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產(chǎn)品導航

汽車(chē)制造中激光焊接技術(shù)的有效應用

2024-03-15


激光焊接技術(shù)具有焊接工藝效率高和柔性好的特點(diǎn),在汽車(chē)制造過(guò)程中,可用于汽車(chē)車(chē)身的焊接和各類(lèi)汽車(chē)零部件的焊接,降低汽車(chē)車(chē)身整

體重量,提高車(chē)身裝配精度,滿(mǎn)足汽車(chē)制造輕量化和安全性能提高的需求,同時(shí)也能降低汽車(chē)制造中的裝配成本和沖壓成本,提高車(chē)身的一

體化程度。因此,如何積極有效應用激光焊接技術(shù),已成為當前汽車(chē)制造企業(yè)需要考慮的問(wèn)題,下面將對激光焊接技術(shù)的應用進(jìn)行具體討論。


1.激光焊接技術(shù)的相關(guān)概述


1.1激光焊接技術(shù)原理

激光焊接,其本質(zhì)屬于熔融焊接技術(shù),以激光束為主要能源,通過(guò)一定的沖擊力,完成焊件的焊接工作。其激光束的產(chǎn)生需要通過(guò)光學(xué)振蕩器

來(lái)實(shí)現,大功率的激光束作用于金屬表面后,可以快速將金屬汽化,當熔融金屬液包裹汽化孔后,可以在應力反作用下和加熱冷卻的方法下,

形成焊縫,最終完成對金屬的焊接工作。需要注意的是,激光束在不同功率下有著(zhù)不同的密度,對焊縫的深淺度也有影響,隨著(zhù)激光束密度的

提高,會(huì )加大熔深程度,焊縫更深。反之,則會(huì )降低熔深程度,熔深更淺。


1.2激光焊接技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

激光焊接技術(shù)所具有的優(yōu)勢,在當前的汽車(chē)制造中發(fā)揮著(zhù)重要作用。主要表現在以下幾個(gè)方面:實(shí)際焊接受到的熱影響范圍小,變形量也較低

。焊接的質(zhì)量和精度較高,能在保證質(zhì)量的前提下保證美觀(guān)度。具體焊接操作較為靈活,效率高,可以滿(mǎn)足企業(yè)需要。施工噪音小,且有著(zhù)不

俗的節能效果。適用于質(zhì)地脆、強度高和熔點(diǎn)高的材料焊接。


不過(guò),激光焊接技術(shù)也有一定的缺陷,具體表現為:對焊接的位置要求高,需要注重焊接要求的范圍。不適用于厚度大的材料。當焊接材料有

著(zhù)高導熱性時(shí),會(huì )影響焊接效果。能量轉換效率低,同時(shí)焊道的凝固時(shí)間較快,一定程度上制約了焊接效果。


2.激光焊接技術(shù)的實(shí)際應用

2.1激光自熔焊接


在激光焊接技術(shù)中,激光自熔焊接指兩個(gè)或者多個(gè)焊接部分,在融化和冷卻過(guò)程后凝聚成一個(gè)整體,完成有效焊接。在激光自熔焊接中不需要

添加焊劑就可以完成焊接,能節省焊接成本。具體操作中,在激光束的作用下,使焊接部分的表面溫度在短時(shí)間內達到沸點(diǎn),金屬汽化會(huì )生成

一個(gè)孔洞,如圖1所示,在金屬蒸汽的反沖壓力跟液態(tài)金屬的表面張力、重力達到平衡狀態(tài)后,孔洞則不再加深,在深度穩定的小孔閉合后,就

完成了激光深熔焊接。目前,在汽車(chē)制造中,激光自熔焊接的應用面較為廣泛,經(jīng)常用在車(chē)身的拼焊、組焊和零部件的焊接中。目前,大眾品

牌旗下的邁騰、途觀(guān)和速騰產(chǎn)品中,在側圍焊接中采用自熔焊接方式。在標志和雪鐵龍的部分車(chē)型中,車(chē)門(mén)的焊接也是采用激光自熔焊接的方

式。另外,按照焊縫的類(lèi)型分類(lèi),一般有單條直線(xiàn)焊縫、復數和非直線(xiàn)焊縫等多種類(lèi)型,由于單條焊接縫的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,目前已被廣泛應用

。


美國也是最早將高功率激光器引入汽車(chē)工業(yè)的,在美國汽車(chē)工業(yè)中心底特律地區有幾十家激光加工站,用于汽車(chē)金屬件的切割和齒輪的焊接

,使汽車(chē)的改型從5 年縮短到2 年。美國通用汽車(chē)公司已經(jīng)采用二十多條激光加工生產(chǎn)線(xiàn),美國福特汽車(chē)公司采用Nd:YAG 激光器結合工業(yè)機

