淺析激光焊接技術(shù)在汽車制造中的運(yùn)用與發(fā)展

葉劍華 高文杰 張燕瑰 許靈紅

摘要：手工焊接是大多數(shù)汽車制造商焊接過程中非常常見和重要的技術(shù)方法，只有國內(nèi)大型商用汽車零件制造商大量推廣使用汽車機(jī)器人進(jìn)行焊接和先進(jìn)的機(jī)械焊接加工方法。為了有效縮小與世界汽車焊接制造業(yè)先進(jìn)發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距，必須加快發(fā)展先進(jìn)的汽車焊接制造技術(shù)，特別是提高激光焊接技術(shù)水平，使我國汽車工業(yè)在世界上處于優(yōu)勢地位。本文以一汽大眾為例，介紹了激光焊接技術(shù)在我國激光焊接技術(shù)中的發(fā)展與應(yīng)用，及其在汽車中的應(yīng)用與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：激光焊接;汽車制造;運(yùn)用;發(fā)展

一、激光焊接的原理與優(yōu)勢分析

“激光”是一個(gè)很簡單的詞。激光焊接技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國生活的各行各業(yè)，是一項(xiàng)不容忽視的現(xiàn)代技術(shù)。激光器的主要優(yōu)點(diǎn)是指向性強(qiáng)、純單色光、電磁波的波段及頻率穩(wěn)定、輸出量大、波峰波谷游戲規(guī)則。這些資源優(yōu)勢可以為汽車焊接的精確度提供技術(shù)支持。

二、激光焊接技術(shù)在汽車制造方面的應(yīng)用

1.激光焊接技術(shù)在汽車制造業(yè)的具體運(yùn)用

汽車制造行業(yè)擁有廣泛的焊接技術(shù)，如激光焊接、MAG、電阻焊、MIGTIGCO等技術(shù)。但由于板材厚度不同，粘接技術(shù)難度較大，通常采用激光焊接技術(shù)比較容易。對(duì)于一輛車身結(jié)構(gòu)整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)合焊接，如車輛頂蓋與車身底盤的整體焊接，采用了微激光整體焊接等新技術(shù)，提高了車輛整體車身結(jié)構(gòu)的焊接剛性，車身整體性更強(qiáng)，生產(chǎn)成本減少。例如，一汽大眾汽車車身焊接采用偏光片，通過激光激發(fā)強(qiáng)光，內(nèi)部有聚焦裝置，可以發(fā)出強(qiáng)能量和強(qiáng)光，在強(qiáng)光下，零件瞬間熔化并焊接完成。激光焊接技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)一些著名汽車企業(yè)，如一汽大眾，紛紛轉(zhuǎn)用激光發(fā)射集成焊接技術(shù)。一汽大眾集團(tuán)在車身制造中使用激光焊接技術(shù)，包括熔焊和充電焊接。熔焊不再需要填充焊材，直接完成焊接操作。另外，激光束的穿透強(qiáng)度不同，可以細(xì)分為高熱熔融穿透激光焊和熱傳導(dǎo)熔透焊。熔透材料焊接這種技術(shù)可以使經(jīng)過焊接后的材料內(nèi)部熔化更徹底。熱傳導(dǎo)材料焊接技術(shù)是通過利用熱傳導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)生的一種高溫效應(yīng)使已經(jīng)焊接后的材料被熱熔化而成來達(dá)到一種焊接加工目的。經(jīng)過多年的發(fā)展，一汽大眾激光焊接技術(shù)在國內(nèi)市場處于領(lǐng)先地位。

2.焊接數(shù)值模擬技術(shù)與使用

在眾多焊接結(jié)構(gòu)件中，傳統(tǒng)焊接工藝存在諸多弊端。例如，焊接接頭存在疲勞強(qiáng)度大、材料焊接厚度不均勻等諸多基本缺點(diǎn)，導(dǎo)致材料抗壓沖擊能力大大減弱、焊接容易變形等諸多問題。焊縫溫度數(shù)值數(shù)據(jù)模擬分析技術(shù)不僅可以有效解決溫度變形和應(yīng)力強(qiáng)度不均勻的焊縫情況。例如，一汽大眾之前為了防止汽車底盤焊縫變形，不得不進(jìn)行反復(fù)檢查和測量，而且這些檢查是盲目的，而且是耗時(shí)的。以后可以通過使用您的數(shù)據(jù)庫和虛擬化焊接技術(shù)快速方便地執(zhí)行虛擬化您的焊接生產(chǎn)計(jì)劃，為您企業(yè)節(jié)省大量的焊接生產(chǎn)成本和準(zhǔn)備時(shí)間?？紤]到這一節(jié)點(diǎn)焊接過程數(shù)值化的模擬控制技術(shù)在中國一汽大眾的成功實(shí)際應(yīng)用，后來也被推廣應(yīng)用到了很多國內(nèi)知名企業(yè)。

