激光焊接技術在汽車制造中的應用分析

張鑫

摘? 要：伴隨著生活水平的提升，人們對包括安全及舒適程度在內的汽車質量和性能等方面的要求得越來越高。激光焊接技術在汽車制造中的應用，能夠有效提升焊接的精度以及質量，對汽車質量的提升有著重要的促進作用。本文首先對激光焊接技術的原理和優(yōu)缺點進行簡單介紹，然后介紹了幾種激光焊接技術在汽車制造中的應用，旨在進一步促進對激光焊接技術的了解，增進激光焊接技術的應用。

關鍵詞：激光焊接;汽車制造;質量

中圖分類號：U466? ? ?文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1005-2550（2021）01-0063-04

Abstract： With the improvement of living standards， people have higher and higher requirements on automobile quality and performance including safety and comfort. The application of laser welding technology in automobile manufacturing can effectively improve the precision and quality of welding， which plays an important role in the improvement of automobile quality. In this paper， the briefly principle， advantages and disadvantages of laser welding technology have been introduced firstly， and then several applications of laser welding technology in automobile manufacturing have been recommended， in order to promote the understanding and application of laser welding technology.

Key Words： Laser Welding; Automobile Manufacturing; Quality

在汽車制造的過程中，由于對零部件的質量要求非常高，因此需要對大量的零件進行精加工和測試。在車身焊接、零部件焊接、厚板拼焊等方面，激光焊接技術的應用以其自身工藝的優(yōu)越性、安全性、節(jié)能環(huán)保等特點受到了青睞并得到廣泛應用。因此，了解激光焊接技術的優(yōu)缺點并加強對激光焊接技術的應用，對進一步提升汽車制造的整體安全性和質量精度有著重要的意義。

1? ? 激光焊接技術

1.1? ?原理

從本質上來看，激光焊接技術實際上是屬于熔融焊接技術，其主要是以激光束作為能源，將激光束在焊件的接頭處進行沖擊，以此來達到焊接的目的。其原理是通過光學震蕩器來產生高功率的激光束，并將激光束作用于金屬表面，在較短的時間內將金屬汽化，汽化孔被熔融金屬液包圍，通過應力反作用、加熱與冷卻等方式來形成焊縫，完成金屬零件的焊接。激光束本身的密度對焊縫的深淺有著一定的影響，密度較高的時候，其熔深就越大，使得焊縫也就越深，反之，密度越小其熔深也就越小，焊縫也就越淺。

1.2? ?優(yōu)缺點

激光焊接技術的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：在工作的過程中熱影響的范圍較小且由于熱傳導而導致的變形量較小;焊接的精度、質量較高且外形較為美觀;操作靈活方便，工作效率非常高;工作過程中產生的噪音較小，節(jié)能環(huán)保的程度較高;對于一些質地堅硬、熔點較高、易脆裂的材料來說具有較好的功效。

在激光焊接技術應用的過程中，其在發(fā)揮自身優(yōu)越性的同時也存在著一定的弊端，其主要表現(xiàn)在：對焊接的位置和要求的范圍較為嚴格，是一種“精細活”;對焊厚度較大的工件來說在生產線上并不適合使用激光焊接技術，也就是說激光焊接技術的適用范圍有限;高反射性、高導熱性材料焊接中使用激光焊接技術會影響到材料本身的焊接性;能量的轉換效率較低;焊道凝固的速度過快可能會導致氣孔、脆化等情況出現(xiàn);激光焊接相關設備較為昂貴。

2? ? 激光焊接技術在汽車制造中的應用

為了降低或消除激光焊接技術應用過程中的缺陷性問題，需采用復合焊接工藝來進行，包括激光電弧復合焊接、激光與感應熱源復合焊接等，并加強輔助工藝的應用，包括激光填絲焊接、激光遠程焊接等。本文就幾個常見的、優(yōu)越性較高的激光焊接技術進行簡單分析。

