激光焊接技術(shù)在汽車裝配中的應(yīng)用

張志卿 馬世寧

摘要：激光之所以受到歡迎，這與其高能量密度、高精度、適應(yīng)性強(qiáng)的三個(gè)優(yōu)勢(shì)之間有十分緊密的關(guān)聯(lián)，激光焊接和切割技術(shù)因?yàn)槠渚哂邢冗M(jìn)、高效、靈敏的特點(diǎn)，成為了汽車新品的重要技術(shù)保障，使得生產(chǎn)出來的汽車具有較高的質(zhì)量，且裝配成本比較低廉，成為了汽車裝配方面的一個(gè)重要的技術(shù)手段。汽車裝配在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)開始使用激光焊接、切割技術(shù)，且這些技術(shù)已經(jīng)成為了汽車裝配應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)加工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：激光焊接；汽車轉(zhuǎn)配；汽車裝配

1、激光焊簡(jiǎn)介

在激光焊接過程中，金屬材料吸收激光的輻射能量，提高溫度，形成液態(tài)熔池，使其長(zhǎng)大到一定尺寸。然后激光束延伸固體界面移動(dòng)，使焊接構(gòu)件之間的初始焊縫逐漸消除，熔池后部逐漸冷卻，從而實(shí)現(xiàn)小面積的金屬加熱和冷卻，精密平衡，焊接質(zhì)量高。由于不同的加工方法，激光焊接分為連續(xù)激光焊接和脈沖激光焊接，激光器的工作物質(zhì)是氣體、固體、半導(dǎo)體、液體和自由電子，CO2激光和Nd：YAG激光是常用的焊接方法，CO2激光功率很容易達(dá)到20KW甚至更大，但其光束波長(zhǎng)為10.6微米遠(yuǎn)紅外光，這種光的金屬反射率大多高達(dá)80%～90%；Nd：YAG激光功率一般在4～6KW之間，光束波長(zhǎng)為1.06微米近紅外光。

2、激光焊接在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用

對(duì)于汽車工業(yè)而言，激光焊接方式早就已經(jīng)成為了中高檔車型必須要使用到的技術(shù)，就拿大眾公司的高爾夫?yàn)槔?，該款車型在焊接長(zhǎng)度方面，激光焊接是52.5米，黏合劑接合為22.6m，亞弧焊為4.7m，而點(diǎn)焊為2938處。按照車身的架構(gòu)來看，激光焊接與點(diǎn)焊接的比例不相上下，但是與其他的焊接方式相比，其所占的比例就顯得比較大，所以激光焊接早就已經(jīng)是汽車裝配過程中不能缺少的一種技術(shù)。不僅如此，激光焊接的柔性比傳統(tǒng)焊接更好，在實(shí)際生產(chǎn)操作過程中可以廣泛應(yīng)用于各種器材的焊接。由于Nd：YAG激光的傳輸方式是光纖傳輸，所以該激光的光源必須要與焊槍的終端保持大于100米的距離，這樣才能保證各種車型、多個(gè)工位可以使用同一臺(tái)激光器。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，激光設(shè)備在車間的占地面積比點(diǎn)焊接設(shè)備的占點(diǎn)面積少了四成左右。同時(shí)車身的焊接采用激光焊接還能夠加快生產(chǎn)的速度節(jié)省生產(chǎn)的時(shí)間成本，在SAGITAR速騰白車身焊接過程中，激光焊接能夠比傳統(tǒng)的焊接方式提高三成的效率。對(duì)一些技術(shù)較發(fā)達(dá)的國家而言，他們?cè)谏a(chǎn)汽車臨檢的時(shí)候，通常都會(huì)選用激光焊接的方式，最常見的就是激光焊接和激光切割。將激光應(yīng)用到車身面板的焊接過程中去，可以讓厚度不同的金屬板被焊接在一起，之后再對(duì)這些焊接板進(jìn)行沖壓，這樣才能夠達(dá)到面板之間的完美結(jié)合。激光技術(shù)的應(yīng)用范圍一定程度上取決于它的柔性，與鍛造零件相比，沖壓零件更適合激光技術(shù)的應(yīng)用。激光焊接使得零件搭接的寬度保持在一個(gè)合理范圍內(nèi)，提高了焊接的效率和質(zhì)量，提升了零件的效能，從結(jié)構(gòu)方面減少了車體的體積，僅僅是這一點(diǎn)就能夠?qū)④嚿淼闹亓繙p輕112斤。

