激光焊在汽車頂蓋焊接中的應(yīng)用

張述元

摘 要：為了更好的提升車體的使用壽命，強(qiáng)化車體材料的坑腐蝕性能，激光焊技術(shù)開始被廣泛的應(yīng)用在汽車工業(yè)制造當(dāng)中，在汽車頂蓋焊接中也有著非常廣泛的應(yīng)用。本文主要是將激光焊的工作原理和特點(diǎn)作為基礎(chǔ)，對(duì)激光焊在汽車頂蓋焊接中的應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)分析。

關(guān)鍵詞：激光焊;汽車頂蓋;焊接

0 引言

激光焊技術(shù)是將光學(xué)與金屬學(xué)結(jié)合在了一，是人類焊接領(lǐng)域中的一大突破。激光焊接技術(shù)從上世紀(jì)80年代起就應(yīng)用在了汽車車身的制造當(dāng)中，是將激光作為焊接的光源，具有能量密度比較高的特點(diǎn)，并且焊接和切割的速度都比較快，加熱的范圍也比較小，使得激光加工的熱影響區(qū)域會(huì)比較窄，能夠在白車身制造領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。在激光焊接技術(shù)的不斷發(fā)展下，汽車制造的各個(gè)工藝中都開始廣泛應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，在汽車頂蓋的焊接更是有著普遍的應(yīng)用。

1 激光焊的原理

激光焊接就是在受到一定的刺激后輻射放大，具體來(lái)說(shuō)就是通過(guò)利用強(qiáng)光的方式來(lái)對(duì)相應(yīng)的激光發(fā)生介質(zhì)進(jìn)行照射，通過(guò)這樣的照射之后，激光發(fā)生介質(zhì)內(nèi)部原子的電子就會(huì)得到能量，但這種能量得到一定的積累之后，就會(huì)從先前的低能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣軕B(tài)，進(jìn)而促使電子出現(xiàn)躍遷的現(xiàn)象。當(dāng)原子處在一個(gè)高能激發(fā)狀態(tài)的時(shí)候，外界如果對(duì)其產(chǎn)生輻射，而原子一旦感應(yīng)到輻射之后就會(huì)讓處在激發(fā)狀態(tài)的原值轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài)。

2 激光焊優(yōu)勢(shì)和局限

2.1 激光焊的優(yōu)勢(shì)

激光焊技術(shù)具有單面加工、搭邊量小和焊接質(zhì)量穩(wěn)定的重要優(yōu)勢(shì)，并且它屬于的是一種非接觸式的加工方式，焊接的速度也比較快，不容易出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。激光焊技術(shù)可以通過(guò)局部加熱的方式完成加工，不容易造成熱損傷的現(xiàn)象，熱影響的區(qū)域也比較小，只會(huì)在加工工件的焊接表面產(chǎn)生熔化的現(xiàn)象。采用激光焊技術(shù)具有高效率和高質(zhì)量的特點(diǎn)，它可以對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行充分的利用，然后對(duì)光束做好精確化的控制，讓焊接位置更加具有準(zhǔn)確度。對(duì)于一些比較復(fù)雜的工件，利用激光焊技術(shù)可以讓光束更加方便到達(dá)，并且還能實(shí)現(xiàn)多路焊接操作或者分時(shí)操作，能夠更好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的焊接。

2.2 激光焊的局限性

金光激光焊具有眾多的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，但是在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中還是存在著很多的不足。激光焊比較容易出現(xiàn)氣孔現(xiàn)象，比如說(shuō)母材表面不夠清潔就容易造成焊絲和激光束交叉相對(duì)位置發(fā)生改變的現(xiàn)象，會(huì)讓焊縫的表面出現(xiàn)不同狀態(tài)的氣孔。在焊接的過(guò)程中還比較容易造成穩(wěn)定性方面的問(wèn)題。另外也比較容易出現(xiàn)焊縫單邊焊的問(wèn)題，在開展工件之間的焊接工作時(shí)，激光束與導(dǎo)嘴處焊絲的相對(duì)位置發(fā)生偏移，就會(huì)造成一定的問(wèn)題。總體來(lái)說(shuō)，激光焊對(duì)于技術(shù)水平的要求是比較高的，需要在前期有一個(gè)高成本的投入。此外還需要對(duì)激光光束的操控進(jìn)行關(guān)注，將其作為技術(shù)難點(diǎn)來(lái)做好重點(diǎn)關(guān)注。

3 激光焊的常用工藝

3.1 熔焊

熔焊技術(shù)的主要原因就是，在使用高功率的激光對(duì)材料進(jìn)行照射的時(shí)候，材料表面會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)作用而出現(xiàn)小孔，其中還會(huì)充滿蒸汽，溫度也會(huì)呈現(xiàn)出上升的狀態(tài)，甚至可以將入射激光中所包含的所有能量都吸收干凈。小孔的外壁可以將小孔內(nèi)部龐大的熱量都傳遞出來(lái)，這種高溫的現(xiàn)象足夠熔化小孔外側(cè)的金屬，并且還會(huì)隨著激光光束位置而出現(xiàn)不斷的前進(jìn)。在此時(shí)，一直處在穩(wěn)定狀態(tài)的小孔和包圍在小孔周圍的熔融狀態(tài)金屬也會(huì)隨之出現(xiàn)一定的移動(dòng)。

