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1、汽车焊接技术现状及发展趋势 目 录 第一章：绪论第一章：绪论 .4 1.1 前言4 1.2 汽车的发展史4 1.3 中国汽车的历史简介8 1.4 中国汽车发展史9 第二章：焊接在汽车制造中的运用第二章：焊接在汽车制造中的运用 .10 2.1 车身的激光焊接10 摘摘 要：要：焊接是现代机械制造业中一种必要的工艺方法，在汽车制造中得 到广泛的应用。汽车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大总成都 离不开焊接技术的应用。在汽车零部件的制造中，点焊、凸焊、缝焊、滚点 （凸）焊、焊条电弧焊、CO2 气体保护焊、氩弧焊、气焊、钎焊、摩擦焊、电 子束焊和激光焊等各种焊接方法中，由于点焊、气体保护焊、
2、钎焊具有生产量 大，自动化程度高，高速、低耗、焊接变形小、易操作的特点，所以对汽车车 身薄板覆盖零部件特别适合，因此，在汽车生产中应用最多。在投资费用中点 焊约占 75%，其它焊接方法只占 25%。 关键词关键词：点焊、凸焊、缝焊、滚点（凸）焊、焊条电弧焊、CO2 气体保护 焊、氩弧焊、气焊、钎焊、摩擦焊、电子束焊和激光焊。生产量大、自动化程 度高、高速、低耗、焊接变 形小、易操作。 English abstract:The welding is in the modern machine-building industry one essential technique, obtains t
3、he widespread application in the automobile manufacture. Automobiles engine, the gear box, Che Qiao, the frame, the automobile body, the compartment six big total Chengdu cannot leave the bonding technique the application. In the automobile spare parts manufacture, the spot welding, welds, the seam
4、to weld, rolls (raised) to weld, the welding rod arc welding, the CO2 shielded welding, the argon arc welding, the gas welding, the braze welding, the friction welding, the electron beam welding and the laser raised welds and so on each welding method, because the spot welding, the shielded welding,
5、 the braze welding have the productivity to be big, the automaticity is high, high speed, the low consumption, the welding deformation small, easy to operate characteristic, therefore to automobile body thin steel plate cover spare part especially qualify, therefore, applies many in the automobile p
6、roduction. The spot welding approximately composes 75% in the investment expenses, other welding method only accounts for 25%. Key word: The spot welding, welds, the seam to weld, rolls (raised) to weld, the welding rod arc welding, the CO2 shielded welding, the argon arc welding, the gas welding, t
