激光焊在汽車頂蓋焊接中的應用

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，激光焊技術開始被廣泛的應用在汽車工業制造當中，在汽車頂蓋焊接中也有著非常廣泛的應用。本文主要是將激光焊的工作原理和特點作為基礎，對激光焊在汽車頂蓋焊接中的應用進行了重點分析。

關鍵詞：激光焊;汽車頂蓋;焊接

0 引言

激光焊技術是將光學與金屬學結合在了一，是人類焊接領域中的一大突破。激光焊接技術從上世紀80年代起就應用在了汽車車身的制造當中，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域會比較窄，能夠在白車身制造領域中有著廣泛的應用。在激光焊接技術的不斷發展下，汽車制造的各個工藝中都開始廣泛應用該項技術，在汽車頂蓋的焊接更是有著普遍的應用。

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的激光發生介質進行照射，通過這樣的照射之后，激光發生介質內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轉變為高能態，進而促使電子出現躍遷的現象。當原子處在一個高能激發狀態的時候，外界如果對其產生輻射，而原子一旦感應到輻射之后就會讓處在激發狀態的原值轉變為低能態。

2 激光焊優勢和局限

2.1 激光焊的優勢

激光焊技術具有單面加工、搭邊量小和焊接質量穩定的重要優勢，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，不容易出現變形的現象。激光焊技術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象，熱影響的區域也比較小，只會在加工工件的焊接表面產生熔化的現象。采用激光焊技術具有高效率和高質量的特點，它可以對自動化控制系統進行充分的利用，然后對光束做好精確化的控制，讓焊接位置更加具有準確度。對于一些比較復雜的工件，利用激光焊技術可以讓光束更加方便到達，并且還能實現多路焊接操作或者分時操作，能夠更好的實現自動化的焊接。

2.2 激光焊的局限性

金光激光焊具有眾多的優勢特點，但是在實際的工業生產當中還是存在著很多的不足。激光焊比較容易出現氣孔現象，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生改變的現象，會讓焊縫的表面出現不同狀態的氣孔。在焊接的過程中還比較容易造成穩定性方面的問題。另外也比較容易出現焊縫單邊焊的問題，在開展工件之間的焊接工作時，激光束與導嘴處焊絲的相對位置發生偏移，就會造成一定的問題?？傮w來說，激光焊對于技術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行關注，將其作為技術難點來做好重點關注。

3 激光焊的常用工藝

3.1 熔焊

熔焊技術的主要原因就是，在使用高功率的激光對材料進行照射的時候，材料表面會因為蒸發作用而出現小孔，其中還會充滿蒸汽，溫度也會呈現出上升的狀態，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部龐大的熱量都傳遞出來，這種高溫的現象足夠熔化小孔外側的金屬，并且還會隨著激光光束位置而出現不斷的前進。在此時，一直處在穩定狀態的小孔和包圍在小孔周圍的熔融狀態金屬也會隨之出現一定的移動。

3.2 釬焊

激光釬焊在對焊接區域中的焊絲表層進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的金屬。當焊絲出現熔化的現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，可以讓焊接質量保持在更加穩定的狀態當中，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中對釬焊技術有了比較廣泛的應用，并且也獲得了不錯的效果。

3.3 復合焊接

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，它所發揮出的主要功能就是對上層材料進行直接的加熱，這種方式比平常的焊接技術要更加容易保證好焊接表面溫度的均勻性和穩定性。

4 激光焊在汽車頂蓋焊接中的應用

將激光焊技術應用在汽車頂蓋焊接當中需要一個完善的系統構造，這種系統的焊接熱源需要選用的是激光，其中的運動系統主要是采用工業機器人的方式來展開具體的操作。

4.1 激光發生器

激光發射器指的就是能夠產生激光并且具有耦合功能的設備，它能夠將耦合后的激光做出輸出操作，其性能的高低一般都與輸出光束的質量和輸出功率有著重要的聯系。目前的汽車頂蓋焊接當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氣體激光源，其中后者可以提供更加穩定且優質激光光束。

4.2 光纖和聚焦系統

在激光光束發生激光光源之后，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部件進行借用，通過這樣的方式來實現對光束的聚焦處理，通過改變光束的傳輸方向和偏振狀態來完成焊接工作。

4.3 焊接機器人

機器人系統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做好合理調用，進而提供準確度高的電氣信號類型。對于不同類別的激光焊接技術來說，因為受到不同焊接方法和焊接接頭形式的影響，對于機器人系統的要求也是具有比較大的差異性，因此需要根據具體的情況來選用不同的機器人系統。

4.4 焊接頭

焊接頭能夠利用光纖傳導系統來實現對激光的校準和調整處理，讓其可以轉變為能夠應用在實際的加工處理中的能量光束，讓其具有更強的專業性。

4.5 焊接夾具

想要對焊縫位置的精準度和焊縫間隙的準確度做好保證，需要對焊接夾具進行積極的利用，通過做好零件尺寸的度量和裝配，進一步的保證焊接質量。

4.6 自動化控制系統

想要實現對焊接過程的視頻監視共和國能，讓焊接機器人可以更加協調，需要對激光源安和焊接頭之間的信號交換進行關注。自動化的控制可以讓電氣信號得到更加系統化的處理，而且完整的自動化系統可以實現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 結語

綜上所述，激光焊技術的焊縫質量，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具有重要的作用。未來的激光焊技術將得到越來越多汽車制造企業的積極使用和推廣，并且也會得到更深層次的研究，可以更好的服務于更多的工業生產當中。

參考文獻：

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

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

[3]劉建煥.一種新式激光焊接設備應用研究[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.