汽車激光焊接類型與其運用現(xiàn)況范文

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1.前言

激光焊接技術(shù)是國際上被廣泛認同和采用的新工藝。激光焊接技術(shù)興起于本世紀(jì)60年代初期，此后逐步應(yīng)用于汽車、航空、機械、電子等行業(yè),其中尤以汽車行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展速度最快，在汽車業(yè)中的廣泛使用又推進了激光焊接技術(shù)的工業(yè)化。

2.激光焊接技術(shù)的分類及特點

根據(jù)激光焊接技術(shù)的不同，在汽車工業(yè)中的激光焊機主要有兩大類：CO2激光焊機和YAG激光焊機。CO2激光焊機的主要用途是切割、焊接、表面處理、打孔等，YAG激光焊機主要用途是打標(biāo)，但隨著大功率YAG激光器的商品化，也用于焊接和切割。與傳統(tǒng)焊接方法相比，激光焊接具有下列特點：

(1)應(yīng)用范圍比較廣。

(2)特別適合加工極硬、極脆、極薄和熔點極高的難加工材料。

(3)熱影響區(qū)小，熱變形很小，焊縫質(zhì)量高，外形美觀。(4)加工速度快，節(jié)省材料，污染少，噪音低，勞動強度低。(5)其設(shè)備成套化、系列化、多功能，操作靈活；裝備計算機數(shù)控系統(tǒng)，可進行二維或三維的立體加工，精度高。

3.國外汽車業(yè)激光焊接技術(shù)的應(yīng)用

汽車鋼板的激光焊接是國際上被廣泛認同和采用的新工藝。在二十世紀(jì)80年代初，歐洲的volvo、Audi、MercedezBenz等汽車廠首批使用激光焊接制作卡車前板、底板、加強柱等，汽車鋼板的激光焊接技術(shù)已經(jīng)成為提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強市場競爭能力的一項新技術(shù)。

豐田公司的側(cè)圍生產(chǎn)線拼接坯板激光焊接后，模具由20副減到4副，材料利用率由40%增加到65%。1985年～1993年，該公司建立了8條生產(chǎn)線，年產(chǎn)160萬件中、大尺寸的部件。過去內(nèi)門板用0.8mm的鋼板沖成，為了鉸接和安裝反光鏡的需要，必須焊上加強件。現(xiàn)在根據(jù)不同的部位對強度的要求不同，用2mm的坯板和0.8mm的坯板焊在一起，然后沖壓成型，每扇門重減輕了1.35kg。據(jù)估算，采用激光焊接技術(shù)拼接坯板可使每輛車節(jié)省32美元。

根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，全世界汽車產(chǎn)業(yè)中所使用的激光焊機超過了5000臺。這些激光焊機分兩大部分:一大部分用于汽車零部件的生產(chǎn)，據(jù)專家預(yù)測，汽車零件中有50%以上可以用激光進行加工，其中激光焊接占40%。另一大部分是汽車裝配線上汽車車身的激光切割和激光焊接，取代了傳統(tǒng)修邊模和電阻焊等方法。激光切割取代修邊模，可節(jié)省大量的模具費用,使切割和焊接的質(zhì)量大大提高，并且減少總裝時間,焊接后接頭的疲勞強度超過點焊；由于激光焊接的熱影響區(qū)很窄，使焊縫的抗沖壓性能和耐腐蝕性能得到了很大的提高。

3.1激光切割

激光切割被公認為是一種高效率、高質(zhì)量的切割方法，易于實現(xiàn)自動控制與柔性加工。在工藝參數(shù)優(yōu)化后,可以得到良好的切口形狀和質(zhì)量，并可實現(xiàn)激光設(shè)備同時滿足切割和焊接的雙重需要,一機多用，提高了設(shè)備的使用效率,大大節(jié)省了設(shè)備投資數(shù)額。在試制和小批量生產(chǎn)時，可用激光對車身面板零件進行切割。激光所切割的部件除了鋼板之外，還涉及到各種樹脂材料制成的防撞器、內(nèi)部飾件等。美國福特和通用汽車公司以及日本日產(chǎn)、豐田等汽車公司，在汽車組裝生產(chǎn)線上采用激光切割技術(shù)。激光切割不必準(zhǔn)備各種規(guī)格的金屬模,而是在組裝生產(chǎn)線中用激光切割來加工像精度低和因規(guī)格不同要更改的零件安裝孔位置，如汽車標(biāo)志燈、車架、車身兩側(cè)裝飾線等。這種技術(shù)能按不同規(guī)格在最小的基本面板內(nèi)進行,因此能減少金屬模具、降低生產(chǎn)成本,效果很好。