3.激光焊接技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

一汽大眾是最早使用激光焊接技術(shù)的公司之一。到1990年代，一汽大眾公司已將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于300多輛汽車，其中大部分應(yīng)用于底盤和車身焊接。現(xiàn)在，一汽大眾車間的激光焊接技術(shù)設(shè)備在世界范圍內(nèi)獲得進(jìn)一步發(fā)展。比如，一汽大眾系列幾乎所有的車窗焊接也可以選用紅外線焊接技術(shù)設(shè)備來減少濁音，推動(dòng)安全駕駛及貨車安全。為提高車體安全性，一汽大眾采納紅外線焊接增強(qiáng)了整車底座與側(cè)車體的焊接，免去了純手工電流焊接生產(chǎn)工藝?？v然現(xiàn)階段激光焊接技術(shù)設(shè)備的發(fā)展總體水平已非常先進(jìn)，但大部分員工一直在努力實(shí)現(xiàn)激光焊接技術(shù)研發(fā)的新突破。在發(fā)達(dá)國家，正在研究一種稱為遠(yuǎn)程激光焊接的新型焊接技術(shù)。激光汽車焊接的新技術(shù)將不斷發(fā)展壯大，未來對(duì)于汽車焊接企業(yè)更好的持續(xù)發(fā)展將來會(huì)是一個(gè)非常好的發(fā)展局面?，F(xiàn)在，激光組件焊接制造技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)開始得到廣泛應(yīng)用，特別是在一些高端通用汽車制造企業(yè)的組裝制造中。

三、激光焊接技術(shù)的未來發(fā)展勢頭

目前，汽車產(chǎn)業(yè)采納焊接紅外線生產(chǎn)工藝的技術(shù)設(shè)備首選焊接激光器通常分成是快速儲(chǔ)能快速co激光器及中小型信號(hào)快速zd：ya激光器。在將來幾年激光光纖焊接應(yīng)用技術(shù)設(shè)備的快速發(fā)展中，激光器的工作輸出功率將遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到千瓦以上。對(duì)于我國汽車產(chǎn)業(yè)的重大貢獻(xiàn)主要是二極管陣列上的紅外線數(shù)字化焊接應(yīng)用技術(shù)設(shè)備，該焊接技術(shù)能夠使用不同波長在近紅外輻射區(qū)域的陣列激光電子能量作用來快速焊接各種汽車零件。此外，在激光熱能技術(shù)要求提高方面，激光焊接加熱技術(shù)可以與其他激光熱能技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多種焊接加熱處理方式，改善了傳統(tǒng)激光單一加熱源采用激光材料焊接加熱技術(shù)的諸多缺點(diǎn)?，F(xiàn)階段已經(jīng)在汽車配件制造加工行業(yè)廣泛應(yīng)用的光電焊接復(fù)合技術(shù)設(shè)備激光復(fù)合焊接熱源光電焊接復(fù)合技術(shù)設(shè)備主要包括焊接激光與氧化劑電弧、等離子弧、感應(yīng)復(fù)合熱源焊接復(fù)合光電焊接、雙焊與激光束復(fù)合焊接等等多種技術(shù)設(shè)備。由于焊接機(jī)器人具有操作靈活、變化多樣、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，焊接機(jī)器人得到了廣泛的發(fā)展。可用于完成各種高難度加工作業(yè)、焊縫加工質(zhì)量高、機(jī)動(dòng)性好、符合程序、無安全隱患等。機(jī)器人焊和激光零件焊接無疑將會(huì)是一個(gè)非常好的焊接選擇。例如，在目前汽車電子制造業(yè)發(fā)達(dá)的拉美國家，機(jī)器人采用伺服焊槍技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接時(shí)對(duì)零件沖擊小、精度高的理想。

結(jié)束語

如今，激光焊接技術(shù)已成為現(xiàn)代各大汽車企業(yè)的必備技術(shù)，許多著名汽車企業(yè)都擁有全自動(dòng)激光焊接生產(chǎn)線，激光材料焊接制造技術(shù)在當(dāng)今世界很大范圍內(nèi)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。車身本身的整體質(zhì)量越來越小，整體上的車身更流暢、更一體化，車身剛性也得到了提升，降低了實(shí)際車輛制造成本，實(shí)現(xiàn)了汽車的可持續(xù)發(fā)展。各個(gè)大車企巨頭也在關(guān)注激光焊接技術(shù)的進(jìn)步，縱然也存有一些弊病，但是事實(shí)上，激光焊接技術(shù)發(fā)展迅速，指明了方向，拓寬了跨越式發(fā)展的視線。

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