7、he braze welding, the friction welding, the electron beam welding and the laser raised welds. The productivity is big, the automaticity high, high speed, the low consumption, the welding change the shape small, easy to operate. 第一章：绪论第一章：绪论 1.1 前言前言 当前，我国经济正面临着加速发展、调整结构、提高效益的重大任务，需 要全社会提高科技意识，多方面增加科
8、技投入，真正依靠科技进步。科技工作 要面向经济建设主战场，在开发研究、高新技术及其产业、基础性研究这三个 方面合理配置力量，确定各自攀登高峰的目标。 1.2 汽车的发展史汽车的发展史 汽车自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔.本 茨造出的第一辆三轮汽车以每小时 18 公里的速度，跑到现在，竟然诞生了从速 度为零到加速到 100 公里/小时只需要三秒钟多一点的超级跑车。这一百年，汽 车发展的速度是如此惊人！同时，汽车工业也造就了多位巨人，他们一手创建 了通用、福特、丰田、本田这样一些在各国经济中举足轻重的著名公司。让我 们一起来回望这段历史，品味其中的辛酸与喜悦，体会汽车给
9、我们带来的种种 欢乐与梦想 汽车同其它现代高级复杂工具如电子计算机等一样，并非是哪一个人坐在 那里发明了的。发明之初的汽车也不是现在之个式样，如果你能见到当时的汽 车，你也可能认为这不是汽车呢。汽车的发展也有一个漫长的历程，总的说来， 汽车发展史可能分为蒸汽机发明前、蒸汽汽车的问世、大量流水生产汽车开始 等三个阶段。 人类最初的工作劳动完全是由本身来完成，根本没有什么汽车和发动机， 如果说有的话，在未使用牛和马之前使用的是人体的股份这台发动机。奴隶就 是一种“生物发动机” 。随着人类的进步与发展，人们对自然界的认识越来越深， 利用自然、改造自然的能力日益加强，人们不仅使用人力、畜力、而且知道使
10、 用水力、风力。 在 1705 年，纽可门首次发明了不依靠人和动物来作功而是靠机械来作功的 实用化蒸汽机。这种蒸汽机用于驱动机械，便产生了划时代的第一次工业革命。 随着蒸汽驱动的机械即汽车的诞生，人类社会中便拉开了永无休止的汽车发展 的序幕。 1769 年，法国人 N.J.居纽(Cugnot)制造了世界上第一辆蒸汽驱动三轮汽 车。到 1804 的年，脱威迪克(Trouithick)又设计并制造了一辆蒸汽汽车，这辆 汽车还拉着十吨重的货物在铁路上行驶了 15.7 公里。 1831 年，美国的哥德史沃奇.勒(ColdsworthyGur-ney)将一台蒸汽汽车投 入运输，相距 15 公里格斯特夏和
11、切罗腾哈姆之间便出现了有规律的运输服务， 这台运输车走完全程约需 45 分钟。此后的三年内，伦敦街头也出现了蒸汽驱动 公共汽车。当这个笨重的怪物在英国城镇奔跑时，曾引起了很大的骚动。说起 来，这种车比现在的筑路用的压道机还重，速度又低，常常撞坏未经铺修的路 面，引起各种事故。市民们当时曾呼吁取缔这种汽车。为此英国制订了所谓的 “红旗法规” ，具有讽剌意味的是，由于这条法规的实施，使得英国后来在制造 汽车的起步上大大落后于其它工业国家。 由于蒸汽汽车本身又笨又重，乘坐蒸汽汽车又热又脏，为了改进这种发动 机，艾提力.雷诺(EtienceLenor)在 1800 年制造了一种与燃料在外部燃烧的蒸 汽
12、机(即外燃机)所不同的发动机，让燃料在发动机内部燃烧，人们后来称这类 发动机为内燃机。 1876 年康特.尼古扎.奥托(CountNicholasOtto)又发明了对进入汽缸的空 气和汽油混合物先进行压缩，然后点火，提高了发动机效率。这种发动机具有 进气、压缩、作功、排气四个行程，为了纪念奥托的发明，人们把这种循环改 称为奥托循环。 1879 年德国工程师卡尔.苯茨(KartBenz)，首次试验成功一台二冲程试验 性发动机。1883 年 10 月，他创立了“苯茨公司和莱茵煤气发动机厂” ，1885 年 他在曼海姆制成了第一辆苯茨专利机动车，该车为三轮汽车，采用一台两冲程 单缸 0.9 马力的汽
