激光焊在汽車頂蓋焊接中的應(yīng)用

張述元

摘 要：為了更好的提升車體的使用壽命，強化車體材料的坑腐蝕性能，激光焊技術(shù)開始被廣泛的應(yīng)用在汽車工業(yè)制造當(dāng)中，在汽車頂蓋焊接中也有著非常廣泛的應(yīng)用。本文主要是將激光焊的工作原理和特點作為基礎(chǔ)，對激光焊在汽車頂蓋焊接中的應(yīng)用進(jìn)行了重點分析。

關(guān)鍵詞：激光焊;汽車頂蓋;焊接

0 引言

激光焊技術(shù)是將光學(xué)與金屬學(xué)結(jié)合在了一，是人類焊接領(lǐng)域中的一大突破。激光焊接技術(shù)從上世紀(jì)80年代起就應(yīng)用在了汽車車身的制造當(dāng)中，是將激光作為焊接的光源，具有能量密度比較高的特點，并且焊接和切割的速度都比較快，加熱的范圍也比較小，使得激光加工的熱影響區(qū)域會比較窄，能夠在白車身制造領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。在激光焊接技術(shù)的不斷發(fā)展下，汽車制造的各個工藝中都開始廣泛應(yīng)用該項技術(shù)，在汽車頂蓋的焊接更是有著普遍的應(yīng)用。

1 激光焊的原理

激光焊接就是在受到一定的刺激后輻射放大，具體來說就是通過利用強光的方式來對相應(yīng)的激光發(fā)生介質(zhì)進(jìn)行照射，通過這樣的照射之后，激光發(fā)生介質(zhì)內(nèi)部原子的電子就會得到能量，但這種能量得到一定的積累之后，就會從先前的低能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣軕B(tài)，進(jìn)而促使電子出現(xiàn)躍遷的現(xiàn)象。當(dāng)原子處在一個高能激發(fā)狀態(tài)的時候，外界如果對其產(chǎn)生輻射，而原子一旦感應(yīng)到輻射之后就會讓處在激發(fā)狀態(tài)的原值轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài)。

2 激光焊優(yōu)勢和局限

2.1 激光焊的優(yōu)勢

激光焊技術(shù)具有單面加工、搭邊量小和焊接質(zhì)量穩(wěn)定的重要優(yōu)勢，并且它屬于的是一種非接觸式的加工方式，焊接的速度也比較快，不容易出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。激光焊技術(shù)可以通過局部加熱的方式完成加工，不容易造成熱損傷的現(xiàn)象，熱影響的區(qū)域也比較小，只會在加工工件的焊接表面產(chǎn)生熔化的現(xiàn)象。采用激光焊技術(shù)具有高效率和高質(zhì)量的特點，它可以對自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行充分的利用，然后對光束做好精確化的控制，讓焊接位置更加具有準(zhǔn)確度。對于一些比較復(fù)雜的工件，利用激光焊技術(shù)可以讓光束更加方便到達(dá)，并且還能實現(xiàn)多路焊接操作或者分時操作，能夠更好的實現(xiàn)自動化的焊接。

2.2 激光焊的局限性

金光激光焊具有眾多的優(yōu)勢特點，但是在實際的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中還是存在著很多的不足。激光焊比較容易出現(xiàn)氣孔現(xiàn)象，比如說母材表面不夠清潔就容易造成焊絲和激光束交叉相對位置發(fā)生改變的現(xiàn)象，會讓焊縫的表面出現(xiàn)不同狀態(tài)的氣孔。在焊接的過程中還比較容易造成穩(wěn)定性方面的問題。另外也比較容易出現(xiàn)焊縫單邊焊的問題，在開展工件之間的焊接工作時，激光束與導(dǎo)嘴處焊絲的相對位置發(fā)生偏移，就會造成一定的問題。總體來說，激光焊對于技術(shù)水平的要求是比較高的，需要在前期有一個高成本的投入。此外還需要對激光光束的操控進(jìn)行關(guān)注，將其作為技術(shù)難點來做好重點關(guān)注。

3 激光焊的常用工藝

3.1 熔焊

熔焊技術(shù)的主要原因就是，在使用高功率的激光對材料進(jìn)行照射的時候，材料表面會因為蒸發(fā)作用而出現(xiàn)小孔，其中還會充滿蒸汽，溫度也會呈現(xiàn)出上升的狀態(tài)，甚至可以將入射激光中所包含的所有能量都吸收干凈。小孔的外壁可以將小孔內(nèi)部龐大的熱量都傳遞出來，這種高溫的現(xiàn)象足夠熔化小孔外側(cè)的金屬，并且還會隨著激光光束位置而出現(xiàn)不斷的前進(jìn)。在此時，一直處在穩(wěn)定狀態(tài)的小孔和包圍在小孔周圍的熔融狀態(tài)金屬也會隨之出現(xiàn)一定的移動。

3.2 釬焊

激光釬焊在對焊接區(qū)域中的焊絲表層進(jìn)行高密度的激光照射的時候，會因為受到激光光束的高熱量的影響，使得焊絲熔化成為熔融狀態(tài)的金屬。當(dāng)焊絲出現(xiàn)熔化的現(xiàn)象之后就可以開展對焊接縫隙的連接工作。利用激光釬焊的方式來焊接可以讓工件母材不受到激光侵蝕的影響，可以讓焊接質(zhì)量保持在更加穩(wěn)定的狀態(tài)當(dāng)中，同時也能作對焊縫美觀度的有效保證。在汽車的頂蓋焊接當(dāng)中對釬焊技術(shù)有了比較廣泛的應(yīng)用，并且也獲得了不錯的效果。