2.1? ?激光自熔焊接

激光自熔焊接是指需要焊接的兩個部分或是多個部分，自身熔化、冷卻進而凝聚成一個整體，達到焊接的目的。該焊接的方式在使用的過程中不需要添加焊劑，整個過程依靠的是工件自身的物理性質，達到熔接在一起的目的。當激光功率密度達到一定值的時候，工件表面的溫度在較短的時間內迅速上升并達到其沸點，使得金屬汽化，并形成一個細長的孔洞。當金屬蒸汽反沖壓力與液態(tài)金屬表面張力、重力等達到一個平衡值后，細長的孔洞不再繼續(xù)加深，最終形成一個性質穩(wěn)定、深度穩(wěn)定的孔洞，當小孔閉合后，焊縫就此形成，激光深熔焊接完成。

在汽車制造的過程中，激光自熔焊接主要應用于車身組焊、拼焊以及零部件焊接等方面。早些年，很多汽車的頂蓋和側圍連接處都使用激光自熔焊接，而現(xiàn)階段，已經很少有汽車在此方面使用激光自熔焊接了，使用釬焊的較多。大眾旗下有很多車型在側圍焊接的時候會使用到激光自熔焊接方式，如途觀、速騰、邁騰等。車門焊接中依然有部分車型在使用激光自熔焊接方式，如高爾夫、邁騰、標致、雪鐵龍等。此外，使用激光拼焊方式來進行車身的制造能夠在很大程度上降低零件、模具等的成本，有效提升汽車產品本身的試制競爭力。按照焊縫的類型進行分類，可以分為單條直線焊縫、復數(shù)直線焊縫、非直線焊縫等多個類型，其中單條焊接縫類型的生產工藝較為簡單，所以該類型的應用范圍較為廣泛。

2.2? ?激光填絲焊接

激光填絲焊接主要是指在焊縫中填充特定的焊接材料，然后用激光束對其進行熔化進而形成焊接接頭。該方法與其他的非填絲焊接方式相比較具有非常明顯的優(yōu)勢，如：能夠有效提升焊縫的質量并擴大激光焊接的適用范圍，同時對精度的提升有著重要的作用;能夠利用較小的功率來對厚板進行焊接，且成型效果較好，變形較小，減少了焊接過程中產生的缺陷問題;能夠通過改變填絲的成分來控制焊接縫區(qū)域范圍內的組織性能等。

在實際使用的過程中，該技術不僅僅需要焊絲，同時也需要熔化母材，并能夠在母材上形成小孔效應以及較深的熔池，焊絲本身的成分與母材本身的金屬成分充分混合到一起，形成了新的混合熔池。新的混合熔池元素比例、質量等與焊絲、母材等有著較大的區(qū)別，所以，使用該技術的時候可以以實際需求、母材本身的性能缺陷等為基礎，選擇成分合適的焊絲作為填充材料，添加到焊接過程中，有效改善和提升焊縫的抗裂性、耐腐蝕性、耐磨性等。此外，激光填絲焊能夠實現(xiàn)多道堆疊焊接，能夠實現(xiàn)兩層焊道之間的有機熔合，因此，該技術具備焊接大厚度接頭的能力。

2.3? ?激光電弧復合焊接

激光電弧復合焊接方式主要是指將激光熱源與電弧復合起來，共同作用在同一個熔池上達到焊接的目的（如圖1所示）。該方式結合了激光、電弧的優(yōu)勢，適應性較強，變形較小，焊接的速度較快。激光電弧復合焊接技術中所涉及到的電弧類型主要有TIG電弧、等離子弧、GMA電弧等，其中GMA電弧是較為常見且應用最為廣泛的類型。

在實際情況中，電弧電壓會直接影響到焊接過程的穩(wěn)定性、焊縫熔寬大小等，當電弧電壓過大的時候容易導致焊接過程不穩(wěn)定，特別是在角接焊縫處較容易導致弧偏吹的情況產生。而當電弧電壓過小的時候，很可能會導致短路的情況發(fā)生，進而導致焊接過程中飛濺明顯增加。因此，為了能夠保證焊接的質量和效果，在考慮增大焊接電流的過程中也要適當提升焊接的電壓，根據(jù)焊接方法、相關經驗公式都能夠來對電壓值以及電流值進行合理估算。為了保證電壓以及電流能夠處在最佳的配合狀態(tài)，可以通過調節(jié)送絲的速度來自動匹配相應的電壓值和電流值。在現(xiàn)有的車型中，很多車型都會使用到激光電弧復合焊接技術，如：奧迪A8車型的側頂梁上有各種規(guī)格和形式的接頭，這些接頭就是采用激光電弧復合焊接工藝來完成焊接的。

