汽車制造中激光焊接技術(shù)的應(yīng)用及可行性建議

姜立巖 韓洪濤

摘要：激光焊接技術(shù)是汽車制造行業(yè)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要的技術(shù)手段，它具有熱影響區(qū)域小、焊接質(zhì)量高、靈活性高以及適應(yīng)性強(qiáng)等的顯著性特點(diǎn)，對(duì)促進(jìn)汽車制造行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)揮著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于此，文章以激光焊接技術(shù)的工作原理與特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，探討汽車制造中激光焊接技術(shù)的應(yīng)用，并提出可行性建議，以供參考與借鑒。

Abstract： Laser welding technology is an important technical means in the field of automobile manufacturing industry， which has the remarkable characteristics of small heat affected area， high welding quality， high flexibility and strong adaptability， and plays an extremely important role in promoting the development of automobile manufacturing industry. Based on this， this paper first analyzes the working principle and characteristics of laser welding technology， discusses the application of laser welding technology in automobile manufacturing， and puts forward feasible suggestions for reference.

關(guān)鍵詞：汽車制造;激光焊接技術(shù);應(yīng)用;可行性建議

Key words： automobile manufacturing;laser welding technology;application;feasibility suggestions

中圖分類號(hào)：TG7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0099-02

0 ?引言

當(dāng)前形勢(shì)下，激光焊接技術(shù)已在汽車制造中得到了迅速的推廣與普及，有相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，大約有70%的汽車零部件都是通過激光焊接技術(shù)完成的，激光焊接技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)厚度不同鋼板的焊接，還可完成對(duì)車身的組裝，并已受到了業(yè)內(nèi)人士的一致好評(píng)。

1 ?激光焊接技術(shù)特點(diǎn)分析

激光焊接技術(shù)與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比較而言，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①熱影響區(qū)域小。激光焊接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用，其焊接過程主要是將激光束直接打入被焊接部位，使激光束被焊接區(qū)域內(nèi)熱影響范圍變小，基于激光焊接技術(shù)的這一特點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用到精密化要求程度高的零件生產(chǎn)和加工環(huán)節(jié)中，并有效解決和克服了其在焊接過程中的收縮、變形等難題。②焊接要求高。激光焊接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用，由于其本身具備了大量的能量，所以在具體的應(yīng)用過程中不僅不會(huì)對(duì)周圍的自然環(huán)境帶來影響，還能有效保證整體焊接質(zhì)量的提高。③靈活性高。在對(duì)汽車隱蔽部位的焊接過程中，激光焊接技術(shù)同樣得到了業(yè)內(nèi)人士的一致好評(píng)，而焊接工作人員僅需不斷調(diào)整焊接的方向，就能實(shí)現(xiàn)焊接部位的精準(zhǔn)定位。④適應(yīng)性較強(qiáng)。傳統(tǒng)的焊接技術(shù)在對(duì)異種合金的焊接過程中，不具明顯的優(yōu)勢(shì)，而激光焊接技術(shù)可實(shí)現(xiàn)金屬與非金屬之間的完美焊接。

2 ?激光焊接技術(shù)工作原理

激光焊接技術(shù)是一種高速度、變形小、非接觸的焊接方式，它具有熱影響區(qū)域小、焊接質(zhì)量高、靈活性高以及適應(yīng)性強(qiáng)等的顯著性特點(diǎn)，特別適合于大量與持續(xù)加工的在線加工企業(yè)。激光焊接技術(shù)的工作原理是以激光為焊接源，并將大部分的熱源控制在一個(gè)極小的范圍內(nèi)，以此更加準(zhǔn)確與快速地實(shí)現(xiàn)焊接部位的連接。在額定功率下，激光焊接技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬表面的快速加熱，而在這一過程中，金屬表面也會(huì)受到自身附加壓力的影響而產(chǎn)生凹陷，再讓激光射進(jìn)凹陷低端，形成一個(gè)小且細(xì)長(zhǎng)的孔，而這個(gè)孔又可以隨著激光光速的移動(dòng)而不斷移動(dòng)，當(dāng)金屬在孔前融化，就又會(huì)在孔后凝固，這一過程就產(chǎn)生了焊縫。另外，激光光速可以準(zhǔn)確判斷焊縫的深淺，當(dāng)激光功率密度過高時(shí)，焊縫的深度和寬度就會(huì)隨之增大，相應(yīng)地當(dāng)激光密度比較小時(shí)，焊縫的深度和寬度也會(huì)變小。在汽車制造過程中，主要應(yīng)用的激光焊接技術(shù)有激光焊接、激光拼焊、激光復(fù)合焊接、激光填絲焊、激光-電弧復(fù)合焊等的技術(shù)。