3.2 釬焊

激光釬焊在對(duì)焊接區(qū)域中的焊絲表層進(jìn)行高密度的激光照射的時(shí)候，會(huì)因?yàn)槭艿郊す夤馐母邿崃康挠绊?，使得焊絲熔化成為熔融狀態(tài)的金屬。當(dāng)焊絲出現(xiàn)熔化的現(xiàn)象之后就可以開展對(duì)焊接縫隙的連接工作。利用激光釬焊的方式來(lái)焊接可以讓工件母材不受到激光侵蝕的影響，可以讓焊接質(zhì)量保持在更加穩(wěn)定的狀態(tài)當(dāng)中，同時(shí)也能作對(duì)焊縫美觀度的有效保證。在汽車的頂蓋焊接當(dāng)中對(duì)釬焊技術(shù)有了比較廣泛的應(yīng)用，并且也獲得了不錯(cuò)的效果。

3.3 復(fù)合焊接

這種焊接方式的熱源包括著激光，但是同時(shí)也包括著其他的輔助性熱源。對(duì)于輔助性熱源來(lái)說(shuō)，它所發(fā)揮出的主要功能就是對(duì)上層材料進(jìn)行直接的加熱，這種方式比平常的焊接技術(shù)要更加容易保證好焊接表面溫度的均勻性和穩(wěn)定性。

4 激光焊在汽車頂蓋焊接中的應(yīng)用

將激光焊技術(shù)應(yīng)用在汽車頂蓋焊接當(dāng)中需要一個(gè)完善的系統(tǒng)構(gòu)造，這種系統(tǒng)的焊接熱源需要選用的是激光，其中的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要是采用工業(yè)機(jī)器人的方式來(lái)展開具體的操作。

4.1 激光發(fā)生器

激光發(fā)射器指的就是能夠產(chǎn)生激光并且具有耦合功能的設(shè)備，它能夠?qū)Ⅰ詈虾蟮募す庾龀鲚敵霾僮?，其性能的高低一般都與輸出光束的質(zhì)量和輸出功率有著重要的聯(lián)系。目前的汽車頂蓋焊接當(dāng)中普遍會(huì)采用兩種類型的激光源，主要是YAG固體激光源和二氧化碳?xì)怏w激光源，其中后者可以提供更加穩(wěn)定且優(yōu)質(zhì)激光光束。

4.2 光纖和聚焦系統(tǒng)

在激光光束發(fā)生激光光源之后，一般都需要光線做好光束的傳輸工作，讓其可以順利的到達(dá)激光焊接頭的位置上。除此之外，還需要對(duì)反射鏡和聚焦鏡等光學(xué)部件進(jìn)行借用，通過(guò)這樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的聚焦處理，通過(guò)改變光束的傳輸方向和偏振狀態(tài)來(lái)完成焊接工作。

4.3 焊接機(jī)器人

機(jī)器人系統(tǒng)的主要目的就是對(duì)焊接軌跡正常行走做好保證，同時(shí)還要對(duì)焊接參數(shù)做好合理調(diào)用，進(jìn)而提供準(zhǔn)確度高的電氣信號(hào)類型。對(duì)于不同類別的激光焊接技術(shù)來(lái)說(shuō)，因?yàn)槭艿讲煌附臃椒ê秃附咏宇^形式的影響，對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)的要求也是具有比較大的差異性，因此需要根據(jù)具體的情況來(lái)選用不同的機(jī)器人系統(tǒng)。

4.4 焊接頭

焊接頭能夠利用光纖傳導(dǎo)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光的校準(zhǔn)和調(diào)整處理，讓其可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌驊?yīng)用在實(shí)際的加工處理中的能量光束，讓其具有更強(qiáng)的專業(yè)性。

4.5 焊接夾具

想要對(duì)焊縫位置的精準(zhǔn)度和焊縫間隙的準(zhǔn)確度做好保證，需要對(duì)焊接夾具進(jìn)行積極的利用，通過(guò)做好零件尺寸的度量和裝配，進(jìn)一步的保證焊接質(zhì)量。

4.6 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

想要實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程的視頻監(jiān)視共和國(guó)能，讓焊接機(jī)器人可以更加協(xié)調(diào)，需要對(duì)激光源安和焊接頭之間的信號(hào)交換進(jìn)行關(guān)注。自動(dòng)化的控制可以讓電氣信號(hào)得到更加系統(tǒng)化的處理，而且完整的自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接操作的全局性控制。

4.7 獨(dú)立工作間

激光光束中含有巨大的能量，通過(guò)激光源所產(chǎn)生的激光功率也是比較大的，這些會(huì)給工作人員造成一定的傷害。為了減少對(duì)工作人員的傷害，一般都需要在封閉的空間中開展激光焊接的工作。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，激光焊技術(shù)的焊縫質(zhì)量，不僅焊縫均勻、平整光滑，并且外形也非常美觀，具有很多的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，能夠在很大程度上加大車身的焊接強(qiáng)度，對(duì)提升汽車的安全品質(zhì)具有重要的作用。未來(lái)的激光焊技術(shù)將得到越來(lái)越多汽車制造企業(yè)的積極使用和推廣，并且也會(huì)得到更深層次的研究，可以更好的服務(wù)于更多的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。

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