不同的鋼板，還能大幅度地提升車身的剛度和強(qiáng)度、彈性和密封性，從而提高了整個(gè)車體性能。對(duì)于汽車的裝配來說“安全”是最重要的一點(diǎn)，即便是激光技術(shù)發(fā)展的再好，如果沒有把握利用激光技術(shù)裝配出安全性過關(guān)的汽車，那么也不能使用激光技術(shù)。但是目前國外已經(jīng)有了焊接鋁合金的激光焊接技術(shù)，這是專門為了裝配鋁合金車身而研發(fā)出來的技術(shù)，能夠有效地保障汽車裝配的安全。

3、激光焊接技術(shù)應(yīng)用前景分析

3.1激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)

激光焊接技術(shù)的一大優(yōu)點(diǎn)是激光焊接技術(shù)的高能束特性，它使加工精度充分精確，大大提高了當(dāng)前焊接技術(shù)的精度水平。激光焊接的固定特性和高能束特性為在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上激光焊接技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了現(xiàn)實(shí)的可能性，弧焊技術(shù)已經(jīng)成熟并得到了廣泛的應(yīng)用，其穩(wěn)定性是毋庸置疑的。激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)結(jié)合了這兩種焊接方法的優(yōu)點(diǎn)，能夠在特定的焊接過程中有效地提高焊接效率，在激光焊接過程中由于高能激光束產(chǎn)生的高溫對(duì)母體加熱非常迅速，在此過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的等離子體氣體，對(duì)于激光焊接的進(jìn)一步深度有影響，這是介紹電弧焊用于鎢極氬弧焊，對(duì)等離子氣體的有效處理，對(duì)激光焊接有促進(jìn)作用。激光焊接在應(yīng)用過程中對(duì)電弧焊接也有很大的促進(jìn)作用，電弧焊的技術(shù)基礎(chǔ)是利用電能產(chǎn)生的熱量來實(shí)現(xiàn)焊接過程，用激光焊接的母材表面會(huì)很快熔化。在此過程中，會(huì)釋放大量的自由電子，從而降低焊接材料的電阻率，提高焊接質(zhì)量效率。激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)是一種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的復(fù)合焊接技術(shù)，能夠促進(jìn)激光焊接技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

3.2激光多焦點(diǎn)焊接技術(shù)

在具體的應(yīng)用過程中的激光焊接技術(shù)，考慮到激光束對(duì)焊接材料與母材的溫度，我們具體的焊接工藝是高強(qiáng)度和穩(wěn)定的激光手術(shù)。激光多焦點(diǎn)焊接技術(shù)是一種主要調(diào)整激光束的激光焊接技術(shù)，可以最大限度地發(fā)揮激光焊接技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。激光焊接技術(shù)是利用多聚焦激光束的特點(diǎn)，采用透鏡和反射鏡的特殊組合，有效地控制激光焊接過程中的多。重點(diǎn)對(duì)焊縫將形成一批重點(diǎn)，促進(jìn)激光焊接過程的控制，避免激光焊接邊緣問題容易發(fā)生。

3.3激光填絲焊接技術(shù)

填絲激光焊接技術(shù)是激光焊接技術(shù)中常用的一種場(chǎng)景，充分利用激光焊接技術(shù)高精度的特點(diǎn)，通過充絲激光焊接工藝實(shí)現(xiàn)高精度焊接技術(shù)，激光補(bǔ)焊技術(shù)主要用于焊縫或小間隙的補(bǔ)焊，可通過高能激光束輻照焊接修復(fù)焊縫，然后輸入特定的修補(bǔ)焊接材料。在一些高精度焊接工藝中，激光填焊技術(shù)具有很大的應(yīng)用場(chǎng)景。在激光填絲焊接過程中，應(yīng)分析送絲速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，送絲速度對(duì)反射能量的影響較大。因此，在激光填絲焊接過程中，必須對(duì)送絲速度進(jìn)行定性分析，選擇合適的速度才能完成焊接。

4、結(jié)束語

從上個(gè)世紀(jì)八十年代到現(xiàn)在，激光焊接技術(shù)已經(jīng)伴隨汽車行業(yè)走過近40個(gè)年頭。隨著汽車輕量化設(shè)計(jì)水平的進(jìn)一步提升，具有高強(qiáng)特征的先進(jìn)、輕質(zhì)材料以及薄壁、空心零部件將逐漸被廣泛應(yīng)用于在未來的汽車裝配中，相應(yīng)的對(duì)其連接技術(shù)也帶來了更大的挑戰(zhàn)和更高的要求。伴隨著一些新型優(yōu)質(zhì)激光焊接工藝的不斷興起，這些技術(shù)難題也將逐漸迎刃而解，可以預(yù)言激光焊接在未來的汽車裝配中將發(fā)揮不可替代的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏慶豐，陳媛媛，徐浩.激光焊接技術(shù)在汽車裝配中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代焊接，2016（08）：34-38.

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（作者單位：保定長(zhǎng)安客車制造有限公司）

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