3 ?汽車制造中激光焊接技術(shù)的應(yīng)用

3.1 激光焊接

眾所周知，齒輪是汽車制造過程中非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，在最早時(shí)期，激光焊接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用便是齒輪的焊接，齒輪的重量、運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及制造過程有著嚴(yán)格的要求，正是因?yàn)槿绱藝?yán)格與苛刻的要求，才使得激光焊接技術(shù)憑借自身具有熱影響區(qū)域小、焊接質(zhì)量高、靈活性高以及適應(yīng)性強(qiáng)等顯著性特點(diǎn)，被應(yīng)用到齒輪的生產(chǎn)與加工中。時(shí)下，隨著制造行業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，很多新材料和新技術(shù)被引用到汽車制造過程中，激光焊接技術(shù)（如圖1所示）成為了當(dāng)前制造行業(yè)領(lǐng)域中一種極具制造優(yōu)勢(shì)的焊接手法。

激光焊接在汽車制造中的應(yīng)用主要集合了2種技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其在具體的應(yīng)用過程中，高能量與高密度的激光束可以產(chǎn)生熱源，并以激光為介質(zhì)，使其在短時(shí)間內(nèi)快速形成強(qiáng)烈脈沖，以此完成加工與切割等的工藝。綜合來看，激光焊接在汽車制造中的應(yīng)用具有高效性與精密性的特點(diǎn)。

3.2 激光拼焊

就目前的情況來看，激光拼焊也是目前汽車制造行業(yè)領(lǐng)域中最常見的一種焊接技術(shù)，特別是在汽車車身的焊接中，激光拼焊更是在其中發(fā)揮著不容忽視的重要作用。在傳統(tǒng)的汽車制造過程中，汽車車身采用的是先沖壓后焊接的方式，這一傳統(tǒng)的方式是將汽車車身沖壓成型，然后再使用焊接技術(shù)將其拼接于一起，但依然不能實(shí)現(xiàn)各個(gè)零部件的整合，即使是整合成功了，其整合效果也不盡如人意。但激光拼焊的技術(shù)在其中的應(yīng)用很好的解決了這一問題，激光拼焊的優(yōu)勢(shì)是它可以將車身的不同部分先進(jìn)行拼接，再?zèng)_壓成型，還可以根據(jù)車身生產(chǎn)的實(shí)際情況選擇不同性能的鋼板。截止目前為止，激光拼焊是全球范圍內(nèi)最好的焊接技術(shù)之一，其在具體的應(yīng)用過程中可以有效克服鋼板的厚度以及材質(zhì)的沖擊與限制，降低汽車制造成本，提高焊接質(zhì)量。

3.3 激光復(fù)合焊接

從理論上來說，激光復(fù)合焊接是激光焊接技術(shù)的改進(jìn)，在實(shí)踐中，激光復(fù)合焊接技術(shù)其實(shí)是激光與電弧焊的一種融合，激光復(fù)合焊接技術(shù)可提高焊接的質(zhì)量、速度和效率。但與之相應(yīng)地這兩種技術(shù)還存在著一定的問題，比如激光復(fù)合焊接技術(shù)的受熱面積小、焊接縫深;而電弧焊接技術(shù)則可以對(duì)焊接部位導(dǎo)熱，增大受熱面積。激光復(fù)合焊接結(jié)合了兩種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，既保證了焊縫的深度，又增大了受熱面積，大大的提高了焊接的質(zhì)量和效率?？梢哉f，激光復(fù)合焊接已成為當(dāng)前汽車制造中的一項(xiàng)核心技術(shù)。