13、油机，此车具备了现代汽车的一些基本特点，如火花点火、 水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动前轮转向和制动手把等。与此 同时在 1893 年就与威廉.迈巴特合作制成了第一台高速汽油试验性发动机的德 国人戴姆勒(Daimler)又在迈巴特的协助下，又于 1886 年在巴特坎施塔特制成 了世界上第一辆“无马之车” 。该车是在买来的一辆四轮“美国马车”上装用他 们制造的功率为 1.1 马力，转速为每分钟 650 转的发动机后，该车以每小时 18 公里的当时所谓“令人窒息”的速度从斯图加特驶向康斯塔特，世界上第一辆 汽油发动机驱动的四轮汽车就此诞生了。实际使用表明，此车使用良好。第二 年苯茨第一次
14、把三轮汽车卖给了一个法国巴黎人，由于这种三轮汽车设计可靠， 选材和制造精细，受到了好评，销路日广。 由于上述原因，人们一般都把 1886 年作为汽车元年，也有些学者把卡尔. 苯茨制成第一辆三轮汽车之年(1885)，视为汽车诞生年。苯茨和戴姆勒则被尊 为汽车工业的鼻祖。这是汽车发展史上的第二件大事。 需要说明的是，那时的汽车司机必须是勇敢、机智的机械修理工，在许多 场合下他不得不“从汽车内爬出或爬到汽车下”或者到乡下铁匠那儿去修车， 所以一般人是望车莫及的。尽管如此，坐在极为嘈杂和震动非常厉害的机械上， 不仅要饱受路人的嘲笑和日晒雨淋，而且全然没有今日司机的舒适和气派，况 且马车手认为汽车抢占了
15、他们的生意，当汽车与马车并行时，他们常常扬起皮 鞭抽打汽车司机。 进入 20 世纪以后，汽车不再仅是欧洲人的天下了，特别是亨利.福特 (HeneryFord)在 1908 年 10 月开始出售著名的“T”型车时，这种车产量增长惊 人，短短 19 年，就生气 1500 辆。此间的 1913 年福特汽车公司还首次推出了流 水装配线的大量作业方式，使汽车成本大跌，汽车价格低廉，不再仅仅是贵族 和有钱人的豪华奢侈品了，它开始逐渐成为大众化的商品。也是此时开始，美 国汽车便成为世界宠儿，福特公司也因此成为名副其实的汽车王国。所以，人 们说，汽车发明于欧洲，但获得大发展那是在本世纪初 30 年代的美国。福
16、特采 用流水作业生产汽车，在汽车发展史上树起了第三块里程碑。 短短几年时间，汽车已经从一种实验性的发明转变为关联产业最广、工业 技术波及效果最大的综合性工业。因此，汽车工业的发展不仅依赖于汽车行业 本身的技术进步，而且也取决于汽车工业应用这些技术的投资能力和世界汽车 市场的投放容量，两者相互影响并受到整个经济形势的发展，及人们对环境要 求和能源及原材料供应、意外变化及国家政策等的影响。例如第一次世界大战 表明了汽车运输的机动性，而且还培训了不少驾驶军用卡车的驾驶员，他们中 的很多人还学习到了一些汽车机械技术，于是战后汽车买卖兴隆，在美国，汽 车制造商和附件的供应商全负荷生产仍不能满足要求的迅猛
17、增长。汽车价格几 倍于战前。但时隔不久由于经济箫条汽车高需求即宣告结束。到了第二次世界 大战后，在英国，汽车的需要量比第一次世界大战后更高，几乎生产多少就可 售出多少。大战中的美国发了横财，战后的美国工业越发兴旺，汽车生产在世 界上始终处于遥遥领先的地位。汽车、钢铁、建筑这三大工业曾被誉为“三大 支柱” ，而汽车工业更是美国工业骄傲的象征，长期以来，他们一直以研究豪华 小汽车为主。但当 1973 年首次发生石油危机时，美国汽车工业便受到很大的冲 击，而日本似乎对此早有察觉，他们大量研制生产的是小型节油汽车，结果终 于在 1980 年把美国赶下了“汽车王国”的宝座，取而代之。 日本真可谓“后起之
18、秀” ，当历史进入 20 世纪，日本才出现第一部汽车， 几年后日本人才开始研制汽车。但谁又能料到 1925 年才第一次出口汽车(向我 国上海)的日本，60 年后竟然出口汽车达 6400 万辆，登上了汽车王国的宝座。 这件事引起了全世界的广泛关注，成为汽车发展史上一个特大新闻。当然美国 也决不会就此罢休，到底鹿死谁手还很难预料。未来的汽车市场仍是世界市场 中竞争最为激烈的市场。有人以美国汽车之王通用汽车公司为例，它平均每 15 分钟用于汽车生产的投资就高达 180 万美元，这真是令人惊讶的数字。因此， 人们预料在将来，只有资金庞大的汽车公司才能有这样的投资能力，不过由于 有政府等各界支持，未来汽
19、车舞台也不是大公司唱独有戏，中小型汽车公司也 会有很大的发展。 为了占领未来汽车市场，如今已有许多公司把各种先进技术和装备，如微 型电子计算机、无线电通讯、卫星导航等等新技术、新设备和新方法、新材料 广泛应用于汽车工业中，汽车正在走向自动化和电子化。有了卫星导航系统， 汽车可接收交通卫星的通信资料，确定汽车所在位置，从而自动提供最优行车 路线，并且显示出交通图；汽车的雷达系统可以把障碍物的距离和大小告诉给 驾驶员，这样停车就更容易；而语言感知系统可以用图、表和声音告诉驾驶人 员汽车的各个部位情况，此外还可按“音”行事，执行驾驶有关指令等等。另 外汽车的能耗，排放废气、噪声和污染等公害也日将减少
