汽車車身制造的激光焊接應(yīng)用

楊曉東 王少昌 呂志海

摘要：汽車車身由不同的金屬構(gòu)件及覆蓋件組成，例如車身框架是由上邊梁、下邊梁、縱梁、橫梁、立柱等金屬構(gòu)件所構(gòu)成；車身蒙皮是由頂蓋、翼子板、隔板等覆蓋件所組成。激光焊接技術(shù)以其先進(jìn)、快速、靈活的特性被廣泛應(yīng)用于汽車制造工業(yè)，它為汽車新產(chǎn)品的開發(fā)提供了技術(shù)保障和質(zhì)量保證。將激光焊接技術(shù)應(yīng)用到汽車車身有利于提高汽車行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。本文就汽車車身制造中激光焊接技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：汽車車身制造；激光焊接；應(yīng)用

汽車工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)主要表現(xiàn)在汽車質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)。在汽車的四大生產(chǎn)工藝中焊接技術(shù)直接影響車身的外觀質(zhì)量以及總裝配的難易程度，因此汽車車身焊裝工程對(duì)汽車整車制造的影響重大。激光焊接是21世紀(jì)汽車工業(yè)上應(yīng)用的新技術(shù)。它采用偏光鏡反射激光產(chǎn)生的光束，使其集中在聚焦裝置中產(chǎn)生巨大能量的光束，例如激光束在聚焦點(diǎn)上的直徑為0.3～0.5mm，可得到超過(guò)106～108W/cm2的光強(qiáng)，如果焦點(diǎn)接近工件，工件表面會(huì)產(chǎn)生極高溫度，在幾毫秒內(nèi)熔化，達(dá)到熔化結(jié)合的物理變化，也就是起到了點(diǎn)焊的作用，但是焊接的牢固性超過(guò)普通的點(diǎn)焊，所以將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于汽車車身制造中可以更高地提高汽車的制造品質(zhì)。

一、激光焊接的原理及特點(diǎn)

激光即“受激輻射放大”是通過(guò)強(qiáng)光照射激光發(fā)生介質(zhì)，使介質(zhì)內(nèi)部原子的電子獲得能量，受激而使電子運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生遷移，由低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子，受外界輻射感應(yīng)，使處于激發(fā)態(tài)的原子躍遷到低能態(tài)，同時(shí)發(fā)出一束光；這束光在頻率、相位、傳播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此時(shí)的光為受激輻射光。

為了得到高能量密度、高指向性的激光，必須要有封閉光線的諧振腔，使觀光束在置于激光發(fā)生介質(zhì)兩側(cè)的反射鏡之間往復(fù)振蕩，進(jìn)而提高光強(qiáng)，同時(shí)提高光的方向性。含有釹（Nd）的YAG結(jié)晶體發(fā)生的激光是一種人眼看不見(jiàn)的波長(zhǎng)為1.064um的近紅外光。這種光束在微弱的受激發(fā)情況下，也能實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)振。YAG晶體是寶石釔鋁石榴石的簡(jiǎn)稱，具有優(yōu)異的光學(xué)特性，是最佳的激光發(fā)振用結(jié)晶體。

激光焊的工藝參數(shù)如下：

眾所周知，激光焊接具有多參數(shù)特點(diǎn)，通常情況下包括激光波長(zhǎng)、激光束模式（或發(fā)散角）、激光功率、激光偏振特性、激光脈沖頻率、聚焦鏡焦距、激光照射角度、焊接速度、離焦量（或稱焦點(diǎn)位置）、氣體保護(hù)方式、保護(hù)氣種類及流量、接頭間隙等激光加工參數(shù)，另外還包括焊接結(jié)構(gòu)、焊接材料、工件厚度等工件特性和參數(shù)。如果是激光填絲焊（或激光硬纖焊），激光焊接參數(shù)應(yīng)包括焊絲直徑、焊絲成分、填絲速度、填絲方向（與焊接方向的關(guān)系）、填絲位置（焊絲熔化端與工件和激光焦點(diǎn)之間的關(guān)系）、填絲角度等相關(guān)參數(shù)。

激光焊接的的主要特點(diǎn)如下：（1）單色性。激光不是由許多不同的光混合而成的，它是最純的單色光（波長(zhǎng)、頻率）；（2）方向性。激光傳播時(shí)基本不向外擴(kuò)散；（3）相干性。激光的位相（波峰和波谷）很有規(guī)律，相干性好；（4）高輸出功率。用透鏡聚焦激光后，所得到的能量密度是太陽(yáng)光的幾百倍。（5）短時(shí)間焊接，既對(duì)外界無(wú)熱影響，又對(duì)材料本身的熱變形及熱影響區(qū)小，尤其適合加工高熔點(diǎn)、高硬度、特種材料。（6）焊接一致性、穩(wěn)定性好一般不加填充金屬和焊劑，并能實(shí)現(xiàn)部分異種材料焊接。（7）焊縫強(qiáng)度高、焊接速度快、焊縫窄且通常表面狀態(tài)好，免去焊后清理等工作。

