechanical technology， automation technology and artificial intelligence technology in automotive welding automation technology， further improve the manufacturing process of auto parts and bodywork， and inject vitality into the transformation and upgrading of China's auto industry.

Key words：automobile industry， welding technology， automation technology， application strategy

1 引言

隨著我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，焊接自動(dòng)化技術(shù)逐步成熟，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距逐漸縮小，我國(guó)汽車(chē)焊接自動(dòng)化逐步向智能化、集成化、柔性化和環(huán)保化發(fā)展，積極響應(yīng)了我國(guó)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)。汽車(chē)制造企業(yè)要積極研發(fā)焊接自動(dòng)化機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、流水線操作，在保證焊接精度和美觀度基礎(chǔ)上，提升焊接環(huán)節(jié)工作效率;積極更新自動(dòng)化控制技術(shù)，運(yùn)用PLC系統(tǒng)和虛擬仿真系統(tǒng)開(kāi)展操作，滿足不同標(biāo)準(zhǔn)焊接要求;促進(jìn)人工智能技術(shù)和焊機(jī)自動(dòng)化技術(shù)融合，運(yùn)用傳感、AI監(jiān)測(cè)等對(duì)焊機(jī)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，保證焊機(jī)自動(dòng)化加工質(zhì)量，全面提升汽車(chē)焊接自動(dòng)化技術(shù)質(zhì)量和安全性。

2 汽車(chē)產(chǎn)業(yè)焊接自動(dòng)化技術(shù)特點(diǎn)

2.1 降低生產(chǎn)成本，提升焊接效率

焊接自動(dòng)化技術(shù)主要由工業(yè)機(jī)器人完成，一臺(tái)自動(dòng)焊接機(jī)器人可以承擔(dān)3-4名工人的工作量，并且還可以連續(xù)工作，還可以大大降低焊接事故發(fā)生，工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工，焊機(jī)自動(dòng)化技術(shù)可以幫助企業(yè)降低人力成本，把更多資金運(yùn)用在新技術(shù)研發(fā)上。此外，焊接自動(dòng)化技術(shù)還可以幫助企業(yè)緩解“用工荒”，彌補(bǔ)部分企業(yè)缺少高級(jí)焊工的不足，利用高科技、標(biāo)準(zhǔn)化自動(dòng)焊接機(jī)器人來(lái)代替人力焊接，保證焊接工作的順利開(kāi)展，同時(shí)提升汽車(chē)焊接加工環(huán)節(jié)工作效率。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化焊接作業(yè)，提升加工質(zhì)量

焊接自動(dòng)化的一大優(yōu)勢(shì)在于標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，技術(shù)人員通過(guò)PLC技術(shù)或自動(dòng)化操作系統(tǒng)來(lái)設(shè)定焊接標(biāo)準(zhǔn)、焊接位置等技術(shù)參數(shù)，機(jī)器人就可以按照設(shè)定好的程序開(kāi)始工作，真正實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化作業(yè)，保證了汽車(chē)車(chē)身和零部件焊接質(zhì)量。人力焊接受自身技能、外部因素的干擾，焊接自動(dòng)化技術(shù)可以排除內(nèi)外部干擾，技術(shù)人員只要設(shè)定好焊接參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)軌跡、焊槍角度、材料融化溫度等數(shù)值，焊接程序就可以自動(dòng)運(yùn)行，避免出現(xiàn)焊穿、焊偏等問(wèn)題，提升焊接產(chǎn)品的合格率和加工精度。

2.3 自動(dòng)化焊接作業(yè)，優(yōu)化作業(yè)環(huán)境

焊接作業(yè)具有一定危險(xiǎn)性，屬于特殊工種，需要借助一定特殊材料和化學(xué)藥品，焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生弧光、粉塵和刺鼻氣味，一些材料在高溫熔化后會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，容易損害焊工的身體健康。焊接自動(dòng)化技術(shù)可以更好的保證焊工健康和安全，焊工可以通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，根據(jù)汽車(chē)、零部件焊接工藝要求來(lái)設(shè)定焊接程序指令，在車(chē)間進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和監(jiān)管即可，避免了焊工遭受職業(yè)病侵害，還可以降低焊工作業(yè)強(qiáng)度，提升焊接自動(dòng)化作業(yè)質(zhì)量。

3 新時(shí)期我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)焊接自動(dòng)化技術(shù)趨勢(shì)

3.1 趨向于構(gòu)建柔性化、自動(dòng)化加工系統(tǒng)