20、，安全性、使用方便 性将日益提高，即使再次发生石油危机，汽车工业也不会受到很大的影响。专 家们认为，汽车是当前世界最主要的交通工具，在将来它仍然是世界上的主要 交通工具，别的任何开工交通工具都不可能完全把汽车取代. 1.3 中国汽车的历史简介中国汽车的历史简介 座驾，意即有人坐有人驾驶的代步工具。 每天迎着晨曦，眺望满街的车水马龙，汽车像蝗虫一样塞满了街道，开车的， 乘车的满脸焦虑，汽车已经主宰了交通工具市场。现代文明带来的负面影响， 在“车”的世界里都发挥得淋漓尽致。以车代步发展到如今，是否还可以激发 起人们对车的怀旧情结？那些原始和落后的交通工具，伴随乘车人、拉车人那 份怡然自得的心理却又
21、是十分难得的。 在所有的历史变迁中，车的变迁，可谓与人们生活息息相关，都具有时代 个性，代表着一种文化背景和品位。从它的由简到繁、由人(畜)力到机械、由 慢到快我无法考证其“车”的沧桑巨变，据说在我国就有几千年的历史。 古时英雄好汉驰聘沙场是骑马，留下了几多惊险神话。后来皇上出游或战 争需要，人们发明马(或牛、驴)拉的两轮车，这可从兵马桶的出土和许多古迹 壁画上可以证实。 苟子“解蔽：“奚仲作车” 。 “奚仲，夏禹时车正。黄帝时 已有车服，故谓之轩辕” 。轩，就是古代一种前顶较高而有帐幕的车子，供大夫 以上乘坐。 “啸嗷东轩下” 、 “月上轩而飞光”的情境是多么令人景仰。杜牧阿 房宫赋：曰“雷
22、霆乍惊，宫车过也，辘辘远听。 ” “车骑塞巷，宾客盈座” ，又 是另一般场景。辒，乃古代兵车之一种，四轮车，上蒙以生牛皮，下可容十人， 又能往来运土填堑，以攻城为主要任务。辒车，是古代一种卧车，据说秦始皇 在外驾崩，就是用辒车运回宫的。辎车，则是古代一种有帷盖的大车，既可载 物，又可作卧车。 后汉书载：“云辎蔽路，万有三千余乘。 ”不由入想起杜 甫兵车行里车辚辚，马萧萧的战争场面。总之，古人颇具聪明才智，发明 车目繁多。且这些“座驾”多象征着权贵富豪的身份和地位。不过，这些车多 为畜力拉车。 到了汉代，四川民间出现了“鸡公车”系用硬木制造，长 4 尺，车架安设 在独轮两侧，由一人掌扶两个车把推
23、行，有时也可前拉后推，载人载物均可。 车子虽小巧，载重量却可达二三百公斤。 “鸡公车”因系独轮着地，所以无论平 原山地，小道皆可畅行无阻，是一种胜过人力担挑和畜力驮载的既经济又实用 的交通运输工具，是人类交通史上一项重要发明， “独”领风骚若干年代，至今 还在发挥“余热” ，在乡村，建筑工地仍有它的身影。据当代日本学者在研究自 行车发展史时，认为“鸡公车”是自行车的始祖。 到了三国时期，诸葛亮六出祁山时在陕西县黄河镇发明了“木牛流马”的 交通工具。 三国演义第 102 回交待此事，题作“司马懿占北原谓桥，诸葛亮 造木牛流马。 ”它比“鸡公车”进了一大步，可以爬坡上坎。靠着它，成都平原 出产的粮
24、秣才得以连续翻越“猿猱欲渡愁攀援”的巍巍秦岭。至于“作一木牛， 连仰双环，人行六尺，车行车步的“木牛流马”究竟属何形态，利用何种原理， 仍是一个千古之谜。 “鸡公车”的第二次变革是在宋代，变一人推动为前后两人把架、两旁两 人扶拐，前用驴拉，称“串车” 。第三次变革是在明代，在“串车”的基础上加 拱形席作顶，用来拉客，称为“双缱独轮车” 。第四次变革是在清代，增加了风 帆，巧妙地利用风力。 “鸡公车”后来跨江越淮，传到中原大地。在抗日战争和 解放战争时期， “鸡公车”将粮草、辎重运往前线，可谓旷世奇功。 到了 20 世纪初，城市里出现了双轮的人力黄包车，作为主要的“客运”工 具。黄包车又分“路车
25、”和“街车”两种。 “路车”的任务是“长途客运” ； “街车”专门在城内“行驶”跑“短途客运” ，可以全城跑，但也设有“站口” ， 相当于现在工交车的车站。旧时黄包车夫地位低下，常受人欺负，宪兵、警察 可以随意使唤坐车不给钱的。 人力客三轮历史并不悠久，解放初期才出现的，它比黄包车又进了一大步， 也可以说翻开了城市客运的新篇章，至今仍然是城市客运的一道亮丽的风景， 通行便捷，观市井浮华闹市，比小汽车更悦目爽心，颇受旅游者青睐。看来， 人力客三轮车，短时间内不会“绝迹” ，还会“风光”一个时期。 1.4 中国汽车发展史中国汽车发展史 说起“座驾”掌故多多。世界上最早的一辆汽车“风力大车” ，是