二、激光焊接在汽車制造中的應(yīng)用

1、車身不等厚板的激光拼焊。

消費(fèi)者在購(gòu)車過(guò)程中除了考慮性能和價(jià)格，汽車車身的設(shè)計(jì)和造型也是決定消費(fèi)者購(gòu)買汽車的重要因素，因此在車身設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，需要將不同厚度、材質(zhì)、性能的板材進(jìn)行連接，而激光焊接技術(shù)的應(yīng)用就能夠幫助制造人員更好地完成拼接。而且激光拼接技術(shù)的應(yīng)用能夠減少零件和模型的用量，減少工作流程，現(xiàn)階段已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。1985 年德國(guó)的鋼鐵公司和德國(guó)大眾汽車公司合作，激光拼接技術(shù)成功應(yīng)用于奧迪100轎車的底盤拼接中。隨后激光拼焊技術(shù)就開始得到廣泛的應(yīng)用，到了二十世紀(jì)九十年代，通過(guò)采用激光拼焊板技術(shù)能夠減少四分之一的車身零件，讓汽車得到了真正的減重，現(xiàn)階段激光拼焊板技術(shù)不只是應(yīng)用在汽車底盤，也被應(yīng)用到了汽車車身的各個(gè)部位。比如某汽車制造企業(yè)，在汽車內(nèi)部行李箱加強(qiáng)板、減震器支座、保險(xiǎn)桿等多種部位都應(yīng)用了激光拼焊技術(shù)。相較于國(guó)外的汽車制造行業(yè)的發(fā)展，中國(guó)的激光拼焊板技術(shù)在2002年才正式的投入汽車制造中，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)開發(fā)出來(lái)的激光拼焊板技術(shù)，采用了德國(guó)和日本的核心技術(shù)和設(shè)備，國(guó)家在自主研發(fā)方面還需要得到進(jìn)一步發(fā)展。激光拼焊板技術(shù)在奧迪、別克、帕薩特等中高檔汽車中都得到了全面的應(yīng)用。

2、車身總成和分總成的激光組焊。

不只是拼接板技術(shù)，激光組焊技術(shù)自從上世紀(jì)八十年提出開始就被運(yùn)用在了汽車車身的制造領(lǐng)域，主要負(fù)責(zé)車身總成和分總成之間的焊接。通過(guò)運(yùn)用的激光阻焊技術(shù)能夠從根本上提高焊接的速度和攔截質(zhì)量，因此得到了廣泛的應(yīng)用，而組焊技術(shù)的提出，也改變了傳統(tǒng)焊接技術(shù)在汽車車身制造領(lǐng)域中的壟斷地位。利用這種技術(shù)能夠有效提高汽車車身的裝配精度和剛度，并且達(dá)到節(jié)能減排的目的。而車身性能的提高，也保證了汽車使用過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。在對(duì)汽車車身進(jìn)行激光組焊的過(guò)程中，通過(guò)降低車身制造中產(chǎn)生的沖壓和裝配成本，提高車身一體化程度。這樣的汽車在行駛過(guò)程中相較于傳統(tǒng)焊接而成的汽車，產(chǎn)生的噪音和震動(dòng)較小，而增強(qiáng)了駕駛?cè)说鸟{駛舒適度。在車身焊接過(guò)程中主要包括了分總成焊接、汽車側(cè)位和頂部的焊接、汽車后續(xù)的焊接工作。現(xiàn)階段，很多汽車品牌都采用了這種激光焊接技術(shù)，比如，東風(fēng)標(biāo)致、途安等，其中一汽大眾公司旗下的所有品牌車型都應(yīng)用了不同程度的激光組焊技術(shù)。

3、汽車零部件的激光焊接。

不只是車身在汽車的零部件中也有激光焊接技術(shù)的體現(xiàn)，利用這種焊接技術(shù)能夠提高零部件的焊接速度和焊接效率，保證零部件的完整性。比如，汽車的傳動(dòng)軸、增壓器、車門鉸鏈等都可以應(yīng)用激光焊接技術(shù)。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，激光焊接技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)階段絕大部分汽車企業(yè)的必備技術(shù)，如今激光焊接應(yīng)用于汽車車身生產(chǎn)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，采用激光焊接不僅可以降低車身重量、提高車身的裝配精度，同時(shí)還能大大加強(qiáng)車身的強(qiáng)度，在用戶享受舒適的同時(shí)，為其提供更高的安全保障。在今后的汽車制造過(guò)程中，相關(guān)人員要進(jìn)一步熟練掌握激光焊接相關(guān)工藝，使其更好地應(yīng)用于汽車車身制造過(guò)程中。

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