激光焊接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用

竇豫山

摘 要：汽車制造商運(yùn)用激光焊接技術(shù)，針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、車身以及懸架等各種零部件，從其本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用以及制造予以全面創(chuàng)新，使得汽車制造工業(yè)發(fā)展速度不斷加快，有利于提高我國(guó)汽車制造業(yè)技術(shù)水平。為此，本文簡(jiǎn)要分析了激光焊接技術(shù)的基本原理，同時(shí)詳細(xì)介紹了激光拼焊以及激光復(fù)合焊接技術(shù)等汽車制造業(yè)之中常用的激光焊接技術(shù)，以期為我國(guó)汽車制造商運(yùn)用激光焊接技術(shù)的提供參考與幫助。

關(guān)鍵詞：激光焊接技術(shù) 汽車制造 實(shí)際運(yùn)用

Application of Laser Welding Technology in Automobile Manufacturing

Dou Yushan

Abstract：Automobile manufacturers use laser welding technology to comprehensively innovate various parts such as automobile engines， bodies， and suspensions from their own structural design， material selection and manufacturing， which makes the development of the automobile manufacturing industry continue to accelerate， which is conducive to improve the technological level of China's automobile manufacturing industry. To this end， this article briefly analyzes the basic principles of laser welding technology， and at the same time introduces in detail the laser welding technology commonly used in the automobile manufacturing industry such as laser tailored welding and laser hybrid welding technology， in order to provide reference and help for Chinese automobile manufacturers with laser welding technology.

Key words：laser welding technology， automobile manufacturing， practical application

基于科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，激光焊接技術(shù)這一先進(jìn)的制造技術(shù)已然在眾多工業(yè)部門(mén)得到推廣，尤其是汽車領(lǐng)域之內(nèi)，許多發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)車工業(yè)之中50%至70%的零部件普遍是應(yīng)用激光焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，不僅可以大量縮減材料的使用量，同時(shí)也提高了材料整體強(qiáng)度。激光焊接技術(shù)相較于傳統(tǒng)單一激光焊接技術(shù)具有更為明顯的優(yōu)勢(shì)，激光焊接技術(shù)熔深更大，針對(duì)寬度較大的縫隙焊接能力更為優(yōu)秀，并具有優(yōu)秀的焊縫韌性，激光焊接技術(shù)利用焊絲便可以針對(duì)焊縫的組織結(jié)構(gòu)予以更改，且焊接過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)無(wú)焊縫背面下垂的效果。因?yàn)榧す夂附蛹夹g(shù)本身具備諸多優(yōu)勢(shì)，發(fā)達(dá)國(guó)家將其視汽車制造工業(yè)之中較為常用的一項(xiàng)技術(shù)，其運(yùn)用也為我國(guó)汽車制造商創(chuàng)造了諸多經(jīng)濟(jì)效益。

1 激光焊接工作原理

激光焊接具體包括了熱導(dǎo)焊以及深熔焊兩種不同方式。熱導(dǎo)焊過(guò)程中，激光輻射量直接作用在材料表層，輻射可以在材料表面轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚栌蔁醾鲗?dǎo)擴(kuò)散至材料的內(nèi)部，以令其熔化， 從而令兩種不同材料的連接部分形成熔池。激光束朝向前后方向運(yùn)動(dòng)，熔池內(nèi)的熔融技術(shù)逐漸凝固，構(gòu)成將兩塊材料連接的焊縫。熱導(dǎo)焊所運(yùn)用的激光功率密度在105至106W/cm2之間。因?yàn)槭且蕾嚐醾鲗?dǎo)完成焊接的，所以焊縫深度不大于2.5mm，焊縫深度與寬度之間比例一般不足1，多是應(yīng)用在薄小零部件加工工作之中。

深熔焊期間，激光功率密一般處于106-107W/cm2，功率輸入明顯較熱傳導(dǎo)、對(duì)流以及熱輻散熱速率更高，目標(biāo)材料表面因?yàn)槠F(xiàn)象而產(chǎn)生小孔。經(jīng)由小孔直接射入孔底，然后光束攜帶的大量的光能滲入小孔，小孔之外的材料處于持續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)。小孔伴隨著光束向不斷移動(dòng)，而熔融狀態(tài)的金屬填充小孔位移之后所產(chǎn)生的空腔，并逐漸冷卻之后形成焊縫，焊縫過(guò)程也隨之完成。整體焊接流程速度加快，焊接速度基本可以實(shí)現(xiàn)每分鐘內(nèi)數(shù)米，而深熔焊所形成的焊縫深度與寬度之間比例最高值可達(dá)到12：1。高效率的激光焊接普遍為深熔焊的方式，焊道熔深最大值高達(dá)38mm。