26、1600 年 由荷兰工程师 C史文发明制造，顺风时速可达 30km。世界上最早的一辆蒸气 汽车，1769 年法国陆军技术军官居诺花了 6 年时间制成，时速为 4km。世界上 最早的一辆汽油汽车，是 1860 年德国工程师卡尔本茨和戈特利布戴姆勒同时 制造出了新车，用重量轻、转速快的汽油发动机做动力，这是现代意义上的汽 车。这时的汽车很粗糙，性能差，往往车开出不久，就会有麻烦，上坡时还要 下来推车。而 1914 年，美国福特先生创造第一条汽车生产线，10 秒出一辆。 1997 年美国人又把汽车送上月球。汽车随着人类科技飞跃的发展而日新月异， 花样翻新。 我国的第一辆汽车于 1929 年 5 月在
27、沈阳问世，由张学良将军掌管的辽宁迫 击炮厂制造。张学良让民生工厂厂长李宜春从美国购进“瑞雪”号整车一辆， 作为样车。李宜春将整车拆卸，然后除发动机后轴、电气装置和轮胎等用原车 零件外，对其它零件重新设计制造，到 1931 年 5 月历时两年，终于试制成功我 国第一辆汽车，命名为民生牌 75 型汽车，开辟了中国自制汽车的先河，终究是 值得钦佩的。 我国最早进口汽车是在 1901 年(清光绪二十七年)，是匈牙利人李恩时 (Leine)将两辆汽车带人上海。一辆是凉篷式汽车，另一辆是折叠式软篷，前排 为双轮座席，车轮是木制的，外面包上实心橡胶轮胎。采用转向盘、转向带和 梯形结构控制行驶方向。照明用煤油
28、灯，喇叭是手揿的。这两辆车在上海招摇 过市，引起轰动。 自 1953 年 7 月第一汽车制造厂动工兴建，1956 年 7 月投产，1957 年 7 月 13 日我国生产出第一辆载货的解放牌汽车，又于 1958 年 5 月，我国第一汽车 制造厂自行研制设计生产了第一辆与当时政治风云起伏颠簸、荣辱与共的红旗 牌轿车，被誉为“东方神韵” 。几十年来，我国汽车工业得到了快速的发展。特 别是改革开放以来，汽车生产采用了各种高科技及人性化的安全及便利设施， 汲国外汽车科研之精华。不仅秉乘了传统的坚固造型，更具时尚汽车的柔媚风 貌，线条流畅，驾乘舒适的“座驾”新宠不断诞生。 第二章：焊接在汽车制造中的运用第
29、二章：焊接在汽车制造中的运用 2.1 车身的激光焊接车身的激光焊接 汽车车身由不同的金属构件及覆盖件组成，例如车身框架是由上边梁、下边梁、 纵梁、横梁、立柱等金属构件所构成；车身蒙皮是由顶盖、翼子板、隔板等覆 盖件所组成。汽车制造企业将这些零部件焊接在一起，就构成了一个完整的车 身。 焊接的方式有多种，目前一般汽车的车身焊接都是用点焊、缝焊、电弧 焊等方式。点焊是通过施加在点焊电极汇的电流将零件的接触表面熔化，然后 在压力作用下将零件的接触表面熔结在一起，主要用于车身构件及车架的焊接。 缝焊是用滚轮电极传递焊接电流与压力，通过滚轮与零件表面相对移动进行连 续的焊接，主要进行密封性焊接，例如油箱
30、及车顶盖。电弧焊是将零件表面局 部施以高温来熔化和连接零件，不需要施压的一种焊接方式，例如 CO2 焊，主 要用车于身蒙皮的焊接。 激光焊接是本世纪汽车工业上应用的新技术。它采用偏光镜反射激光产 生的光束，使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，例如激光束在聚焦点 上的直径为 0. 3-0. 5 毫米，可得到超过 106-108 瓦/平方厘米的光强，如果焦 点接近工件，工件表面会产生极高温度，在几毫秒内熔化，达到熔化结合的物 理变化，也就是起到了点焊的作用，但是焊接的牢固性超过普通的点焊。有人 比喻，点焊是将两块钢块结合在一起，但钢板之间有缝隙，受到一定外力的冲 击下，钢板之间会同焊点的强度不
31、够而断裂，而激光焊接是将两块钢板的分子 熔合在一起，也就是说将两块钢块“合二为一” ，焊接后的两块钢板强度相当于 一块钢板。 激光焊接设备的关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固体激光器， 又称 Nd:YAG 激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG 代表钇铝柘榴石，晶体 结构与红宝石相似。Nd:YAG 激光器波长为 1.06m，优点是产生的光束可以通 过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统，通常 用于焊接精度要求比较高的工件。汽车工业常用输出功率为 3-4 千瓦的 Nd:YAG 激光器。另一类是气体激光器，又称 CO2 激光器，分子气体作工作介质，产生 平均为
