国产焊接技术装备在汽车制造业的作用

摘要：汽车制造业大量采用焊接技术，成为焊接技术应用的广阔舞台；综合性焊接新技术是汽车制造业不可缺少的有力支撑。国产焊接技术装备在汽车制造业的应用实践表明，汽车制造企业与焊接技术装备研究开发机构的协调合作，是促进我国汽车制造业发展和焊接技术进步的良好途径。

关键词：焊接技术 汽车制造



Abstract：Welding technology is widely used in automobile manufacturing. Comprehensive and new welding technology is an essential and powerful support to the development of automobile manufacturing. The application of domestic welding technology and equipment in automobile manufacturing showed that a good collaboration between automobile industry and R&D organizations for the welding technology and equipment is better way to promote development of automobile manufacturing and progress of welding technology.

Key words: welding technology, automobile manufacturing



0 前 言



         汽车生产是当今迅猛发展的制造业之一。在汽车生产中，大量采用焊接技术，以至于焊接技术已成为汽车生产必不可少的重要工艺手段。特别是随着制造技术的进步，汽车的制造已从传统的一次性制造生产，发展出了汽车再制造的新的产业分支，即旧车的更新改造产业正在兴起。在这个新兴起的再制造产业当中，也同样需要各种相关焊接技术。汽车生产需要的焊接技术是多种多样的，如磨擦焊、激光焊、电阻焊、气体保护焊、钎焊、电弧钎焊和喷涂等。上述这些综合性焊接技术的不断发展和进步，构成了汽车制造产业的有力支撑，并促进着汽车制造业的不断发展和进步。其中，国产焊接技术装备是一支制造技术生力军，充分发挥这支生力军的作用具有重要意义。



1 电阻焊



        电阻焊是汽车制造业中应用较早的一种焊接方法，应用较多的是电阻点焊，其中包括凸焊，其次是电阻缝焊。可以采用自动焊专机，也可以采用焊接机器人。采用机器人还是采用自动焊专机，要根据被焊工件的具体情况而定。在汽车制造中铝合金的电阻点焊，是一个值得重视的焊接技术问题。铝合金的点焊，要求电极从开始压紧直到点焊熔核完全凝固的整个过程中，都应保持合适的压力，否则因收缩可能产生气孔和裂纹。因此，焊接铝合金的电阻焊机，除了要具有低惯性的机头之外，还需具备在熔核凝固时增加电极压力的功能，以锻压熔核而提高焊缝的致密性。另外，若在没有清洗或清除氧化膜的铝件上焊接，则电极粘附增加，电极使用寿命降低，导致焊件剪切强度降低、焊缝质量波动和形状不均匀。铝合金电阻焊的另一个关键是工件电阻小、导热快，适于采用直流电源，而直流电源成本高，如采用三相低频电源则具有低成本而优质的特点。哈尔滨焊接研究所为白山车门厂提供了多台自动焊专机，用于奥迪轿车铝合金车门的焊接，其中包括车门三角区的多点焊接专机和上框与下摆总成的点焊专机。车门三角区接头共7点分两次完成。合理设计制造的点焊专机配合优化的焊接工艺参数，使接头质量达到了令人满意的结果。



2 磨擦焊



        起源于100多年前的磨擦焊技术，自从20世纪50年代焊接出合格接头以来，就以其优质、高效、低耗、环保等突出优点而倍受制造业的青睐，并与汽车工业结下了不解这迷。

        我国的磨擦焊研究始于1957年，是世界上最早开展磨擦焊研究的几个少数国家之一。作为国内磨擦焊技术发祥地的哈尔滨焊接研究所，一直十分重视磨擦焊技术的研究开发。

2．1 排气阀和增压器的磨擦焊

        哈焊所磨擦焊研究的方向，一开始就首先瞄准国家的需要和面向生产实际，与许多生产厂家合作，在生产中找课题，解决问题，大力推广磨擦焊，促进科研成果的转化和生产的发展。同样，汽车工业也是推广应用的重点，并首先把磨擦焊成功地用在了汽车排气阀（见图1）、汽门推杆、减振器、半轴、传动轴、扭力管、增压器（见图2）、内燃机燃油喷嘴和汽车搬手等许多汽车零部件生产中，体现了磨擦焊的优越性。