2 激光焊接的優(yōu)勢(shì)

激光焊接的優(yōu)勢(shì)較為明顯，具體表現(xiàn)在如下方面：

激光束聚集功率密度較高，能夠確保高質(zhì)量且高精度完成焊接任務(wù)，焊縫的深度與寬度比值較高，特別是可以完成許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接;加工速度加快，熱影響范圍小，焊接之后所產(chǎn)生的熱變形以及殘余應(yīng)力較小，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的焊接;激光加工屬于一種非接觸性加工，沒(méi)有顯著的機(jī)械力，也沒(méi)有工具的消耗，焊接不需要?jiǎng)傂詩(shī)A緊便可進(jìn)行加工;可直接在空氣內(nèi)進(jìn)行焊接，既不需要處于真空狀態(tài)方可焊接，也不會(huì)在焊接過(guò)程中形成X射線，但需要在的保護(hù)環(huán)境下開(kāi)展焊接工作，借此規(guī)劃比有害氣體侵入焊接熔池內(nèi);無(wú)需焊條或是填充材料，便可獲取成分同母體材料相近的焊縫;激光本身無(wú)慣性，處于高速加工期間能夠?qū)崿F(xiàn)急?；蚴强焖賳?dòng);激光焊接技術(shù)適宜于鈦合金、鋁合金以及鎳基高溫合金等不同類型材料與工程塑料，針對(duì)異種材料之間的焊接，例如奧氏體不銹鋼同銅支架內(nèi)的焊接，也可獲得強(qiáng)度較為理想的接頭;光束傳輸更為便捷，具有優(yōu)秀的靈活性，容易同機(jī)器人或是數(shù)控技術(shù)之間有效結(jié)合，完成自動(dòng)化加工，能夠于高速狀態(tài)下針對(duì)形狀復(fù)雜的零部件予以焊接，進(jìn)而獲取精確度相對(duì)較高的焊縫。

3 汽車制造期間激光焊接技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用

3.1 激光焊接技術(shù)

激光焊接技術(shù)在運(yùn)用期間具有傳統(tǒng)焊接技術(shù)以及設(shè)備所不具備的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于汽車制造各個(gè)環(huán)節(jié)之中，但具體焊接部位不同，所采用的焊接技術(shù)也存在差異。如激光焊接技術(shù)多應(yīng)用在齒輪焊接工作之中。齒輪作為汽車制造期間至關(guān)重要的零部件，激光焊接技術(shù)于汽車制造范圍之中最初的應(yīng)用，便是把其應(yīng)用在汽車變速器齒輪的焊接工作之中。變速器齒輪從技術(shù)角度而言，其重量以及運(yùn)轉(zhuǎn)速度都同車輛質(zhì)量之間有密切關(guān)系，所以關(guān)于重量以及運(yùn)轉(zhuǎn)速度的要求也極為嚴(yán)格。

3.2 激光拼焊技術(shù)

如今，激光拼焊技術(shù)也成為汽車制造行業(yè)之中應(yīng)用較為廣泛的一項(xiàng)焊接技術(shù)，特別是汽車外殼制造期間，激光拼焊技術(shù)是極為關(guān)鍵的工作環(huán)節(jié)，直接影響汽車最終的制造質(zhì)量。傳統(tǒng)車殼制造流程中，汽車車殼普遍需要經(jīng)過(guò)先沖壓，然后進(jìn)行焊接的方式。傳統(tǒng)焊接技術(shù)的目標(biāo)僅僅是將不同部分車殼沖壓至理想外形之后，應(yīng)用焊接技術(shù)將其連接為一體。傳統(tǒng)焊接技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用期間卻不能將已經(jīng)成型的車殼各個(gè)部分拼接為一體，即便是勉強(qiáng)將不同部件拼接為一體，但整體效果往往也不能達(dá)到預(yù)期的要求。基于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，科研人員研發(fā)了激光拼焊技術(shù)，并將其應(yīng)用在實(shí)際車輛制造工業(yè)之中，該技術(shù)有效處理了車殼拼接質(zhì)量不滿足要求的問(wèn)題。激光拼焊技術(shù)的產(chǎn)生以及實(shí)際運(yùn)用，完全改變了傳統(tǒng)汽車制造流程中車身的制造程序，激光拼焊技術(shù)最為顯著的優(yōu)勢(shì)便是優(yōu)先將不同車殼部分焊接為一體，之后針對(duì)其予以沖壓成型，也可以將表面附有涂層的金屬板焊接為一體，之后予以沖壓。以下圖為例：