3.3 復(fù)合焊接

這種焊接方式的熱源包括著激光，但是同時也包括著其他的輔助性熱源。對于輔助性熱源來說，它所發(fā)揮出的主要功能就是對上層材料進(jìn)行直接的加熱，這種方式比平常的焊接技術(shù)要更加容易保證好焊接表面溫度的均勻性和穩(wěn)定性。

4 激光焊在汽車頂蓋焊接中的應(yīng)用

將激光焊技術(shù)應(yīng)用在汽車頂蓋焊接當(dāng)中需要一個完善的系統(tǒng)構(gòu)造，這種系統(tǒng)的焊接熱源需要選用的是激光，其中的運動系統(tǒng)主要是采用工業(yè)機器人的方式來展開具體的操作。

4.1 激光發(fā)生器

激光發(fā)射器指的就是能夠產(chǎn)生激光并且具有耦合功能的設(shè)備，它能夠?qū)Ⅰ詈虾蟮募す庾龀鲚敵霾僮鳎湫阅艿母叩鸵话愣寂c輸出光束的質(zhì)量和輸出功率有著重要的聯(lián)系。目前的汽車頂蓋焊接當(dāng)中普遍會采用兩種類型的激光源，主要是YAG固體激光源和二氧化碳?xì)怏w激光源，其中后者可以提供更加穩(wěn)定且優(yōu)質(zhì)激光光束。

4.2 光纖和聚焦系統(tǒng)

在激光光束發(fā)生激光光源之后，一般都需要光線做好光束的傳輸工作，讓其可以順利的到達(dá)激光焊接頭的位置上。除此之外，還需要對反射鏡和聚焦鏡等光學(xué)部件進(jìn)行借用，通過這樣的方式來實現(xiàn)對光束的聚焦處理，通過改變光束的傳輸方向和偏振狀態(tài)來完成焊接工作。

4.3 焊接機器人

機器人系統(tǒng)的主要目的就是對焊接軌跡正常行走做好保證，同時還要對焊接參數(shù)做好合理調(diào)用，進(jìn)而提供準(zhǔn)確度高的電氣信號類型。對于不同類別的激光焊接技術(shù)來說，因為受到不同焊接方法和焊接接頭形式的影響，對于機器人系統(tǒng)的要求也是具有比較大的差異性，因此需要根據(jù)具體的情況來選用不同的機器人系統(tǒng)。

4.4 焊接頭

焊接頭能夠利用光纖傳導(dǎo)系統(tǒng)來實現(xiàn)對激光的校準(zhǔn)和調(diào)整處理，讓其可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌驊?yīng)用在實際的加工處理中的能量光束，讓其具有更強的專業(yè)性。

4.5 焊接夾具

想要對焊縫位置的精準(zhǔn)度和焊縫間隙的準(zhǔn)確度做好保證，需要對焊接夾具進(jìn)行積極的利用，通過做好零件尺寸的度量和裝配，進(jìn)一步的保證焊接質(zhì)量。

4.6 自動化控制系統(tǒng)

想要實現(xiàn)對焊接過程的視頻監(jiān)視共和國能，讓焊接機器人可以更加協(xié)調(diào)，需要對激光源安和焊接頭之間的信號交換進(jìn)行關(guān)注。自動化的控制可以讓電氣信號得到更加系統(tǒng)化的處理，而且完整的自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)對焊接操作的全局性控制。

4.7 獨立工作間

激光光束中含有巨大的能量，通過激光源所產(chǎn)生的激光功率也是比較大的，這些會給工作人員造成一定的傷害。為了減少對工作人員的傷害，一般都需要在封閉的空間中開展激光焊接的工作。

5 結(jié)語

綜上所述，激光焊技術(shù)的焊縫質(zhì)量，不僅焊縫均勻、平整光滑，并且外形也非常美觀，具有很多的優(yōu)勢特點，能夠在很大程度上加大車身的焊接強度，對提升汽車的安全品質(zhì)具有重要的作用。未來的激光焊技術(shù)將得到越來越多汽車制造企業(yè)的積極使用和推廣，并且也會得到更深層次的研究，可以更好的服務(wù)于更多的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉兵，岳智，鄧大偉，等.頂蓋激光釬焊主要缺陷及關(guān)鍵影響因素的研究[J].時代汽車，2020（12）：118-120.

[2]左堅，韋加業(yè)，韋巧.激光焊接在汽車頂蓋焊接中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2018（17）：94-95.

[3]劉建煥.一種新式激光焊接設(shè)備應(yīng)用研究[J].時代汽車，2019（3）：121-123.

[4]楊文江，張麗芳，張宇.鋁合金車身激光搭接焊焊縫表面質(zhì)量改善試驗研究[J].汽車工藝與材料，2020（5）：34-39.

[5]蔣志偉，張玉.6061鋁合金光纖激光填絲焊工藝與性能研究[J].熱加工工藝，2015（7）：189-191.