激光焊接技術最新研究進展及應用現狀

王福海

摘要：現如今，我國科技水平發展迅速，制造業也在不斷發展。激光焊接技術在汽車生產制造領域的運用極大地提升了生產效率，但影響激光焊接質量的因素也較為龐雜。本文主要對汽車車身激光焊接技術的發展與運用進行有效的探究與分析，通過當前汽車車身激光焊接技術的發展概況進行分析，了解與掌握車身激光焊接技術的應用方法，從而更好地將激光焊接技術的應用效果與價值有效的發揮出來，推動我國汽車制造業的快速發展。

關鍵詞：激光焊接技術;研究進展;應用現狀

引言

激光技術歷經了50多年的發展與積累，在材料加工、醫療、通訊、尖端武器等領域均備受青睞。其中激光焊接技術以其能量密度大且集中、熱輸入小、高度自動化、加工效率高等無可比擬的優勢，在汽車制造業尤其是車身制造中廣泛應用。以激光熔焊、激光釬焊為代表的先進連接技術，廣泛用于車身底板前端、側圍門檻、側圍后輪罩、車門、行李箱蓋、后圍板等零件的焊接，在極大地加快加工效率，增強連接強度的同時，也顯著地提升了整車美觀性。

1激光焊接原理

廣義的激光焊接是以激光作為熱源的一種焊接方法，按其原理可分為熱傳導型焊接和激光深熔焊接。熱傳導型焊接功率密度在104-105W/cm2，它是通過激光將熱量傳遞至被焊材料表面，表面熱量再向內部擴散，從而使被焊材料熔化，形成焊接熔池。熱傳導焊焊縫熔深淺，焊接速度慢。激光深熔焊功率密度在105-107W/cm2，它通過激光在金屬表面形成“小孔”，材料表面發生氣化，激光能量借助“小孔效應”而被材料內部吸收，從而形成焊縫，焊縫深寬比大，焊接速度快。

2激光焊優缺點

激光焊優點是焊接速度快，焊接熱輸入量小，熱影響區小，焊接應力小，工件變形小，可以獲得高質量的接頭強度和較大的深寬比;且可焊材料多，如難熔金屬、熱敏感性強的材料，還可用于非金屬材料的焊接，如陶瓷、有機玻璃;可達性好，可借助反射鏡使光束達到一般焊接方法無法施焊的位置，特別適合微型零件和遠距離焊接;不要求與焊縫區直接接觸，可穿過透明介質對密閉容器內的工件進行焊接，如可焊接玻璃密封容器內的鈹合金等劇毒材料。

激光焊的缺點是激光器及焊接系統各配件的價錢較為昂貴，因此初期投資及維護成本比傳統焊接工藝高;難以焊接反射率較高的金屬。由于激光焊接的聚焦光斑較小，所以對工件接頭的裝備精度要求較高，很小的裝備偏差就會產生較大的加工誤差。

3汽車車身激光焊接技術的發展應用

3.1不等厚板激光拼焊的應用

在車身設計與制造過程中，不等厚板的激光拼焊技術的應用，主要是結合汽車身的性能要求和設計需求，將不同材質、厚度、性能的板材通過激光剪裁與拼接技術，將其連接成一個整體，再經過沖壓成形為車身某一部件。運用激光拼焊技術，能夠有效地減少或者降低模具和零件的數量，使得材料的用量得到更好地優化，構件的重量得以更好地減輕，還能夠減小很多裝配的工作量和拼接工序，從而有效地降低了車身制造的成本，促進車身尺寸精度的更好提升。運用激光拼焊，能夠促進板材利用效率得到更好提高，至少提高一倍以上，使得車身的重要有效減輕，車身結構的綜合力學性能有效提升。目前，很多大型汽車制造商或者汽車零部件生產企業都非常重視激光拼焊技術的有效應用。

3.2車門折邊-激光填絲熔焊

通常，車門四周采用傳統的折邊工藝進行連接，內外板連接前涂敷折邊膠提升連接強度，采用機器人滾邊、模具壓邊或專機包邊的形式完成外板對內板的包覆成型。該種工藝外表面質量相對不穩定，且在折邊工藝后需考慮復雜的防竄動工藝（單邊焊、感應加熱、CMT++焊接等）來保證內外板間的相對尺寸，加上鋁合金零件的折邊性能差，易出現開裂問題，目前寶馬、奔馳等豪華品牌創新開發并應用激光填絲熔焊在鋁合金車門折邊位置。

首先對外板進行預折邊變形，然后在內板和外板形成的角接焊縫位置添加釬料進行熔化焊接。該工藝能夠省去折邊膠、折邊、防竄動等復雜工序的同時，能夠獲得良好、穩定的外表面質量。

3.3頂蓋和后尾門激光釬焊

激光釬焊是以激光作為熱源，采用熔點低于母材的釬料，將釬料和連接部位加熱到母材熔點之下、釬料熔點之上，釬料填滿零件間隙，然后冷凝形成焊縫的焊接過程。釬料液相線溫度高于450℃為硬釬焊，釬料液相線溫度低于450℃為軟釬焊。軟釬焊一般用于電路板、電子元器件的連接，車身采用的激光釬焊為硬釬焊，目前，激光釬焊在頂蓋及后尾門上的應用較為成熟，國內外各大主機廠均有該位置使用激光焊接生產的應用。焊接生產中，控制的關鍵要素是零件的匹配間隙、焊接功率、焊接速度及送絲速度，需在批量生產前結合使用設備進行試驗驗證。

3.4車身總成與分總成的激光組焊的應用

在車身總成與分總成的激光焊接時，激光深熔焊接技術具有較好的連接質量和較快的焊接速度，能夠推動激光焊接技術更好地在車身制造領域得到充分利用。在車身制造過程中，運用激光焊接技術，能夠有效地提高汽車車身的剛度、密封性以及強度，還能夠有效地降低車身的重量，實現節能、降耗的目標。與此同時，運用激光焊接技術來展開汽車車身的制造，能夠促進車身裝配精度的更好提高，提高車身的剛度，增強車身的安全性與穩定性。此外，在激光阻焊車身總成與分總成時，其能夠促進汽車車身沖壓和裝配成本的有效降低，使得車身零件的數量有效減少，促進車身一體化程度的更好提升，提高車身整體強度，提高整車的安全性能，使得車輛行駛過程中的噪音和震動得到有效降低，促進乘坐舒適性得到更好改善。

結語

本文以激光焊接在汽車制造領域的應用為切入點，概述激光焊接原理和優缺點，重點介紹了激光焊接在底盤、動力總成零部件、車身等改制中的應用，并簡要介紹各項應用實施過程中需要控制的工藝關鍵點。新產品試制環節與量產環節在焊接工藝選擇及實施中，有相同點，也有產量、節拍、成本、周期要求差異而帶來的不同點，未來，激光焊接在新產品試制及小批量生產中還有更大的發展空間，有待探索與開發。

參考文獻

[1]單瑩，杜俊杰，蔣海濤，等.光束掃描對5A06鋁合金激光焊縫組織的影響[J].新技術新工藝.2018，（5）.40-43.

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