淺析激光焊接技術(shù)在汽車制造中的運用與發(fā)展

葉劍華 高文杰 張燕瑰 許靈紅

摘要：手工焊接是大多數(shù)汽車制造商焊接過程中非常常見和重要的技術(shù)方法，只有國內(nèi)大型商用汽車零件制造商大量推廣使用汽車機器人進行焊接和先進的機械焊接加工方法。為了有效縮小與世界汽車焊接制造業(yè)先進發(fā)達國家的技術(shù)差距，必須加快發(fā)展先進的汽車焊接制造技術(shù)，特別是提高激光焊接技術(shù)水平，使我國汽車工業(yè)在世界上處于優(yōu)勢地位。本文以一汽大眾為例，介紹了激光焊接技術(shù)在我國激光焊接技術(shù)中的發(fā)展與應(yīng)用，及其在汽車中的應(yīng)用與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：激光焊接;汽車制造;運用;發(fā)展

一、激光焊接的原理與優(yōu)勢分析

“激光”是一個很簡單的詞。激光焊接技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國生活的各行各業(yè)，是一項不容忽視的現(xiàn)代技術(shù)。激光器的主要優(yōu)點是指向性強、純單色光、電磁波的波段及頻率穩(wěn)定、輸出量大、波峰波谷游戲規(guī)則。這些資源優(yōu)勢可以為汽車焊接的精確度提供技術(shù)支持。

二、激光焊接技術(shù)在汽車制造方面的應(yīng)用

1.激光焊接技術(shù)在汽車制造業(yè)的具體運用

汽車制造行業(yè)擁有廣泛的焊接技術(shù)，如激光焊接、MAG、電阻焊、MIGTIGCO等技術(shù)。但由于板材厚度不同，粘接技術(shù)難度較大，通常采用激光焊接技術(shù)比較容易。對于一輛車身結(jié)構(gòu)整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)合焊接，如車輛頂蓋與車身底盤的整體焊接，采用了微激光整體焊接等新技術(shù)，提高了車輛整體車身結(jié)構(gòu)的焊接剛性，車身整體性更強，生產(chǎn)成本減少。例如，一汽大眾汽車車身焊接采用偏光片，通過激光激發(fā)強光，內(nèi)部有聚焦裝置，可以發(fā)出強能量和強光，在強光下，零件瞬間熔化并焊接完成。激光焊接技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)一些著名汽車企業(yè)，如一汽大眾，紛紛轉(zhuǎn)用激光發(fā)射集成焊接技術(shù)。一汽大眾集團在車身制造中使用激光焊接技術(shù)，包括熔焊和充電焊接。熔焊不再需要填充焊材，直接完成焊接操作。另外，激光束的穿透強度不同，可以細分為高熱熔融穿透激光焊和熱傳導(dǎo)熔透焊。熔透材料焊接這種技術(shù)可以使經(jīng)過焊接后的材料內(nèi)部熔化更徹底。熱傳導(dǎo)材料焊接技術(shù)是通過利用熱傳導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)生的一種高溫效應(yīng)使已經(jīng)焊接后的材料被熱熔化而成來達到一種焊接加工目的。經(jīng)過多年的發(fā)展，一汽大眾激光焊接技術(shù)在國內(nèi)市場處于領(lǐng)先地位。

2.焊接數(shù)值模擬技術(shù)與使用

在眾多焊接結(jié)構(gòu)件中，傳統(tǒng)焊接工藝存在諸多弊端。例如，焊接接頭存在疲勞強度大、材料焊接厚度不均勻等諸多基本缺點，導(dǎo)致材料抗壓沖擊能力大大減弱、焊接容易變形等諸多問題。焊縫溫度數(shù)值數(shù)據(jù)模擬分析技術(shù)不僅可以有效解決溫度變形和應(yīng)力強度不均勻的焊縫情況。例如，一汽大眾之前為了防止汽車底盤焊縫變形，不得不進行反復(fù)檢查和測量，而且這些檢查是盲目的，而且是耗時的。以后可以通過使用您的數(shù)據(jù)庫和虛擬化焊接技術(shù)快速方便地執(zhí)行虛擬化您的焊接生產(chǎn)計劃，為您企業(yè)節(jié)省大量的焊接生產(chǎn)成本和準備時間。考慮到這一節(jié)點焊接過程數(shù)值化的模擬控制技術(shù)在中國一汽大眾的成功實際應(yīng)用，后來也被推廣應(yīng)用到了很多國內(nèi)知名企業(yè)。