隨著消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)外形、性能要求的提升，車(chē)身外觀造型成為了汽車(chē)企業(yè)技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)，為了提升市場(chǎng)占有率，汽車(chē)企業(yè)紛紛開(kāi)始研發(fā)新車(chē)型，這對(duì)汽車(chē)焊接工藝提出了更高的要求。很多汽車(chē)企業(yè)開(kāi)始嘗試建立自動(dòng)化柔性焊接生產(chǎn)線，結(jié)合本企業(yè)主要車(chē)型焊接標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建設(shè)混合生產(chǎn)線，把不同規(guī)格的分總成焊接夾具組合在一起，滿足不同車(chē)型焊接要求，降低企業(yè)設(shè)備采購(gòu)成本，焊工也可以在一條生產(chǎn)線上完成所有焊接工作，有效提升汽車(chē)車(chē)身焊接生產(chǎn)線效率。

3.2 樹(shù)立綠色環(huán)保發(fā)展理念

汽車(chē)車(chē)身焊接主要采用熔化焊、壓力焊和釬焊等方式，這些傳統(tǒng)焊接方式在作業(yè)過(guò)程中會(huì)釋放污染物，不僅影響作業(yè)人員健康，還會(huì)影響車(chē)間環(huán)境。焊接自動(dòng)化由機(jī)器人完成，技術(shù)人員通過(guò)智能控制系統(tǒng)來(lái)設(shè)定焊接軌跡、焊槍角度以及焊接位置等程序，機(jī)器人根據(jù)指令進(jìn)行焊接，大大縮短焊接用時(shí)，從而減少弧光、噪音和煙塵等污染物產(chǎn)生，可以減輕車(chē)間環(huán)境污染，還可以節(jié)省焊接材料，落實(shí)好綠色環(huán)保理念，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.3 研發(fā)適合新材料的焊接技術(shù)

新時(shí)期我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)倡導(dǎo)輕量化發(fā)展，這一理念滲透在汽車(chē)設(shè)計(jì)、制造和材料選擇上，尤其是汽車(chē)車(chē)身加工材料更注重輕量化，以便制造出更加美觀的流線車(chē)型。很多汽車(chē)企業(yè)開(kāi)始嘗試把更為輕薄、韌性更好的新材料運(yùn)用在車(chē)身設(shè)計(jì)中，例如我們熟悉的鍍鋅板、鎂鋁合金和高強(qiáng)度纖維復(fù)合板等新材料，這些材料不僅抗撞擊效果比較好，在焊接時(shí)更容易成型，它們正在成為汽車(chē)車(chē)身橫梁、縱梁以及車(chē)身板簧支架的主要制作材料。

4 汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中焊接自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用策略

4.1 加快研發(fā)焊接機(jī)器人，提升加工效率

汽車(chē)制造企業(yè)要積極研發(fā)焊接機(jī)器人工作站以及混合生產(chǎn)線，全面普及焊機(jī)自動(dòng)化技術(shù)，逐步打造“無(wú)人焊接車(chē)間”。焊接機(jī)器人是焊機(jī)自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)，企業(yè)可以加快研發(fā)機(jī)器人控制系統(tǒng)、焊槍、機(jī)器人末端執(zhí)行器、示教器以及視頻識(shí)別系統(tǒng)等一體化工作站，技術(shù)人員可以在操作臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，通過(guò)視頻識(shí)別系統(tǒng)觀察焊接作業(yè)進(jìn)展。末端執(zhí)行器是焊機(jī)機(jī)器人研發(fā)難點(diǎn)，技術(shù)人員要根據(jù)不同焊接工藝要求安裝不同的夾具和機(jī)械臂，方便旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)加工工件，確保對(duì)準(zhǔn)焊接點(diǎn)，保證焊接點(diǎn)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，例如在焊接汽車(chē)電子控制系統(tǒng)面板時(shí)，需要換上小型號(hào)夾具，控制好面板，再利用機(jī)械臂把相應(yīng)零部件焊接在對(duì)應(yīng)位置，技術(shù)人員通過(guò)設(shè)定翻轉(zhuǎn)程序來(lái)控制面板移動(dòng)，確保所有零部件都焊接在觸點(diǎn)上。

4.2 搭建智能作業(yè)和檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施精細(xì)化焊接

焊接自動(dòng)化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、安全預(yù)警，企業(yè)可以在焊接自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝傳感器和視頻檢測(cè)系統(tǒng)，在線對(duì)車(chē)身焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，降低車(chē)身焊接返工率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。例如技術(shù)人員可以針對(duì)汽車(chē)車(chē)架焊接設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)，先對(duì)車(chē)架整體焊接點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)，選擇合適的焊鉗，例如X 形，C形焊鉗，再根據(jù)夾具總成來(lái)確定喉深、電極形狀，采用橫吊、縱吊還是轉(zhuǎn)吊方式來(lái)進(jìn)行焊接。技術(shù)人員確認(rèn)好這些基本信息后，可以利用焊接機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)，先對(duì)汽車(chē)車(chē)身進(jìn)行全面掃描，確認(rèn)全部焊接點(diǎn)，以及相應(yīng)的焊接軌跡，在控制面板和示教器上設(shè)定好相關(guān)參數(shù)，技術(shù)人員通過(guò)視頻監(jiān)視器進(jìn)行全程檢測(cè)。自動(dòng)感應(yīng)小車(chē)把車(chē)技運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)區(qū)域，再由機(jī)械手和機(jī)器人共同作業(yè)，機(jī)器人可以先把夾具固定到制定位置，選用激光焊接頭、釬焊等不同焊頭與焊槍進(jìn)行焊接。