32、10.6m 的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，激光功率在 2- 5 千瓦之间，目前已有 2 0 千瓦在实验运用。 激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽 度比高，例如焊缝宽 1 毫米，深为 5 毫米，因此焊接极为牢固，表面焊缝宽度 很小，连接间隙实际为零，焊接质量比传统方法高。所以在一些用激光焊接的 汽车顶壳是不用装饰条遮蔽焊接线的，例如上海大众的帕萨特和 Polo。在汽车 制造中，激光焊接主要用于车身框架结构的焊接，例如顶盖与侧面车身的焊接， 传统焊接方法的电阻点焊已经逐渐被激光焊接所取替。用激光焊接技术，既提 高了工件表面的美观，又降低了板材使用量，由于
33、零件焊接部位几乎没有变形， 不需要焊后热处理，还提高了车身的刚度。 2.2 激光拼焊板技术在汽车零部件制造领域的应用 拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板， 以满足零部件对材料性能的不同要求。激光焊接凭着多项显著的优点，非常适 合用于生产拼焊板。本文介绍激光拼焊板技术的发展、优势及应用现状。 市场风云变幻，只有被注入了最新技术成果的产品才能在日益激烈的市场 竞争中胜出。激光拼焊板是高新技术的产物，拼焊板工艺的出现解决了汽车零 件制造中各种不同甚至是矛盾的需求。 技术的发展 传统上汽车车身零件有两种成形方法：分离成形和整体成形。其中，分离 成形方法是利用不同的压机分别
34、成形单个零件，然后将各个零件焊接起来组成 目标部件。这种方法虽然提高了材料选择的灵活性，但同时也增加了冲压和加 工成本、装配成本以及形状配合问题，并且由于点焊时材料的重迭额外增加了 车身的重量。 整体成形方法则是在一台压机上将一块整体板同时成形几个零件。从车身 结构设计的观点来看，每个车身零件具有不同的厚度和抗腐蚀性能要求，如果 是单一板成形，必须对所有零部件的材料采用相同的等级、镀层类型和材料厚 度，导致对某些零件的选材裕度过大，从而增加了车身的重量，提高了成本， 并且还会增大成形难度。这是整体成形方法与分离成形方法相比的一大缺点。 为了降低车身重量、提高车身的装配精度、增加车身的刚度、降低
35、汽车车 身制造过程中的冲压和装配成本，减少车身零件的数目同时将其整体化是非常 必要的。因而，一种同时克服传统分离成形方法和整体成形方法的缺点的生产 形式拼焊板冲压成形发展起来了。 技术特点 拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板， 以满足零部件不同部位对材料不同性能的要求。 以车门内板为例：为了保证功能的需要，车门内板的主体必须有一定的柔 性，而门板的前、后部需要有一定的强度。如果采用传统的冲压成形方法就需 要另外设计加强板，而采用拼焊技术，可先将三块不同厚度的钢板拼焊成一块 整板（如图 1） ，即可冲压成形。 激光拼焊板技术是基于成熟的激光焊接技术发展起来的现代加工
36、工艺技术。 激光焊接的高能密度、无填料、无搭接、深熔、速度快等特点，使得激光拼焊 板技术具有以下特点： 焊缝处的热应变值较低，热影响区小，通过激光束的聚焦给焊接边缘提供需 要的高能量，聚焦点的直径可以达到零点几个毫米，保留良好的材料成形性能； 焊缝较狭窄且平整，消除成形过程的不利影响，避免了破坏工具、模具的 危险； 焊接生产效率高，能够实现高度自动化。 激光拼焊板生产设备主要有：传送装置、激光焊接设备、机械手、在线无 损检测设备等。一般根据产量的不同，可以采用不同的设备组合。 激光焊接的主要工艺流程：卷料开平 落料 激光焊接 冲窝（如果需 要） 堆垛包装 技术优势 采用激光拼焊板可以给汽车制造
37、业带来巨大的经济效益，如车身装配中的 大量点焊，把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接，凸缘宽度需要 16mm，而激光 拼焊板无需搭接，点焊改为激光拼焊技术可以节省钢材，节省的用量视采用拼 焊板的数量而定；用传统点焊焊接两片 0.8mm 的钢板冲压件，平均是 20 点 /min，焊距是 25mm，速度则为 0.5m/min，这会耗费相当的时间，采用激光拼焊 板替代点焊工艺后所需要的时间可以得到大量节省、焊接质量得到质的提高。 如此例子不胜枚举。其优势如下： 零件数量的减少，以及随之而来的生产设备和制造工艺简化，大大提高了 生产效率，降低整车制造及装配成本； 由于产品的不同零件在成形前即通过激光连续焊