3.2激光焊接

3.2.1組合件的激光焊接

組合件的激光焊接在實際生產(chǎn)中應(yīng)用也比較廣,例如四輪驅(qū)動汽車的差動齒輪部分使用的螺旋連接器,其殼體中間的結(jié)構(gòu)裝入了幾塊葉片和軸承座,對此殼體的焊接是最后一道工序，因此要求誤差小，還要控制殼內(nèi)部零件的峰值溫度。采用激光焊接與傳統(tǒng)的電子束焊相比，省略了真空排氣系統(tǒng)。福特汽車公司用4.7kwCO2激光焊接車輪輪盤鋼圈，鋼板厚度1mm,焊速25cm/min。

3.2.2車身的立體焊接

車身的立體焊接在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，由于車身大部分由沖壓件組成,一般采用點焊、弧焊或硬釬焊等將這些零件構(gòu)成一體。現(xiàn)采用激光焊接取代了車蓋邊緣處的點焊。通用汽車公司采用三維激光焊接解決了車身后側(cè)角窗和車頂?shù)暮附?德國大眾汽車公司采用此項技術(shù)，進行全鋁結(jié)構(gòu)的AudiA8型轎車生產(chǎn)；VOLVO和BENZ公司也采用了三維激光焊接技術(shù)。激光焊接用于車身的焊接時有以下幾大優(yōu)點:

(1)接縫形狀不像電阻點焊那樣受限制，自由度大，車身結(jié)構(gòu)會更合理。

(2)熱變形小，對車蓋和擋泥板的外板面影響小。

(3)可進行連續(xù)的線狀焊接，提高車身強度和剛性。但是，激光焊接對沖壓零件的精度和定位精度要求更高。

3.3激光表面處理

激光相變硬化是激光表面處理技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種方法，由于它具有節(jié)能、高效、精密、高性能等獨特優(yōu)點，在生產(chǎn)應(yīng)用中取得明顯經(jīng)濟效益。20世紀(jì)70年代歐美等國在汽車行業(yè)中應(yīng)用激光相變硬化，最先獲得工業(yè)應(yīng)用。1974年美國通用汽車公司采用激光表面相變硬化技術(shù)使汽車轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)腔(可鍛鑄鐵)的耐磨性提高10倍，80年代已有17條激光表面相變硬化處理生產(chǎn)線，日處理33000件。國內(nèi)自20世紀(jì)80年代以來激光相變硬化工藝的應(yīng)用開發(fā)在車輛、機械、礦山、模具等方面也有許多成功的實例并建立了生產(chǎn)線,例如對汽車或拖拉機汽缸套內(nèi)壁進行激光相變硬化處理，使汽缸套的使用壽命成倍提高。其它如50CrV鋼彈簧片、鐵路道岔尖軌、工具鋼模具及鐵基粉末冶金制品等經(jīng)激光相變試驗，都取得了一定的效果。

4.國內(nèi)汽車業(yè)激光焊接技術(shù)的應(yīng)用

1996年以前，國內(nèi)激光焊接裁焊板的試驗室研究和產(chǎn)業(yè)化研究與應(yīng)用都處于空白狀態(tài)。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，激光焊接技術(shù)的應(yīng)用也取得了一定的進展，并有了成功的經(jīng)驗。

5.激光拼焊

汽車工業(yè)中最具應(yīng)用潛力的激光焊接技術(shù)是激光拼焊。拼焊板(國外稱之為TailorWeldedBlanks)是汽車車身設(shè)計中出現(xiàn)的一個嶄新的概念，可將經(jīng)不同表面處理、不同鋼種、不同厚度的鋼板采用激光焊的方法，使之成為一個組件。這種板材的自由組合具有以下幾個優(yōu)點:

(1)減少了零件數(shù)量。

(2)減輕了構(gòu)件重量。

(3)提高了構(gòu)件的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和可靠性。

(4)為生產(chǎn)寬體車提供了可能性。

(5)與電阻滾壓縫焊不同，激光拼焊屬于無接觸焊接，從而可提高鋼材收得率和降低生產(chǎn)成本,焊接質(zhì)量較高。如表1所示。

6.結(jié)語

激光焊接技術(shù)作為一種先進的加工工藝，在國內(nèi)外各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，我國機械行業(yè)在“九五”期間就將其列為十大技術(shù)之一。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，激光焊接技術(shù)日益受到國內(nèi)汽車業(yè)有關(guān)人士的關(guān)注，并將逐漸成為熱點。未來15年是我國汽車工業(yè)高速發(fā)展的時期，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，激光焊接在汽車工業(yè)中必將具有廣闊的應(yīng)用前景，這一點已日益成為國內(nèi)汽車界和鋼鐵界的共識。為適應(yīng)未來發(fā)展需要，深入開展激光焊接技術(shù)的研制和產(chǎn)業(yè)化是當(dāng)務(wù)之急,讓我們一起努力,共同將我國激光焊接技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程推向一個嶄新的時代。