激光焊接技術在白車身中的應用

胡望 張磊

【摘 要】現在全世界的范圍內汽車制造都屬于一項重要的工業，在工業技術不斷發展的今天，汽車制造技術也處于不斷的完善和改進的階段中。在汽車制造業中，激光焊接技術已經成為一種普遍的，廣為采用的工藝，并且在多種行業開始進行嘗試或應用，并取得了一定的效果，在汽車車身制造方面的激光焊接技術更是向一個嶄新的成熟階段推進。本文主要對激光焊接技術在汽車車身制造中的應用進行了相應的探討。

【關鍵詞】激光焊接；汽車制造；車身制造；應用

前言

汽車的車身殼體是由幾十種、甚至是上百種的薄板沖壓件組合而成。這些鈑金件通過焊接、鉚接等方式進行連接。由于車身沖壓件的材料多數是焊接性能優良的低碳鋼，因此具有操作簡單以及密封性能好的優勢。目前在汽車車身制造過程中，由于受到市場對汽車行業的需要和汽車制造行業整體發展的影響，所采用的最廣泛的焊接技術就是激光焊接技術，激光焊接技術應用的越來越廣泛，并取得了很好的應用效果。

1、概述激光焊接的原理

激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），從字面不難看出其意義是通過強光照射激光發生介質，進而使得介質內部原子的電子得到能量，電子運動在受激的情況下軌道發生偏移，從低能態進入高能態。當原子在激發態的狀態下時，受到外界輻射感應，使得這些原子又變遷到低能態，同時有一束光發出，這束光在傳播方向，偏振，相位和頻率等方面，與入射光完全相同，即為受激輻射光。那么如何得到指向性高、高能量密度的激光，就顯得尤為重要，也必須使得觀光束能夠在激光發生介質的兩側的反射鏡內王府往復振蕩，這就要求必須在一種封閉光線的諧振腔內進行，從而光強得到提高，同時光的方向性也得到了提高。

2、激光焊接的優勢

激光具備的優勢有以下幾個方面：①激光具有很強的方向性，在傳播的過程中，基本不會向外發生擴散；②激光是一種單純的單色光，波長和頻率一定，不是多種光的混合體；③激光具有特別高的輸出功率，當采用透鏡進行聚焦后，可以得到高于太陽光幾百倍的能量密度；④激光有較好的相關性，具有規律的波峰、波谷。

當前，在汽車車身制造中的主要焊接技術有激光焊、電阻點焊、MAG、MIG等，而車身不等厚板之間的拼焊以及車身焊接主要采用激光焊接技術。車身框架結構的焊接，比如側圍與頂蓋的焊接。通過激光焊接的應用，車身的重量得到一定的降低，從某種程度上達到了省油的效果；通過激光焊接的應用，車身的裝配精度得到提高，車身的剛度可以得到30%的提升，這樣能夠使得汽車的車身具有更高的安全性能；通過激光焊接的應用，還能有效降低沖壓的施工成本和裝配的施工成本，與此同時還能使得車身的零件數量減少，使汽車車身的一體化程度更高。將激光焊接技術運用到汽車車身的制造過程中，最早是從20世紀的80年代開始的，主要體現在車身焊接方面。激光技術通過偏光鏡將反射激光的光束，集中在聚焦裝置中，產生巨大的能量光束，工件在光束的照射下瞬間熔化，焊接成功。

3、激光焊接技術在汽車車身制造方面的應用

3.1 激光拼焊技術的應用

拼焊技術是汽車制造中的一個重要環節，普遍應用于汽車制造，在車身制造上的應用更為突出。激光拼焊幫我們解決了傳統車身制造方式的缺點，傳統方式是將各分部件先進行沖壓成型，之后再進行焊接，焊接的效果總是不盡如人意，融合處處理不是很完美，甚至融合不是很好。激光拼焊過程中，在車身制造時順序和傳統方式正好相反，先進行焊接，再進行沖壓成型。激光拼焊使用零件數量少，可以節約成本，并且能夠進行不同材質、不同部位的鋼板焊接，焊接精準度較高，這項技術在世界汽車制造業廣泛應用，在奇瑞、一汽等國內汽車公司都已近開始使用激光拼焊技術，并且是最先進的汽車車身焊接技術。激光熱源具有特別高加熱能力，并且能夠將大量的能量進行集中，匯集到一個焊接點上，因此，有了上述提到的激光焊接的優勢，從而實現薄板的快速連接。

