激光焊接技術在汽車制造中的應用價值分析

屈紅英（安徽省汽車工業學校，安徽 合肥 231131）

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激光焊接技術在汽車制造中的應用價值分析

屈紅英
（安徽省汽車工業學校，安徽 合肥 231131）

在當今的汽車制造業中，激光焊接技術已經憑借著其獨特的先進性得到了廣大汽車制造商的認可。本文對激光焊接技術進行論述，希望能對汽車制造業的從業者有所幫助。

騎車制造；激光焊接；價值；技術應用；質量

汽車制造業，是工業中的一項高端的綜合產業，它是糅合了金屬冶煉與鑄造加工、電子器件制造、機械設計、電子電路設計、IT等多各領域技術內容的勞動密集型產業。眾所周知，激光，憑借著其強大的能量和穿透性，近些年來在工業上得到了更為廣泛的應用，在汽車制造業中，激光更是被用在了相關部件的焊接工藝中。

1 激光與焊接

激光，是一種能源放射的方式，具有速度快、效率高、穿透性強、精密度高等特點。在早年的技術研發中，有人曾經用激光在頭發絲上成功的打孔，這一技術在當時震驚世界。目前，激光通常被應用在信息刻錄、軍事用途、工業切割等方面。焊接技術是一門傳統的工業加工工藝，通常被用于兩部分或者多部分同材料或者異材料的金屬連接。這種工藝在機械制造、金屬材料加工和工程建筑等方面都有著廣泛的應用。

激光焊接和切割，如今在國際汽車制造業中已經占有了相當的地位。憑借著自身的特點，激光切割可以更好地適應如今汽車制造業中新結構、多品種、高品質低成本、輕量化等要求，并且已經為企業創造了巨大的效益。隨著市場競爭的日益激烈，以價格取勝的經營策略已經行不通了。為了提升產品的檔次，降低生產成本，汽車生產引入激光加工已經成為了當前的必然選擇。汽車生產企業通過組建專項項目組，對激光焊接進行學習和研究，再將得到的成果運用于一線的生產。

2 汽車制造中激光焊接的具體內容

首先，要對激光焊接的作業中的幾大關鍵部分內容進行總結。包括：大功率激光焊接作業中存在的復雜理化行為；等離子對激光的能量傳輸和耦合的作用機制；熔池的穩定性機理以及由于小孔缺陷產生的影響；總結出抑制焊縫和調控整體組織的合理的理論方法。

作為一項技術難度較高的先進工藝，激光焊接有著極其復雜的物理化學過程。在加工過程中，通過保證激光的能量，可以有效的與焊接工件形成足夠程度的耦合，形成足夠的合理的小孔與熔池，并保證其穩定，從而完成焊接并保證焊接質量的統一；通過操作，實現無缺陷或者低缺陷的高效焊接。（1）特有等離子體行為。在研究過程中，通過對特有等離子體的實驗研究，結合精密的理論計算，總結出具體的等離子物理性特征，以此為根據建立出分層物理模型，從而進一步得出等離子對于激光能量的吸收作用微乎其微，但是卻有強烈的散焦作用。在散焦作用下，焊接工件的能量密度和焊縫熔深都會受到極大的影響。通過這項研究，可以確保在實際操作中對等離子帶來的不良影響加以抑制，對激光焊接過程中的能量傳輸和耦合行為有重大的影響。（2）小孔與熔池的穩定性機理。通過對激光與材料的互相作用的理論進行研究，建立起GAUSS面熱源和峰值遞增柱狀熱源的組合型熱源模型，進一步通過技術手段，模擬小孔和熔池的同步耦合的并且對多場模擬的數值進行記錄，對小孔進而熔池形成的瞬態行為進行可視化數值建模。然后對這些模擬出來的數值進行研究，全面揭示出小孔壁面金屬流動速度的波動情況和小孔與熔池的穩定性的作用關系。（3）抑制大功率激光焊接缺陷形成機理。結合大量的工藝操作實驗和數據分析測試，全面了解小孔帶來的褶皺作用帶來的不利影響、熔池表面存在付溫度梯度產生的“咬邊”和“駝峰”、因為熔池液體表面張力產生的下榻等典型焊接缺陷。通過對這一系列的問題進行解決方案的研究，避免因加工缺陷對焊接作業加工工件造成不利影響。