4.3 優(yōu)化PLC系統(tǒng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工

PLC系統(tǒng)是焊接自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)，技術(shù)人員可以根據(jù)汽車(chē)車(chē)身、零部件焊接工藝要求來(lái)優(yōu)化PLC系統(tǒng)，利用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)把焊接工件送到操作臺(tái)上，自動(dòng)更換焊接夾具，還可以利用PLC系統(tǒng)識(shí)別車(chē)型、為不同車(chē)型匹配不同的焊接程序，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。例如技術(shù)人員可以利用西門(mén)子PLC系統(tǒng)控制激光焊接機(jī)器人以及焊接夾具系統(tǒng)，控制焊接機(jī)器人整個(gè)作業(yè)過(guò)程，通過(guò)設(shè)定指令要讓機(jī)器人更換夾具、激光器，控制整合焊接生產(chǎn)線電源，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)。例如技術(shù)人員在焊接汽車(chē)白車(chē)身時(shí)，可以運(yùn)用PLC系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)焊接自動(dòng)化程序，工位上安裝焊接夾具，每套夾具上的氣缸為一組，并安裝三位五通電磁換向閥，氣缸上還要安裝干簧管磁性開(kāi)關(guān)，把機(jī)器人通訊接口和夾具識(shí)別系統(tǒng)連接起來(lái)，設(shè)定好溫度和位置傳感器，一旦焊接點(diǎn)溫度太高或機(jī)器人未到達(dá)焊接點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，PLC系統(tǒng)會(huì)記錄激光焊接機(jī)器人作業(yè)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接過(guò)程中存在的問(wèn)題，隨時(shí)調(diào)整程序代碼，保證汽車(chē)焊接自動(dòng)化作業(yè)的穩(wěn)定性和安全性。汽車(chē)企業(yè)要根據(jù)主要生產(chǎn)車(chē)型編寫(xiě)不同的PLC控制程序，方便技術(shù)人員根據(jù)汽車(chē)型號(hào)選擇不同的焊接程序，對(duì)汽車(chē)零部件、車(chē)架和車(chē)身進(jìn)行自動(dòng)化焊接，嚴(yán)格把控焊接位置、焊接軌跡和焊接痕跡平整度，提升汽車(chē)外形美觀度。

4.4 優(yōu)化機(jī)械操控技術(shù)，滿足汽車(chē)不同焊接要求

焊機(jī)自動(dòng)化需要機(jī)械裝置的配合，需要利用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)來(lái)完成操作，例如固定機(jī)械裝置和轉(zhuǎn)化機(jī)械裝置，方便焊接機(jī)器人進(jìn)行操作。例如汽車(chē)車(chē)架焊接結(jié)構(gòu)零件一般在2-4mm，對(duì)焊接精準(zhǔn)度和技術(shù)要求比較高，技術(shù)人員可以為機(jī)器人設(shè)定CO2氣體保護(hù)焊方法，控制好夾具定位面和壓緊塊以及焊接制件之間的縫隙，用夾具加緊焊接部位，防止車(chē)架在焊接時(shí)出現(xiàn)變形。焊接自動(dòng)化要遵循對(duì)稱(chēng)焊接原則，從車(chē)架中央向前尾方向開(kāi)始焊接，然后再向左右兩側(cè)進(jìn)行焊接，盡量把焊縫安排在車(chē)架結(jié)構(gòu)截面的中性軸上或靠近中性軸的位置上，減少焊縫引起的撓曲。焊接完成后還要對(duì)車(chē)架進(jìn)行矯正，技術(shù)人員可以設(shè)定機(jī)械矯正法，以車(chē)架中部為中心，把整個(gè)車(chē)架放置在校正夾具上，分別向車(chē)架前端或后端四點(diǎn)施加外力，減少車(chē)架總成壓縮變形區(qū)的金屬變形，矯正車(chē)架外形。

5 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)企業(yè)要加強(qiáng)焊接自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)，把人工智能、機(jī)械自動(dòng)化、PLC系統(tǒng)技術(shù)融入焊接自動(dòng)化研究中，立足汽車(chē)焊機(jī)工藝發(fā)展趨勢(shì)，積極打造焊接自動(dòng)化生產(chǎn)線，研發(fā)智能化焊接機(jī)器人，不斷提升汽車(chē)車(chē)身、車(chē)架和零部件焊接工藝精度，為我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)貢獻(xiàn)一份力量。

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