激光焊接技術(shù)在汽車零部件生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用

摘 要：汽車零部件的生產(chǎn)廣泛應(yīng)用焊接技術(shù)，本文主要研究目前激光焊接技術(shù)在汽車的常用零部件的生產(chǎn)加工工藝流程中應(yīng)用，首先對(duì)激光焊接技術(shù)的特點(diǎn)及大致運(yùn)用進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，充分掌握激光焊接技術(shù)特點(diǎn)，深入分析該技術(shù)用于汽車制造中的有效方式方法，在此基礎(chǔ)上深入分析未來我國(guó)汽車零部件激光焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，希望通過本文的研究能夠更加全面的了解激光焊接技術(shù)的特點(diǎn)，也為后期更好的發(fā)揮激光焊接技術(shù)在汽車零部件生產(chǎn)中的作用提供參考。

關(guān)鍵詞：激光 焊接 汽車 零部件

The Practical Application of Laser Welding Technology in the Production of Auto Parts

Liu Shuai

Abstract：Welding technology is widely used in the production of auto parts. This article mainly studies the current application of laser welding technology in the production and processing process of common auto parts. Firstly， it briefly introduces the characteristics and general application of laser welding technology， and fully grasps laser welding technology characteristics， in-depth analysis of the effective ways and methods of the technology used in automobile manufacturing. On this basis， an in-depth analysis of the future development trend of laser welding technology for auto parts in my country is put forward， hoping that through the research in this article， a more comprehensive understanding of the characteristics of laser welding technology can be achieved so as to provide a reference for better playing the role of laser welding technology in the production of auto parts in the later period.

Key words：laser， welding， automobile， parts

1 引言

近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展水平不斷提高，人們對(duì)于生活的物質(zhì)要求也越來越高，越來越多的人們購(gòu)買私家車作為日常的出行工具，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上私家車的數(shù)量也不斷增加，與此同時(shí)人們對(duì)于汽車制造的質(zhì)量和加工工藝也愈加關(guān)注。傳統(tǒng)汽車的制造是采用阻焊工藝加工，焊接質(zhì)量偏低，激光焊接技術(shù)具有更好的精度、更深的穿透度，在各種零部件的制造中都能使用，因此受到人們廣泛的關(guān)注[1]。近年來，激光焊接技術(shù)也逐漸從高端的航空航天領(lǐng)域推廣到汽車制造中，在汽車零件制造中發(fā)揮著重要的作用[2]。因此在現(xiàn)階段加強(qiáng)對(duì)于激光焊接技術(shù)在汽車零部件生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠更好的發(fā)揮激光焊接技術(shù)在汽車生產(chǎn)制造領(lǐng)域的作用。

2 激光焊接技術(shù)的特點(diǎn)及大致運(yùn)用

激光焊接是指在操作過程中選取具備高功率聚焦特性的激光束來熔化焊接材料，由此達(dá)成預(yù)期焊接目標(biāo)。激光焊接與普通焊接不同，焊接速度更快、質(zhì)量更好，而且效果比較高，能夠?qū)崿F(xiàn)光亮美觀的焊縫，焊接過程中不會(huì)形成太大的熱輸入，僅對(duì)部分區(qū)域形成熱影響，因此在焊接后不易出現(xiàn)零件變形的情況。除此之外，利用激光對(duì)鋼板進(jìn)行焊接，能夠?qū)崿F(xiàn)50mm厚度的焊接[3]。

激光焊接零件的裝配間隙小，因此其工裝要求非常精確，需嚴(yán)格依照高精度的裝配標(biāo)準(zhǔn)才能真正發(fā)揮激光焊接的作用。但是，目前國(guó)內(nèi)汽車零部件廠商生產(chǎn)加工的精度相對(duì)偏低，阻礙了激光焊接工藝的發(fā)展。以車身生產(chǎn)加工為例，目前主要采用成型件三維焊接的方式進(jìn)行加工，在焊接過程中要求零件裝配尺寸滿足較高的精度。相關(guān)部件裝配后的精密度直接影響到激光焊接技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用可行性以及校準(zhǔn)準(zhǔn)確性。因此在使用激光焊接技術(shù)時(shí)，焊接的接頭位置必須達(dá)到高精度的間隙。搭接接頭與對(duì)接接頭的間隙以及焊接多運(yùn)行的誤差范圍的一般需要根據(jù)板厚來具體決定。比如搭接接頭的間隙誤差要小于焊件中較薄焊件厚度的1/4。如果在焊接中出現(xiàn)較大的誤差就會(huì)導(dǎo)致被焊接的焊件上片被燒穿或者下片不熔合。另外在焊件對(duì)接接頭位置裝配的間隙誤差要低于板厚的3/20。其中兩板橫向及不平度誤差和縱向直線度要分別要低于板厚的1/4和0.13mm。