器人焊接轎車(chē)車(chē)體,極大地降低了制造成本,2000 年美國三大汽車(chē)公司已經(jīng)有50%的電阻點(diǎn)焊生產(chǎn)線(xiàn)被激光焊生產(chǎn)線(xiàn)所取代。在日本,激光

焊接在生產(chǎn)線(xiàn)上成功的應用為世界所矚目,如在汽車(chē)車(chē)體制造中采用將薄鋼板實(shí)施激光焊接后沖壓成型的新方法,現在已為世界上大多數汽車(chē)

廠(chǎng)家所仿效。世界上很多著(zhù)名汽車(chē)公司都建有專(zhuān)門(mén)的激光焊接專(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn):Thyssen 鋼鐵公司的轎車(chē)底板拼焊生產(chǎn)線(xiàn),大眾汽車(chē)廠(chǎng)的齒輪激光

加工生產(chǎn)線(xiàn),奔馳汽車(chē)廠(chǎng)的18 個(gè)廠(chǎng)房里有8 個(gè)廠(chǎng)房安裝了激光加工設備。


2.2激光填絲焊接

在激光焊接技術(shù)中,激光填絲焊接的原理是在焊縫中添加特定的焊接材料,通過(guò)激光束融化填充的焊接材料,從而形成焊接接頭。激光填絲

焊接與傳統的非填絲焊接方式相比,有著(zhù)明顯的優(yōu)勢,既可以擴大激光焊接的使用范圍,也能在較小的功率下完成對厚板的焊接,并且有著(zhù)

較高的焊接效果。需要注意的是,在激光填絲焊接的應用中,不僅要對焊絲進(jìn)行融化,也要對母材進(jìn)行融化,從而在母材上生產(chǎn)小孔使焊絲

和母材進(jìn)行充分相融,生成新的混合熔池?;旌先鄢睾秃附z、母材有著(zhù)明顯的區別,可以改善母材本身存在的一些性能缺點(diǎn),在使用成分合

理的焊絲作為填充材料后,保證焊縫具有較高的耐磨性和耐腐蝕性。


2.3激光電弧復合焊接

在激光焊接中,激光電弧復合焊接的原理是將激光熱源和電弧進(jìn)行結合,在一個(gè)熔池上共同作用,進(jìn)而實(shí)現焊接。焊接原理如圖 2所示,該

焊接方式有著(zhù)變形小、速度快和適應能力高的特點(diǎn)。


在德國奧迪公司系列汽車(chē)的生產(chǎn)中,激光電弧復合焊接工藝被應用到最關(guān)鍵的全鋁車(chē)身的焊接中。該汽車(chē)車(chē)身是第二代豪華奧迪A8系列的車(chē)

身,在設計上追求沖擊安全性和抗扭曲變形。激光電弧復合焊接的焊縫符合所有的要求,表現出強韌性、高強度和大熔深的特點(diǎn)。為了滿(mǎn)足

客戶(hù)對這款車(chē)的高期望值,每一個(gè)細節都要精益求精,確保汽車(chē)的制造質(zhì)量。激光混合焊接的窄焊縫可以滿(mǎn)足對外觀(guān)要求較高的工件,那么

車(chē)身框架頂部的邊角處就不必再用塑料條帶填塞。在輕型汽車(chē)制造領(lǐng)域,所有上面提到的要求以及一些特殊的條件都必須得到滿(mǎn)足,而全鋁

車(chē)身的制造過(guò)程對這些要求更為嚴格。


2.4激光遠程焊接

在激光焊接技術(shù)中,激光遠程焊接可以在高速掃描振鏡頭的幫助下進(jìn)行遠距離加工,對零件進(jìn)行不同功率激光束的焊接。因其特有的技術(shù)優(yōu)勢

,目前被大量應用于奔馳的全景天窗和大眾、奧迪的側圍焊接中。在當前應用激光遠程焊接于汽車(chē)制造中時(shí),有著(zhù)以下幾方面優(yōu)勢:


(1)有較強的定位精度,可以實(shí)現快速焊接,滿(mǎn)足汽車(chē)企業(yè)的制造需求。


(2)可結合不同的結構強度進(jìn)行焊接,實(shí)現不同焊縫形狀的需求。


激光遠程焊接對材料和設備方面的需求較高。在部件厚度較大時(shí),無(wú)法降低焊縫深度,在焊縫處的剪切強度較低。

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2.5激光釬焊

在激光焊接技術(shù)中,激光釬焊技術(shù)有著(zhù)造型美觀(guān)和密封性強、焊縫強度高的優(yōu)點(diǎn)。具體原理是將激光束通過(guò)聚焦打在焊絲表面,在融化焊絲后

填補于焊接的部位,以釬焊層完成焊接。此方法雖然與熔焊類(lèi)似,但在實(shí)際操作中母材是不被熔化的。因此,需要釬料熔點(diǎn)低于母材,通過(guò)液