2.4? ?激光遠程焊接

激光遠程焊接技術主要是借助高速掃描振鏡頭來進行長距離的加工，將不同功率密度的激光束通過反射來聚焦在零件表面，對其進行有效焊接（如圖2所示）。激光遠程焊接技術具有非常多的優(yōu)勢，其主要表現(xiàn)在：定位精度非常高，且能夠在較短的時間內進行快速焊接，焊接的效率較高;在焊接的過程中不會與相關夾具、光學鏡片等產生反應而導致污染的情況出現(xiàn);能夠根據(jù)實際結構強度需求來進行焊接，從而形成需要的焊縫形狀;總生產效率較高，能夠適應大量汽車零部件的焊接需求。在現(xiàn)階段，該技術主要應用于汽車的車門、側圍等方面，如奔馳的天窗、福特的側圍等。

雖然激光遠程焊接技術的優(yōu)點較多，但與此同時，該技術也存在著一定的不足。在使用該技術的過程中，其對材料、裝備精度等方面的要求是非常高的，特別是在焊縫處的貼合精度方面有著較高的要求。當工件的厚度較大的時候，焊縫的深度也會增大，相應的，在焊縫處的剪切強度就會變得很低。

2.5? ?激光釬焊

激光釬焊技術主要是以激光束為熱源，將激光束聚焦后照射在焊絲表面上，將焊絲熔化后填充到需要焊接的工件之間，通過釬焊層來實現(xiàn)有效的焊接。該方法與熔焊方式有著一定的區(qū)別，在焊接的過程中釬焊方法中的母材是不熔化的，使用的釬料的熔點要低于母材，所以當零件與釬料被加熱到熔化的時候，可以用液態(tài)的釬料與母材相互溶解和擴散，并在母材間隙中進行浸潤，通過毛細流動來進行填縫，讓零件之間實現(xiàn)有效的連接。激光釬焊技術有著自身的優(yōu)缺點。其優(yōu)點表現(xiàn)在：焊縫成型較為美觀，且具有良好的密封性，焊縫本身的強度較高。其缺點表現(xiàn)在：釬料本身的力學性能會對接頭處的質量產生直接影響，接頭處的強度和耐熱性很容易達不到標準，同時，焊接過程的要求較為嚴格。釬焊工藝通常應用于行李箱蓋、頂蓋側圍連接處等，如：奧迪A3、海馬、奇瑞的行李箱蓋。

需要注意的是，在使用釬焊的過程中有很多工藝參數(shù)都會對焊接的過程和質量產生影響，包括光斑直徑、激光功率、焊接速度、送絲速度等，要根據(jù)實際情況來選擇合適的參數(shù)進行施工。同時要對釬焊絲校準、釬焊絲溫度、間隙尺寸、出光控制、焊接速度與送絲速度匹配等方面加以控制。

3? ? 結束語

綜上所述，在汽車制造和生產的過程中，激光焊接技術的應用對提升制造的質量和效率都有著重要的作用。相關單位必須要掌握各種激光焊接技術的原理、優(yōu)缺點以及適用范圍等內容，進而根據(jù)實際情況選擇合適的激光焊接技術來進行各種焊接工作，為汽車的質量提供基礎保障。

參考文獻：

[1]段東磊.激光焊接技術在汽車制造中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].世界制造技術與裝備市場，2019（05）：38-44.

[2]孔茗，傅戈雁.塑料激光焊接技術在汽車制造中的應用[J].塑料科技，2018，46（12）：68-71.

[3]童馳.激光焊接、切割在汽車制造中的應用分析[J].時代汽車，2017（24）：70-71.

[4]謝劍和，李晶.激光焊接技術在汽車制造中的應用分析[J].科技展望，2016，26（23）：146.

[5]田文卿.激光焊接技術在汽車制造中的應用價值[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（05）：93.