在使用激光對(duì)板材進(jìn)行焊接的過程中，高功率的激光束會(huì)迅速提高被焊接金屬的溫度，從而使得金屬變成氣態(tài)蒸發(fā)，這些氣態(tài)金屬聚集在被焊接金屬的周圍，于周邊范圍生成等離子體，此類離子體元素將在激光束四周達(dá)成阻隔激光的效果，激光就不能被焊件正常吸收[4]。因此在焊接時(shí)，需要借助激光焊的保護(hù)氣體排除產(chǎn)生的等離子體，一般情況下會(huì)在焊接的過程中使用高速噴嘴噴射惰性氣體，這些氣體會(huì)將金屬板附近聚集的等離子體吹散，從而正常進(jìn)行焊接，而且能夠利用惰性氣體將熔化的金屬與周圍的大氣隔絕開，避免空氣影響到焊接的效果。

3 激光焊接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用

3.1 激光焊接在汽車車身拼焊板中的應(yīng)用

在車身設(shè)計(jì)制造中，很多部位的制造都使用不同規(guī)格的鋼板拼焊形成，在具體的生產(chǎn)中，焊接使用的鋼板要根據(jù)車身設(shè)計(jì)及性能要求的不同進(jìn)行選擇，然后利用激光焊接技術(shù)完成裁剪、拼接等焊接作業(yè)。激光拼焊板焊接工藝廣泛應(yīng)用于車身的生產(chǎn)制造中，目前已經(jīng)在奔馳、豐田、寶馬等全球各大汽車廠商的生產(chǎn)中得到應(yīng)用。這種焊接技術(shù)也在越來越多的汽車車身部位上得到使用，常見的拼焊板零部件主要包括行李箱板、門內(nèi)板、前輪罩、前縱梁、側(cè)圍內(nèi)板、中立柱、保險(xiǎn)杠、前地板、橫梁輪罩等。

3.2 車身的激光組焊

在汽車零部件的生產(chǎn)制造中， 存在很多已沖壓或切割成形的車身構(gòu)件，這些構(gòu)件需要使用焊接技術(shù)變成整體總成，激光組焊技術(shù)就是加工白車身分總成或總成的關(guān)鍵技術(shù)。一般情況下，首先對(duì)車身構(gòu)件兩雙件進(jìn)行組焊，然后再對(duì)之前組焊完成的部件進(jìn)行多件組焊，逐漸焊接成為白車身分總成，將不同的分總成通過總裝形成總成。激光組焊技術(shù)在大批量、小批量以及新樣車生產(chǎn)等不同的生產(chǎn)場(chǎng)景下都可以使用。但是這種組焊技術(shù)前期需要較大的設(shè)備投資，使用過程中也需要較高的維護(hù)成本，而且對(duì)于使用條件的要求相對(duì)苛刻，但是使用這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的焊接，焊接后的汽車總成不容易出現(xiàn)零件變形，總體焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，車身總成的剛度也顯著提升，在汽車領(lǐng)域被世界各大汽車廠商廣泛應(yīng)用。目前在汽車制造中，車身的激光焊接內(nèi)容主要包括總成焊接、側(cè)圍與頂蓋的焊接以及后續(xù)焊[5]。

3.3 激光焊接在典型汽車零部件中的應(yīng)用

3.3.1 進(jìn)排氣門

汽車進(jìn)排氣門的工作環(huán)境溫度較高，同時(shí)承載較大的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，需維持較高速度來保障持續(xù)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求精確至毫秒范疇。不過需注意，其運(yùn)行狀態(tài)容易遭受發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率、尾氣排放等諸多性能的影響，因此必須同時(shí)滿足重量輕便、性能強(qiáng)度高等相關(guān)要求。因此在設(shè)計(jì)和制造時(shí)一般將氣門內(nèi)設(shè)置成空腔狀態(tài)，從而減輕氣門零件的總體質(zhì)量，而且在其內(nèi)部填充金屬鈉作為冷卻劑來抵抗工作中的高溫，所以在生產(chǎn)中普遍使用激光焊接技術(shù)進(jìn)行制造，只有激光焊接技術(shù)才能保障制造的氣門達(dá)到高強(qiáng)度。