38、接工艺焊接在一起，因而 提高了产品的精度，大大降低了零部件的制造及装配公差； 通过部件的优化减轻了重量，从而降低油耗，处于环保时代，这一点非常 重要； 由于不再需要加强板，也没有搭接接缝，大大提高了装配件的抗腐蚀性能； 通过消除搭接提高部件的耐腐蚀能力，大大减少了密封措施的使用； 通过对材料厚度以及质量的严格筛选，在材料强度和抗冲击性方面给零部 件带来本质的飞跃，同时改良了结构，在撞击过程中，可以控制更多的能量得 到吸收，从而改良车身部件的抗击冲撞能力，提高车身的被动安全性； 实现对材料性能的最充分的利用，达到最合理的材料性能组合； 材料厚度的可变性以及其可靠的质量，保证了在对某些重要位置的强
39、化改 进可以顺利进行； 对产品的设计者而言增加了产品设计的灵活性。 应用现状 从 20 世纪 80 年代中期开始，拼焊板作为新技术在欧洲、美国、日本得到 了广泛的关注。拼焊板工艺主要是为汽车行业进行配套服务，尤其在车身零部 件生产、制造和设计方面，拼焊板的使用有着巨大的优势。目前，无论实验室 还是汽车制造厂的实践经验，均证明了拼焊板可以成功地应用于汽车车身的制 造。 1985 年德国蒂森钢铁公司与德国大众汽车公司合作，在 Audi100 车身上成 功采用了全球第一块激光拼焊板。90 年代欧洲、北美、日本各大汽车生产厂开 始在车身制造中大规模使用激光拼焊板技术，近年来该项技术在全球新型钢制 车身
40、设计和制造上获得了日益广泛的应用。奔驰、宝马、通用等各大汽车生产 厂相继在车身中采用了激光拼焊板技术。目前，由拼焊板生产的汽车零部件主 要有前后车门内板、前后纵梁、侧围、底板、车门内侧的 A、B、C 立柱、轮罩、 尾门内板等。 中国的激光拼焊板技术应用现在刚刚起步。2002 年 10 月 25 日，中国第一 条激光拼焊板专业化商业生产线正式投入运行，作为全球最大拼焊板制造供应 商的德国蒂森克虏伯集团拼焊板有限公司在海外的第八家公司（在亚洲的第一 家） ，武汉蒂森克虏伯中人激光拼焊有限公司引进蒂森克虏伯公司生产的 8kWCO2 直线连续激光焊接生产线(Linear laser welding l
41、ines)（如图 4） ，并 采用蒂森克虏伯拼焊板公司的全套专有技术和质量控制体系进行生产和工艺开 发，该线最小工件间距为 50mm，焊接速度可达 10m/min，年生产能力可达 20,000 吨（一条线） 。公司目前已为国内各大汽车生产企业提供配套服务。激 光拼焊板不再依赖进口，给中国汽车制造 2mm 工程带来直接的好处，使完美的 车身制造质量成为可能，将大大促进中国汽车零部件制造水平的提高。 汽车冲压(焊接)材料的合理选择 1、问题的提出 一般来说，产品设计和工艺人员遇到下列情况时，都会涉及材料选用问题。 a设计新产品时，就要根据产品的技术经济指标、对零部件的作用、受力 情况和工作条件以及
42、工艺要求选用材料。 b.改进产品或仿制产品时，可在原产品和仿制品的基础上提出改进方案， 根据改制和仿制的要求选用合适的材料。 c.进口产品国产化时，要对其样品进行技术分析和性能试验，提出性能与 之相当的新材料。 d.改变工艺流程时，原材料难于适应而进行材料代用。在生产过程中，采 用新材料、新工艺、新技术和节支降耗都涉及材料的变更问题。 e.原材料供需发生问题时，为确保生产的顺利进行，需要进行临时的或长 久的材料变更。 因此，为产品合理选用材料，选择适用性的材料是保证产品使用性、工艺 性、经济性的基础。据德国统计局统计，生产 1 辆汽车的费用按比例分配为原 材料占 53%、制造占 30%、设计开
43、发占 5%、其他占 12% 。由此可以看出，原材 料的选择直接决定了汽车性能和经济性。 汽车生产中采用了大量的冷冲压工艺，该工艺不仅生产效率高，产品质量 稳定，而且非常适合汽车工业多品种、大批量生产的需要。在中、重型汽车中， 大部分覆盖件如车身外板等，及一些承重和支撑件如车架、车厢等零部件都是 冲压件。用于冷冲压的钢材主要是钢板和钢带，占整车钢材消耗量的 72.6%, 冷冲压材料与冲压生产的关系十分密切，材料的好坏不仅决定产品的性能，更 直接影响到冲压工艺的过程设计，影响到冲压产品的质量、成本、使用寿命和 生产组织，因此合理选用汽车冲压件材料是一个重要而复杂的工作。 在汽车冲压件中，一部分冲压
