汽车车身焊接技术现状及发展研究

汽车车身焊接技术现状及发展研究

朱谷波

广州瑞松北斗汽车装备有限公司 510535

摘要：汽车车身焊装是汽车制造过程中的关键环节，其自动化、智能化水平直接影响汽车整车制造效率。本文通过分析现有汽车车身焊接工艺存在的问题，总结了近年来焊装工艺与装备的优化改进措施，展望了汽车车身焊接技术的发展方向。研究表明，通过优化焊接工艺路线、开发柔性化焊接平台、应用先进传感测控技术，可显著提升汽车车身焊装效率与质量。

关键词：汽车制造；车身焊接；自动化；柔性化；智能化

引言：随着汽车产业的快速发展，汽车制造业面临着产品多样化、产品升级换代加快、制造成本不断攀升等诸多挑战。作为汽车制造过程中的关键环节，车身焊装的自动化、智能化水平在很大程度上决定了汽车整车制造的效率与质量。近年来，世界各大汽车厂商竞相开发先进的焊装工艺与装备，我国汽车行业也在加快转型升级步伐，大力推进高端制造、智能制造，车身焊接技术创新已成为业界关注的热点。

一、汽车车身焊接技术的重要性

车身作为汽车的承载结构，其焊接质量的好坏直接影响整车的安全性、可靠性、耐久性。车身焊接主要采用电阻点焊、MIG/MAG焊等方法，需要在数百个焊点位置实现可靠连接，对焊接工艺参数、设备性能、操作水平等方面要求极高[2]。同时车身焊接自动化程度高，广泛采用机器人作业，焊装效率在很大程度上决定了整车的生产节拍。可以说，车身焊接技术是衡量一个汽车工厂制造水平高低的重要标志[1]。

二、汽车车身焊接技术现状及问题

（一）传统焊接工艺效率低，柔性差

目前，国内许多汽车生产企业仍采用传统的单品种、大批量生产模式，车身焊装主要依靠人工操作，自动化程度低。这种生产方式效率低下，产品一致性差，已难以适应市场变化快、品种多、批量小的生产需求。以某合资品牌为例，其某车型的车身点焊过程需要100多名工人，而换型时，工人需要重新编程、示教，准备时间长达数周，大大降低了生产效率。可见，传统焊接工艺已成为制约车身焊装柔性化的瓶颈。

（二）设备布局不合理，占用空间大

国内不少汽车厂基于节省成本考虑，在引进焊装自动线时，通常按照最小规模配置。这导致车间空间布局不合理，单个工位的焊接机器人数量不足，往往只能布置6—8台左右。为了保证焊接效率，企业不得不延长生产线，增设工位。而多工位串联作业会占据更多空间，加剧场地紧张。以上海某汽车厂为例，其某车型焊装线全长超过100米，占地1万多平方米。如此大的设备尺寸不仅制约了柔性化生产，也给设备维护、物料输送等带来不便[2]。

（三）生产组织方式落后，缺乏灵活性

目前，国内汽车焊装多采用传统的同步生产方式，即各工位严格按照预定节拍同步作业、逐件传递，全线统一节拍。一旦某个工位发生故障，整条生产线都要停工等待，生产组织缺乏灵活性。同时，不同车型混线生产时，节拍最慢的车型就成了整条生产线的"短板"，导致设备利用率不高。以长春某汽车厂为例，其某焊装线平均故障率高达20%，一旦出现设备故障，往往要数十分钟才能排除，严重影响了生产计划的完成率。

三、汽车车身焊接工艺与装备的改进措施

（一）优化焊接工艺路线，实现多车型混线生产

柔性化、敏捷化生产已成为汽车制造业的大势所趋。为适应这一趋势，汽车焊装必须在工艺、设备、管理等方面实现创新突破。其中优化焊接工艺路线是实现多车型混线生产的关键[3]。专利提出了一种新的焊接作业程序，能够实现不同车型的快速切换与连续生产。其基本原理是将整个焊装过程划分为多个独立工位，每个工位都配备可快速更换的柔性定位装置，负责对不同车型的车身零部件进行精确定位；在相邻工位之间设置搬运定位机构和伺服传动系统，可实现工件在不同工位间的快速切换与输送。上述工艺路线打破了传统焊装的同步作业模式，为多车型混线奠定了基础。