3 汽車制造中激光焊接的具體應用（以大尺寸白車身為例）

（1）對于超長三圍曲線焊縫的熱變形控制。對于白車身的焊接，頂蓋和側圍的結合處加工難度很大，保持曲率的一致性加工難度非常高。對于加工過程中產生的大量殘余應力，因為無法得到足夠的空間進行釋放，使工件出現波浪形、尖角突起等不良形變。對于大幅度曲面、薄板工件、長焊縫等部分進行焊接時，殘余應力造成影響的現象會更為嚴重。

通過項目研究人員的理論計算和工藝實驗分析，匯總大量的數據信息，并且將這些信息用于操作工藝水平提升。通過對整體熱變形的焊縫的優化分為三個部分。主要包括焊縫分段優化、焊路路徑規劃優化、焊接順序優化等三部分。通過相關工藝變換，降低左右光路切換頻率，將生產效率大幅度提高。通過分段優化，將原本的單邊的焊縫進行分段，先直線后圓弧，將直線部分進行一分為二的拆分，從中間起，降低圓弧面裝配的相關要求，盡可能的減少熱變形的積累，消除因熱變形引起波浪、壓痕和尖角。

（2）復雜曲面焊接過程中的焊縫駕車與補償的自動化。由于頂蓋屬于三圍曲面覆蓋的特殊形狀，相應的焊接單挑焊縫長度很大，并且在拼裝狀態下會有一定的不良影響，最終會造成拼縫和間隙無法達到理論值的要求范圍。并且由于焊接的局部性熱效應，焊縫間會產生不良形變。所以，面對這些問題，傳統的焊接工藝已經不能滿足部件加工的技術指標要求。

針對這一問題，相關技術研究人員開發了通過以視覺和觸覺相結合的方式，對焊縫進行測量、跟蹤和補償，并且建立除了一套功能完善的操作系統。利用機器視覺技術，以汗死作為力敏元件，對有需要部分進行填充，通過轉軸和伸縮臂組成機構，利用相應機構的自適應運動對程序設定位置和焊縫之間的偏差進行適當補償。同時，根據現場實際工況的即時動態變換，對于拼裝狀態的焦點位置、束流能量和束流姿態等多維運動軌跡生成策略，對頰側和控制過程中的實質性問題加以解決，并建立起焊接工作的實時監測和動態補償的系統，通過這些措施，使加工經度控制在0.1 mm以內。

4 激光焊接工藝對比傳統焊接工藝存在的優勢

隨著激光焊接的應用，傳統焊接所暴露出來的各種弊端得到了很大程度上的解決。首先，激光焊接技術和傳統焊接相比更加精準。通過專業儀器和技術人員的測算與設計，激光焊接的焊接工藝更加精確、誤差率更小、精準度更高，更加適合車身的加工和高難度部位的技術處理。其次，激光焊接技術更加節約成本。一方面激光加工技術的能量釋放更加集中，定位更加準確，能源利用效率更高更好，可以減少大量不必要的能源浪費，同時也避免了大量廢料的產生，降低了報廢工件的出產率。進一步將企業的生產損耗降到最低。第三，激光焊接技術更加高效。通過激光焊接的高精準度和更加科學的加工工藝，企業可以大幅度的提高生產效率，為企業節約時間成本鄧小平同志曾經說過，科學技術是第一生產力。通過激光焊接之類的高端技術應用，我國的汽車工業必將能有一個大幅度的提高，并且在激烈的市場競爭中，取得更優異的成績。

[1] 林元航.激光焊接技術及其在汽車工業的應用[J].機電工程技術，2016,05:21~24.

[2] 張妍.激光焊接在白車身上的應用現狀[J].電焊機，2016,03:122~126.

[3] 田洪福，侯若明，丁莉.從一汽裝備使用現狀談汽車制造創新與發展[J]. 世界制造技術與裝備市場，2016,02:103~109.

TG456.7

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