44、件经冲压后直接成为汽车零部件，另一部分 冲压件经冲压后还需经过焊接、或机械加工、或油漆等工艺加工后才能成为汽 车零部件。因此，冲压材料的选用既要符合产品使用性能的要求，也要满足冲 压工艺要求及后续加工（如焊接、机械加工等）要求。 通常在选择冲压材料时应遵循以下原则： a.所选材料首先应满足零件的使用性能要求； b:所选材料要有较好的工艺性能； c.所选材料要有较好的经济性。 下面从零件使用性能、不同加工工艺对汽车冲压材料的要求来试论述冲压 件选材的原则及注意事项。 2、汽车冲压件的使用性能对冲压材料性能的要求 所谓使用性能，是指机械零件在服役条件下所表现出来的力学性能、物理 和化学性能。使用性
45、能是选材时要考虑的最主要因素。不同的零件所要求的使 用性能也不一样，在选材时，首要的任务就是准确地判定零件所要求的主要使 用性能。 汽车冲压件主要以车身覆盖件、车架纵梁和横梁、车厢、车轮及发动机用 的覆盖件为主，还有一些支撑件与连接件。每个具体的汽车零部件的使用和工 作条件不同，承受的负荷不同，因此对用材的要求也有很大的差异。 21 汽车驾驶室零部件对材料性能的要求 汽车驾驶室零部件大都是覆盖件，外形复杂，成形复杂，但受力不大，采 用模具成形工艺，材料的成形性能就成了主要矛盾，因此要求材料具有成形性、 张紧刚性、延伸性、抗凹性、耐腐性和焊接性等。产品设计时，通常根据板制 零件受力情况和形状复杂
46、程度来选择钢板品种。一般选用拉延性能优良的低碳 冷轧钢板、超低碳冷轧钢板。近几年，成形性优异、强度更高的含磷冷轧钢板、 高弓童度冷轧钢板、冷轧双相钢板、烘烤硬化冷轧钢板、超低碳钢高强度冷轧 钢板以及其他种类钢板如涂镀层钢板、拼焊钢板和 TRIP 钢板等，也被大量应用 到车门外板、车门内板、车门加强板、车顶盖、行李箱盖板和保险杠等汽车车 身零件上。东风重型汽车车身目前常用的材料牌号及拉延级别如表 1。 2.2 汽车车厢零件对材料性能的要求 汽车车厢零件形状不太复杂，大都采用辊压成形工艺，对材料的成形性、 刚性、耐腐蚀性和焊接性都有一定的要求。一般选用成形性能和焊接性较好的 高强度钢板。通常，采用
47、强度级别为 300-600 MPa 高强度钢板和超细晶粒钢。 东风重型汽车车厢常用的材料牌号及强度要求如表 2 2.2.3 汽车车架零件对材料性能的要求 车架、车厢中板及一些用于支撑和连接的零部件，都是重要的承载件，大 都采用模具成形工艺，要求材料有较高的强度和较好的塑性，以及疲劳耐久性、 碰撞能量吸收能力和焊接性等。一般选用成形性能较好的高强度钢板、超细晶 粒钢板（强度级别在 300-610 MPa）和超高强度板（强度级别在 610-1000 MPa） 。 东风重型汽车车架及一些用于支撑和连接的零部件常用的材料牌号及强度要求 如表 3. 3、冲压工艺对冲压材料性能的要求 冲压工艺一般分为分离
48、工序和成形工序，按加工工序冲压件大致可分为冲 裁件、弯曲件、拉延件、成形件和冷挤压件。 冲压件的结构类型不同，对材料的力学性能要求是不同的，如表 4。在选 择冲压材料时，首先根据冲压件类型和使用特点，来选择具有不同力学性能的 金属材料，以达到既能保证产品质量，又能节约材料的目的。 3.1.1 分离工序 分离工序一般包括剪裁、落料、冲孔、切边和整修等，主要以冲裁件为主， 冲裁件的材料主要以满足使用要求为前提，工艺对材料没有特别的要求。只是 在采用抗拉强度大于 600 MPa 以上时要考虑模具的强度。 3.1.2 成形工序 成形工艺主要以弯曲件、拉延件、成形件和冷挤压件为主。 3.1.2.1 弯曲
49、件对材料的要求 弯曲件的材料主要以满足使用要求为前提，工艺对材料一般有两个要求。 材料抗拉强度小于 600 MPa 时，可以垂直于轧制方向作 180 度弯曲或平行于轧 制方向作 90 度弯曲；抗拉强度大于 600 MPa 以上时，应尽可能采用垂直于轧制 方向的压弯方式，避免出现开裂现象。 3.1.2.2 拉延件对材料的要求 拉延件对材料的工艺性要求较高。一般汽车上使用的拉延件都是料厚在 3.0 mm 以下的冷轧钢板，要求材料不仅要有良好的成形性能，同时要有良好的 抗凹能力、足够的结构刚度及优良的表面形貌，如表 5. 3.1.2.3 成形件对材料的要求 汽车上使用的成形件大都以拉延成形、弯曲成形和翻边成形等复合工艺为 主。料厚为 0.69.0 mm，有冷轧钢板和热轧板，要求材料具有以下条件。a.要 有适宜的屈服强度，低的屈服强度可以保证零件成形后的弹性回复小和零件形 状稳定性，但对于汽车梁类零件需要采用高屈服强度的材料来保证零件有较高 的安全预警性能。b.较好的伸长率（一般 A 20%）满足顺利成形的需要。c.低 的屈强比（一般 0.75） ，有利于冲压成形，减少材料的起皱趋势，提高极限变 形程度。 3.2 焊接工艺对冲压材料的要求 金属材料的焊接性主要决定于化学成分，也决定