態(tài)釬料實(shí)現有效的焊接。其原理如圖 3所示。目前激光釬焊被用于大眾、海馬、奇瑞和奧迪的行李箱蓋焊接,同時(shí)在凱迪拉克、保時(shí)捷、福特

和大眾等品牌中的頂蓋和側圍連接上,也時(shí)常使用激光釬焊。在使用該技術(shù)時(shí),需要注意焊接過(guò)程會(huì )受到很多因素的影響,尤其是工藝參數的

影響。例如,焊接速度、激光功率和光斑直徑等方面,需要結合實(shí)際的焊接,對以上工藝參數進(jìn)行調整和設計,以保證激光釬焊的有效性。


激光釬焊的設備通常需要將釬焊加工鏡頭集成于機器手臂。激光束聚焦于板材的連接處,熔化焊絲(如銅硅焊絲)從而將部件連接起來(lái)。這

種加工方法的成功之處在于它達到的連接強度接近于焊接強度,而且它的焊縫很美觀(guān)。激光釬焊產(chǎn)生的焊縫以其高密封性、平滑干凈聞名。因

此,釬焊后的產(chǎn)品幾乎不需要返工。例如,車(chē)身在清潔后可以直接上漆。


二極管激光器加工的優(yōu)勢


Laserline二極管激光器在激光釬焊領(lǐng)域上的實(shí)用性在世界范圍內得到了高度評價(jià)。超過(guò)800臺LDF二極管激光器在世界各地汽車(chē)車(chē)身裝配應用

上成功投入長(cháng)期使用。優(yōu)質(zhì)的激光釬焊不僅焊接強度高、熱影響小,還對焊縫連接的美觀(guān)性有很高的要求。半導體激光器的一個(gè)主要的加工優(yōu)

勢在于它產(chǎn)生的熔池很穩定。另外,Laserline研發(fā)的三光斑模塊在釬焊應用上展現了更大的優(yōu)勢:即使對較難釬焊的熱鍍鋅鋼板進(jìn)行焊接時(shí),

這項科技可以實(shí)現在不降低焊接速度的情況下保證高質(zhì)量的焊縫連接。


用三光斑對熱鍍鋅板進(jìn)行釬焊


在汽車(chē)車(chē)身的生產(chǎn)中,激光釬焊早已成為主流加工方式。然而,越來(lái)越多的車(chē)身使用鍍鋅鋼板材料,這引起了一些問(wèn)題:釬焊加工時(shí)產(chǎn)生的顆

粒飛濺增多;焊絲連接處產(chǎn)生波紋,因此必須要降低加工速度以避免產(chǎn)生這些問(wèn)題。Laserline對此研究出了突破性的解決方案:使用多光斑模

塊,即位于側邊的光斑在主光斑的前方,可以先將焊縫周?chē)腻冧\層去除,從而使得不用降低釬焊速度也能保障釬焊過(guò)程平穩。此工藝在業(yè)界

深受好評。


電鍍鋅鋼板的釬焊


傳統的電鍍鋅二極管激光器釬焊使用單光斑技術(shù)。激光源集成于釬焊機器人。由于二極管激光器產(chǎn)生的熔池穩定,以銀或黃銅為基材的激光熔

覆得以實(shí)現。焊縫美觀(guān),質(zhì)量高。大眾途安曾經(jīng)在德國沃爾夫斯堡將一臺4 kW的YAG 激光器與一臺6kW的二極管激光器進(jìn)行釬焊的實(shí)驗對比

。LDF 二極管激光器的運行穩定性在批量生產(chǎn)中得到了證實(shí)。


3.結語(yǔ)

針對汽車(chē)制造行業(yè),不同的激光焊接技術(shù)有著(zhù)不同的利用價(jià)值。汽車(chē)的不同部位選擇合理的焊接方式,有利于提高汽車(chē)制造的整體質(zhì)量,并且

在焊接成本、焊接效率上也滿(mǎn)足汽車(chē)企業(yè)的需求。為此,本文通過(guò)對激光焊接技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析,探論了激光自熔焊接、激光填絲

焊接、激光電弧復合焊接、激光遠程焊接和激光釬焊在汽車(chē)制造中的應用效果,為汽車(chē)制造提供焊接方面的經(jīng)驗,提高汽車(chē)企業(yè)的焊接水平,

促進(jìn)汽車(chē)制造行業(yè)的健康持續發(fā)展。

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重慶佳本自動(dòng)化設備有限公司主要從事汽車(chē)焊接和總裝生產(chǎn)線(xiàn)裝備的工藝規劃、生產(chǎn)線(xiàn)及自動(dòng)化工作站、焊接夾具等汽車(chē)裝備的設計、制造、安裝調試等成套設備服務(wù)。


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