傳統(tǒng)的車身制造之中，首先需要對(duì)若干個(gè)零件予以沖壓，然后焊接成分總成，許多零件都需要焊接加強(qiáng)板一類的零件。與之相比，激光拼焊板沖壓的優(yōu)勢(shì)更為顯著，尤其是縮減工件總量，精簡(jiǎn)加工環(huán)節(jié)，減少施工成本方面效果明顯。其在車輛中的運(yùn)用范圍如下所示：

該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為可以大幅精簡(jiǎn)車身零件總量、簡(jiǎn)化的車身整體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合不同部位關(guān)于強(qiáng)度要求的不同，而把不同厚度的板料焊接為一體，然后直接沖壓成型，不需要添加焊接筋;同時(shí)降低車身自重，減少汽車能源的損耗;因?yàn)檫\(yùn)用持續(xù)的激光焊替代點(diǎn)焊，使得車身整體剛度、安全性以及緊固性得到顯著提高。

激光拼焊技術(shù)于實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以結(jié)合車殼實(shí)際位置有針對(duì)性地選擇相應(yīng)性能的鋼板加以焊接，激光拼焊技術(shù)已然是當(dāng)前世界最為優(yōu)秀的汽車車身焊接技術(shù)。激光焊接技術(shù)于現(xiàn)實(shí)焊接期間，還可以打破鋼板本身的厚度、涂層與材質(zhì)等不同方面的約束，并最大程度減少其余零部件的運(yùn)用狀況，同時(shí)縮減生產(chǎn)所需要投入的成本，并使得焊接整體質(zhì)量得到顯著提高。

3.3 激光復(fù)合焊接技術(shù)

激光復(fù)合焊接技術(shù)就實(shí)質(zhì)而言，屬于一種激光焊接技術(shù)的改良技術(shù)，于實(shí)際操作期間，激光復(fù)合焊接技術(shù)，于實(shí)際運(yùn)用期間，激光復(fù)合焊接技術(shù)實(shí)則是將激光焊接技術(shù)同電弧焊接技術(shù)進(jìn)行融合。激光焊接技術(shù)本身具有諸多優(yōu)勢(shì)，但從某種程度而言，也存在技術(shù)方面難以打破的困境。激光復(fù)合焊接技術(shù)于現(xiàn)實(shí)應(yīng)用期間增添了激光焊接技術(shù)本身的可靠性，同時(shí)也最大程度加快了焊接流程的速度以及焊接整體的工作效率。眾所周知，針對(duì)激光焊接技術(shù)而言，盡管焊接位置的受熱面積相對(duì)較小，然而焊縫較深。電弧焊接技術(shù)最為顯著的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)焊接位置導(dǎo)熱，令焊接本身受熱面積擴(kuò)大。將以上兩種技術(shù)有機(jī)的融合，即產(chǎn)生了激光復(fù)合焊接技術(shù)，在焊接過(guò)程中，可以在保證焊縫深度的狀況下，可以最大程度拓展目標(biāo)材料的受熱面積，使得焊接速度得到顯著加快，同時(shí)也可以保證焊接整體質(zhì)量。激光復(fù)合焊接技術(shù)已然是目前我國(guó)汽車制造領(lǐng)域之中最為核心與重要的技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

激光焊接技術(shù)具備密度高、加熱范圍小以及設(shè)備變形不明顯等優(yōu)勢(shì)，如今廣泛運(yùn)用在汽車生產(chǎn)制造行業(yè)之中，激光拼接技術(shù)的引進(jìn)在為汽車生產(chǎn)單位提供新的發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，也為企業(yè)創(chuàng)造了豐厚的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這也證明激光焊接技術(shù)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及良好的發(fā)展前景。為此，作為汽車制造商，應(yīng)對(duì)激光焊接技術(shù)以及激光拼焊技術(shù)等技術(shù)有更為深入且全面的了解，以提高我國(guó)汽車制造技術(shù)水平，保證車輛整體質(zhì)量。

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