3.激光焊接技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

一汽大眾是最早使用激光焊接技術(shù)的公司之一。到1990年代，一汽大眾公司已將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于300多輛汽車，其中大部分應(yīng)用于底盤和車身焊接。現(xiàn)在，一汽大眾車間的激光焊接技術(shù)設(shè)備在世界范圍內(nèi)獲得進一步發(fā)展。比如，一汽大眾系列幾乎所有的車窗焊接也可以選用紅外線焊接技術(shù)設(shè)備來減少濁音，推動安全駕駛及貨車安全。為提高車體安全性，一汽大眾采納紅外線焊接增強了整車底座與側(cè)車體的焊接，免去了純手工電流焊接生產(chǎn)工藝。縱然現(xiàn)階段激光焊接技術(shù)設(shè)備的發(fā)展總體水平已非常先進，但大部分員工一直在努力實現(xiàn)激光焊接技術(shù)研發(fā)的新突破。在發(fā)達國家，正在研究一種稱為遠程激光焊接的新型焊接技術(shù)。激光汽車焊接的新技術(shù)將不斷發(fā)展壯大，未來對于汽車焊接企業(yè)更好的持續(xù)發(fā)展將來會是一個非常好的發(fā)展局面。現(xiàn)在，激光組件焊接制造技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)開始得到廣泛應(yīng)用，特別是在一些高端通用汽車制造企業(yè)的組裝制造中。

三、激光焊接技術(shù)的未來發(fā)展勢頭

目前，汽車產(chǎn)業(yè)采納焊接紅外線生產(chǎn)工藝的技術(shù)設(shè)備首選焊接激光器通常分成是快速儲能快速co激光器及中小型信號快速zd：ya激光器。在將來幾年激光光纖焊接應(yīng)用技術(shù)設(shè)備的快速發(fā)展中，激光器的工作輸出功率將遠遠達到千瓦以上。對于我國汽車產(chǎn)業(yè)的重大貢獻主要是二極管陣列上的紅外線數(shù)字化焊接應(yīng)用技術(shù)設(shè)備，該焊接技術(shù)能夠使用不同波長在近紅外輻射區(qū)域的陣列激光電子能量作用來快速焊接各種汽車零件。此外，在激光熱能技術(shù)要求提高方面，激光焊接加熱技術(shù)可以與其他激光熱能技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)多種焊接加熱處理方式，改善了傳統(tǒng)激光單一加熱源采用激光材料焊接加熱技術(shù)的諸多缺點。現(xiàn)階段已經(jīng)在汽車配件制造加工行業(yè)廣泛應(yīng)用的光電焊接復(fù)合技術(shù)設(shè)備激光復(fù)合焊接熱源光電焊接復(fù)合技術(shù)設(shè)備主要包括焊接激光與氧化劑電弧、等離子弧、感應(yīng)復(fù)合熱源焊接復(fù)合光電焊接、雙焊與激光束復(fù)合焊接等等多種技術(shù)設(shè)備。由于焊接機器人具有操作靈活、變化多樣、自動化程度高等優(yōu)點，焊接機器人得到了廣泛的發(fā)展。可用于完成各種高難度加工作業(yè)、焊縫加工質(zhì)量高、機動性好、符合程序、無安全隱患等。機器人焊和激光零件焊接無疑將會是一個非常好的焊接選擇。例如，在目前汽車電子制造業(yè)發(fā)達的拉美國家，機器人采用伺服焊槍技術(shù)，實現(xiàn)焊接時對零件沖擊小、精度高的理想。

結(jié)束語

如今，激光焊接技術(shù)已成為現(xiàn)代各大汽車企業(yè)的必備技術(shù)，許多著名汽車企業(yè)都擁有全自動激光焊接生產(chǎn)線，激光材料焊接制造技術(shù)在當今世界很大范圍內(nèi)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。車身本身的整體質(zhì)量越來越小，整體上的車身更流暢、更一體化，車身剛性也得到了提升，降低了實際車輛制造成本，實現(xiàn)了汽車的可持續(xù)發(fā)展。各個大車企巨頭也在關(guān)注激光焊接技術(shù)的進步，縱然也存有一些弊病，但是事實上，激光焊接技術(shù)發(fā)展迅速，指明了方向，拓寬了跨越式發(fā)展的視線。

參考文獻

[1]余秀慧，沈建東，王鏑.制造工藝與車身工程開發(fā)集成應(yīng)用技術(shù)[J].上海汽車，2010，（4）.24-28.

[2]陳根余，梅麗芳，張明軍，等.激光焊接、切割在汽車制造中的應(yīng)用[J].激光與光電子學進展，2009，（9）.17-23.

[3]楊忠敏.現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中的激光焊接技術(shù)[J].客車技術(shù)與研究，2008，（3）. 45-48.