3.3.2 汽車離合器

汽車運(yùn)行中，需借助控制汽車離合器來達(dá)成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳輸，且不論是傳輸?shù)那袛嗷虺掷m(xù)連接都可由此實(shí)現(xiàn)，具體處于一種旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)中完成。因此，在設(shè)計(jì)制造時(shí)要考慮工作時(shí)的緩沖力量。通常汽車離合器部件主體結(jié)構(gòu)由2片外殼體和1組螺旋彈簧組合而成，其中外殼具體采用鍛造技術(shù)實(shí)施加工，最后在使用激光焊接技術(shù)將兩片外殼體封焊成整體[6]。在離合器生產(chǎn)中應(yīng)用激光焊接技術(shù)能夠滿足離合器高強(qiáng)度的力學(xué)性能的要求，更好的保障離合器的使用效果。

3.3.3 汽車保險(xiǎn)杠

采用激光焊接生產(chǎn)制造的車前保險(xiǎn)杠也能實(shí)現(xiàn)更好的性能，比如使用雙相鋼板和低碳鍍鋅鋼板生產(chǎn)制造保險(xiǎn)杠，可以用激光拼焊技術(shù)將不同材料的鋼板焊接成平板，再采用沖壓工藝，將平板變成帶波紋的保險(xiǎn)杠，這種工藝生產(chǎn)制造的保險(xiǎn)杠能夠保障保險(xiǎn)杠的輕量化和高強(qiáng)度，在實(shí)際使用中，既能減輕汽車的質(zhì)量，降低汽車能耗，又能保障良好的防撞保護(hù)效果。

4 我國(guó)汽車零部件激光焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

激光焊接技術(shù)已經(jīng)成為汽車零部件生產(chǎn)制造最重要的技術(shù)之一，也是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。當(dāng)前我國(guó)的汽車整體焊接工藝相比國(guó)外先進(jìn)的焊接技術(shù)仍然存在很大的差距。但是近年來，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)對(duì)于汽車生產(chǎn)制造激光焊接技術(shù)愈加重視，相關(guān)的生產(chǎn)工藝也不斷升級(jí)。很多汽車生產(chǎn)制造企業(yè)的車身焊接技術(shù)以及能夠?qū)崿F(xiàn)80%以上的自動(dòng)化焊接。

現(xiàn)在的汽車生產(chǎn)流水線基本都是由計(jì)算機(jī)對(duì)加工設(shè)備進(jìn)行控制，在某一工位完成組裝后，再傳送到下一個(gè)工位，而且在流水線上使用了大量的焊接機(jī)器人，這些焊接機(jī)器人全部由計(jì)算機(jī)編程控制，的存在能夠替代人工完成相關(guān)作業(yè)，提高作業(yè)精度和生產(chǎn)效率。

在焊接作業(yè)過程中機(jī)器人的相關(guān)動(dòng)作都是按照生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)點(diǎn)到點(diǎn)的序步軌跡，因此能夠有改善現(xiàn)場(chǎng)的工作條件，提高汽車生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的質(zhì)量。而且采用自動(dòng)化程度更好的激光焊接工藝，能夠節(jié)省生產(chǎn)材料，從而進(jìn)一步降低汽車制造的生產(chǎn)成本。

近年來隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，家庭轎車的生產(chǎn)設(shè)計(jì)逐漸趨向小型化與輕量化生產(chǎn)，生產(chǎn)制造汽車的材料也更加多元化，逐漸開始使用鋁鎂合金、復(fù)合材料以及熱塑性合成材料等，激光焊接技術(shù)在這些材料元件的加工中將會(huì)發(fā)揮更加重要的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過本文的分析可知，在汽車制造中應(yīng)用激光焊接技術(shù)具有重要的作用，能夠有效提高零部件加工的質(zhì)量精度和效率。未來隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，激光焊接技術(shù)在汽車生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，也會(huì)遇到更多更復(fù)雜的問題，這就需要相關(guān)人員不斷加強(qiáng)對(duì)于激光焊接技術(shù)的研究，制定更加合理的方案，更好的發(fā)揮激光焊接在汽車零部件生產(chǎn)制造中的作用，加工制造更多更高性能的零部件，更好的保障汽車零部件的質(zhì)量，進(jìn)而保障生產(chǎn)車輛的質(zhì)量，更好的滿足人們對(duì)于車輛的質(zhì)量性能要求。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介

劉帥：（1990—），男，漢族，江西省樂平市人，現(xiàn)任杭州寶偉汽車零部件有限公司焊接工程師。主要研究方向：白車身工藝焊接及項(xiàng)目工作。