（二）开发标准化、模块化、可重构的焊接平台

面对客户需求变化和新车型推出不断加快，传统的专用化生产线已难以为继。开发标准化、模块化、可重构的焊接平台是实现敏捷制造的必由之路。在硬件方面，通过对焊接工装夹具、机器人等进行模块化设计，做到快速更换、灵活组合，可大幅缩短生产准备时间，满足多车型混线的要求。软件方面也要与之匹配，开发基于多技术的产线调度优化系统，使产线各工位、各设备间能够灵活协同，动态适应生产节拍变化。

（三）应用先进传感检测技术实现焊接过程智能控制

随着新传感技术的发展，以往难以实时监控的焊接过程得以揭开神秘面纱。利用视觉、超声、电流等传感器，可实现对焊缝跟踪、焊接参数优化、焊点质量判别等关键过程的有效控制。如采用双目视觉传感器对焊缝进行实时跟踪引导，保证焊枪姿态与焊缝位置高度一致；采用电流传感器对焊接电流实时监测，通过电流波形判断焊点的熔合状态，及时发现虚焊、烧穿等质量缺陷并自动剔除，从而实现焊接质量的在线监控。应用先进传感检测技术，可显著提高焊接质量的一致性和可靠性，同时减少返工和报废，降低生产成本。

（四）推行网络化协同制造，实现制造资源共享

网络化、协同化制造已成为汽车工业的发展趋势。焊装部门应打破信息孤岛，积极构建统一的工业互联网平台，实现人、设备、产线乃至供应链的互联互通。利用物联网技术，将原材料、半成品、在制品、成品等生产要素进行数字化管理，为需求预测、计划排产、物流配送、质量追溯等环节提供准确的数据支持。在供应商协同方面，可通过云平台实现焊装工艺知识、模具资源等方面的共享，并与供应商开展协同设计、协同制造。比如博世、西门子等知名企业已在其MES系统中植入云服务模块，可实现生产制造数据的远程监控和优化分析。这种基于工业互联网的协同制造模式正在重塑汽车焊装的组织方式，有望大幅提升企业快速响应与敏捷制造能力。

（五）引入人工智能赋能焊接制造全流程

以机器学习、深度学习为代表的人工智能技术正加速向制造业渗透，为汽车焊装带来新的发展机遇。在焊接工艺优化方面，可利用人工智能算法对海量的焊接工艺参数和质量数据进行挖掘分析，寻找最佳工艺参数组合，不断提高焊接质量一致性。在焊接质量检测方面，可开发基于深度学习的焊缝缺陷识别系统，通过图像处理和特征提取，快速、准确识别气孔、裂纹、咬边等常见缺陷，显著提升检测效率。在生产组织优化方面，可利用强化学习算法对多机器人协同作业进行实时规划与调度，在保证焊装节拍的同时，实现人机协作效率和设备利用率的双提升。北京某客车制造商在焊装车间试点应用了上述技术，使生产效率提高20%，返工率降低50%。可以预见，随着人工智能技术的不断发展，其在汽车焊装的应用将更加深入，人机协同、柔性智能将成为未来车身焊装的显著特征。

四、结语

综上所述，汽车车身焊接是决定整车制造水平的核心工艺，随着汽车市场竞争日趋激烈以及消费需求的多样化，车身焊装正面临着革命性的变革。通过优化焊接工艺路线、创新生产组织模式、应用智能传感和信息物理系统等先进技术手段，汽车焊装智能制造必将加速实现。这对于我国汽车工业实现高质量发展，进而参与全球市场竞争，提升国际话语权，具有十分重要的战略意义。汽车工业是国民经济的支柱产业，车身焊装技术的领先发展，必将带动上下游产业链的技术进步，为制造强国建设注入新动能。让我们携手努力，加快推动汽车焊装向数字化、网络化、智能化迈进，早日实现汽车强国的宏伟目标。

参考文献：

[1]李孜志,昌先涛,杜卫民.汽车车身焊接技术现状及发展趋势[J].设备管理与维修,2020,(06):137-138.

[2]高喜山.汽车车身焊接技术现状及发展趋势研究[J].现代职业教育,2016,(20):71.

[3]徐峥.汽车车身焊接技术现状及发展趋势分析[J].科技创新与应用,2016,(14):107.