        哈焊所在60年代就紧跟世界潮流，开始关注双金属排气阀的磨擦焊研究，为提升我国排气阀产品质量，赶上世界先进水平，大力推广双金属磨擦焊排气阀。

        为提高汽车发动机的性能，根据排气阀在发动机上的作用，在结构上要求排气阀的阀盘、阀面及阀杆各部位具有各自不同的使用性能，如阀盘要具有较高的热稳定性及耐腐蚀性；阀面材料要具有高的耐磨性，耐腐蚀性及抗冲击性；而阀杆则要有良好的导热性、耐磨性及抗粘附性。对于同一气阀上的不同部位在使用性能上要求有如此悬殊的差异，对于以往一种材料的整体气阀绝对无法胜任，异种金属的对焊使上述矛盾得到了统一，磨擦焊以其独特的优势在双金属气阀的焊接上，成为最理想的方法，如采用奥氏体热强钢5Cr21Mn9Ni4N（21-4N）与马氏体热强钢4W9Si2磨擦对焊。哈焊所经过深入研究，先后成功解决了一系列工艺技术难题，接头性能达到了设计要求。

         70年代，为二汽厂研制了我国第一台HSMZ—9型全自动双金属排气阀磨擦焊机，结束了我国不能生产磨擦焊双金属排气阀的历史，并在一定意义上打开了我国越野车出口的大门（国际市场要求发动机必须采用磨擦焊双金属排气阀）。进入80年代，哈焊所磨擦焊机研制进入产业化发展阶段，自主生产的近40台HSMZ—13型半自动、全自动排气阀磨擦焊机（见图3），面向包括一汽、二汽在内的国内排气阀行业提供了必需的设备，全面推动了异种钢排气阀的磨擦焊生产，取得了可观的经济和社会效益。





2．2 汽门推杆的磨擦焊

        哈焊所在1982年开始了汽门推杆的磨擦焊试验研究。气门推杆是内燃机的重要部件，它在工作中起着压住挺柱与凸轮接触的作用，整个推杆受振动。要求这个零件要体轻且具有一定的刚性，工作面要耐磨，耐腐蚀。该产品传统为整体加工，采用低碳钢棒经局部热镦粗成形，粗加工后再进行渗氮、渗碳、表面高频淬火等热处理，最终精磨抛光。新产品改为锻焊结构，采用磨擦焊实现轴承钢球、冷拔管及冷镦球窝三个成品件的装配焊接。新工艺使产品更新换代，不仅推杆生产工艺简便，成本降低，而且可用异种钢焊接而成，改进了设计，提高了质量。如轴承钢球精度高、耐磨、耐腐蚀、价格便宜；冷镦球窝与杆身的装配焊接实现了少无切削加工；空心杆身刚性好，特别是重量减轻使挺柱与凸轮间的高副磨擦的接触应力明显下降，进而又提高了凸轮及挺柱的使用寿命，这对内燃机其他质量指标如效率、油耗、噪声等也得到改善。磨擦焊技术给推杆的生产带来了革命性的跨越。

2．3 半轴的磨擦焊接

         半轴作为汽车上的重要零件，由于结构上的特点，杆长且截面变化大，给制造带来不便，传统工艺是棒料在较昂贵的平锻机上多工位局部镦粗成形制造整体锻坯，在很多配套厂不具备平锻机的条件时，多采用自由锻制坯，杆部拔长，再头部模锻成形，工艺复杂效率低，易产生折叠等锻造缺陷，甚至无法返修造成废品。该产品采用锻焊结构是最合理的，而磨擦对焊应是首选。哈焊所利用自己雄厚的技术储备，解决了ф30mm的45钢半轴磨擦焊工艺及焊后检验等一系列生产实际问题，达到了产品设计的各项性能指标，使哈飞微型车半轴实现了全部的磨擦焊生产，取得了可喜的经济效益。另外，推出的两台25型焊机也在这里发挥了应有的作用。

        增压器轮盘与轴的焊接早在60年代就已开始，目前增压器已全行业实现了磨擦焊生产，成为磨擦焊在汽车行业应用的一个亮点，甚至影响到机车、轮船等产业也纷纷效法推广。由于磨擦焊当年解决了铸造高温合金K—13涡轮盘与结构钢轴的磨擦焊质量问题，结束了增压器落后的复杂而又笨重的机械连接结构的历史，大大提高了产品质量和机械效率，从而跟上了世界发展的潮流。

2．4 传动轴、叉轴扭力管的焊接

         长期以来，哈尔滨焊接研究所致力于典型汽车零件的磨擦焊生产。除了减振器、预燃烧室烧嘴、随车工具的双头搬手外，还与一汽合作，在试验室为其进行了解放车传动轴（见图4）、半轴、连杆、叉轴（见图5）、扭力管和转向轴等诸多产品的磨擦焊工艺试验研究，其中有许多已投入生产，如哈焊所提供的HSMZ—28型设备已交付一汽生产扭力管，配套厂提供的汽车双头搬手也已改用磨擦焊生产。



2．5 桥壳的磨擦焊