3.4 激光填絲焊

激光填絲焊的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①有效解決了工件裝夾、拼裝要求嚴(yán)格等現(xiàn)實(shí)問題。②通過小功率激光實(shí)現(xiàn)厚板多道焊。③通過對(duì)焊絲成分的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)焊絲組織。其在汽車制造中的應(yīng)用，其送絲示意圖（如圖2所示）。激光填絲焊在汽車制造中的應(yīng)用，主要是利用激光束填充金屬物質(zhì)之間的相互作用，并借助已經(jīng)完成融化的焊絲用來填充焊接縫，此時(shí)焊接縫受激光作用的影響，基體金屬會(huì)逐漸形成匙孔，焊絲經(jīng)過激光束照射之后，其中的能量會(huì)被吸附，一部分主要用來融化焊絲，剩余的一部分從焊絲表面反射出去。

3.5 激光-電弧復(fù)合焊

有大量實(shí)踐證明：激光-電弧復(fù)合焊在汽車制造中的應(yīng)用，有著更加明顯的優(yōu)勢(shì)。加之，激光-電弧復(fù)合焊中具備的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性，既增加了熔深，又降低了焊接過程中質(zhì)量的缺陷，還有效改善了微觀組織。另外，激光-電弧復(fù)合焊使得焊縫成形的質(zhì)量更好，適應(yīng)性更高。激光-電弧復(fù)焊主要包括雙光束、TIG電弧同軸復(fù)合、多電極TIG電弧以及激光同軸復(fù)合。

4 ?汽車制造中激光焊接技術(shù)的可行性建議

對(duì)傳統(tǒng)焊接技術(shù)的不斷優(yōu)化和提升，逐漸形成了一種全新的焊接技術(shù)——激光焊接技術(shù)。激光焊接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)焊接技術(shù)中的眾多局限性，給汽車制造創(chuàng)造了更加廣闊的發(fā)展空間，帶動(dòng)了我國(guó)汽車制造領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的支撐下，激光焊接技術(shù)的效率、精確程度還將會(huì)不斷提高。

截止目前，激光焊接技術(shù)聚焦點(diǎn)小、焊接效果好，幾乎不會(huì)給材料本身的質(zhì)量帶來任何傷害，還能徹底避免材料的變形，后續(xù)處理直接跳過、焊接質(zhì)量明顯提升。未來時(shí)期內(nèi)，汽車制造行業(yè)領(lǐng)域中的激光焊接技術(shù)將會(huì)更加完善。因此，激光焊接技術(shù)將會(huì)朝著更加精湛的方向發(fā)展，以此實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步地推廣。

5 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽車制造行業(yè)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展與我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的進(jìn)步息息相關(guān)，激光焊接技術(shù)正是汽車制造行業(yè)在快速發(fā)展背景下衍生出來的一種新技術(shù)，激光焊接技術(shù)的應(yīng)用不僅給汽車生產(chǎn)企業(yè)帶來了新的機(jī)遇，更給汽車行業(yè)帶來了更加廣闊的發(fā)展空間。雖然說，我國(guó)的激光焊接技術(shù)較發(fā)達(dá)國(guó)家依然存在著很大的差距，但筆者始終堅(jiān)信，隨著汽車制造行業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，激光焊接技術(shù)也會(huì)得到更進(jìn)一步地提高。

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作者簡(jiǎn)介：姜立巖（1977-），女，河北唐山人，本科，講師，主要從事機(jī)械類焊工專業(yè)教育研究。