3.2 激光熔焊技術的應用

熔焊在焊接過程中，不需要物質填充，可以通過激光在工件表面進行直接作用焊接。根據激光束的能量密度的不同，又有穿透焊和熱傳導焊之分。穿透焊的特點主要是熔深更深，焊接速度更快。在汽車的白車身上，有2-4層的焊接鋼板，有4mm之厚，因此有更高的焊縫深度要求，對激光能量密度的要求也更高，而穿透焊恰恰適合。當激光在工件表面進行作用時，金屬發生快速汽化，并且以蒸汽擴散到熔池中，形成一個蒸汽通道，在通道內，激光發生多次反射，使金屬充分吸收激光能量，當產生的蒸汽壓力不能夠再向熔池擴散時，進入到一個穩定的焊接狀態。熔池經過的位置，在蒸汽通道周圍形成金屬熔液流動，使上下兩層板熔合在一起，金屬冷卻后，便形成一條高強度焊縫。熱傳導焊主要是利用激光匯聚一點產生的強高溫度，熔化鋼板，溫度高達1490℃，通過熱效應進行焊接，這種焊接方式多用于平板的拼焊。

3.3 激光填充焊技術的應用

填充焊不對工件本身進行熔化，而是熔化焊絲，主要通過激光的熱效應達到效果，并填充到兩個工件之間，進行焊接。填充焊過程中產生的熱變形小，焊縫美觀，多用于汽車頂蓋的焊接。最早應用于車身加工的激光工藝是汽車頂蓋的激光釬焊技術。當前激光焊接技術在汽車車身生產中的應用已經成為一種必然趨勢，通過激光焊接技術的應用，車身重量得到降低，車身的裝配精度得到提高，車身強度得到加強，車身美觀，成本降低，為我國汽車制造企業的穩定持續發展提供了保障。同時，激光焊接技術也得到了業內人士的高度關注，激光焊接技術的產業化和規模化的進一步發展，仍然是我們需要努力的方向，從而為推動我國汽車制造業飛速發展而出力。

3.4 激光焊

激光焊是運用激光器輸出且經過光源聚焦的具有高能量密度激光作熱源，對金屬實行釬焊或熔化焊。激光焊有脈沖功率激光焊與連續功率激光焊。利用激光焊焊接過程中激光不和工件發生直接接觸，具有較高的靈活性，接頭實行對接或搭接。利用激光焊焊接工藝可以焊接部分變形較小、強度較高，利用傳統焊接方法不能焊接的特殊材料汽車零部件。激光焊有很多優點，因為焊接過程沒有連接的間隙，車身焊接位置在整個焊接過程中不會發生變形。激光焊接的焊接寬度和焊接深度比很高，如果焊接縫寬1mm，焊接深度要高達5mm，因此，激光焊的焊接質量非常高。因為激光焊的焊縫較為平整，焊接的痕跡較小，幾乎不用再進行修補，很多汽車公司都在運用該焊接技術。某汽車公司焊接車側圍和頂蓋連接位置運用激光焊，焊接后蓋外板上片與下片連接位置運用激光焊，伴隨汽車行業不斷發展，激光焊運用一定會越來越廣泛。

結語：當前激光焊接技術在汽車車身生產中的應用已經成為一種必然趨勢，通過激光焊接技術的應用，車身重量得到降低，車身的裝配精度得到提高，車身強度得到加強，車身美觀，成本降低，為我國汽車制造企業的穩定持續發展提供了保障。

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（作者單位：長城汽車股份有限公司）