激光焊接技術(shù)在白車(chē)身中的應(yīng)用

胡望 張磊

【摘 要】現(xiàn)在全世界的范圍內(nèi)汽車(chē)制造都屬于一項(xiàng)重要的工業(yè)，在工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，汽車(chē)制造技術(shù)也處于不斷的完善和改進(jìn)的階段中。在汽車(chē)制造業(yè)中，激光焊接技術(shù)已經(jīng)成為一種普遍的，廣為采用的工藝，并且在多種行業(yè)開(kāi)始進(jìn)行嘗試或應(yīng)用，并取得了一定的效果，在汽車(chē)車(chē)身制造方面的激光焊接技術(shù)更是向一個(gè)嶄新的成熟階段推進(jìn)。本文主要對(duì)激光焊接技術(shù)在汽車(chē)車(chē)身制造中的應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)的探討。

【關(guān)鍵詞】激光焊接；汽車(chē)制造；車(chē)身制造；應(yīng)用

前言

汽車(chē)的車(chē)身殼體是由幾十種、甚至是上百種的薄板沖壓件組合而成。這些鈑金件通過(guò)焊接、鉚接等方式進(jìn)行連接。由于車(chē)身沖壓件的材料多數(shù)是焊接性能優(yōu)良的低碳鋼，因此具有操作簡(jiǎn)單以及密封性能好的優(yōu)勢(shì)。目前在汽車(chē)車(chē)身制造過(guò)程中，由于受到市場(chǎng)對(duì)汽車(chē)行業(yè)的需要和汽車(chē)制造行業(yè)整體發(fā)展的影響，所采用的最廣泛的焊接技術(shù)就是激光焊接技術(shù)，激光焊接技術(shù)應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，并取得了很好的應(yīng)用效果。

1、概述激光焊接的原理

激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），從字面不難看出其意義是通過(guò)強(qiáng)光照射激光發(fā)生介質(zhì)，進(jìn)而使得介質(zhì)內(nèi)部原子的電子得到能量，電子運(yùn)動(dòng)在受激的情況下軌道發(fā)生偏移，從低能態(tài)進(jìn)入高能態(tài)。當(dāng)原子在激發(fā)態(tài)的狀態(tài)下時(shí)，受到外界輻射感應(yīng)，使得這些原子又變遷到低能態(tài)，同時(shí)有一束光發(fā)出，這束光在傳播方向，偏振，相位和頻率等方面，與入射光完全相同，即為受激輻射光。那么如何得到指向性高、高能量密度的激光，就顯得尤為重要，也必須使得觀光束能夠在激光發(fā)生介質(zhì)的兩側(cè)的反射鏡內(nèi)王府往復(fù)振蕩，這就要求必須在一種封閉光線的諧振腔內(nèi)進(jìn)行，從而光強(qiáng)得到提高，同時(shí)光的方向性也得到了提高。

2、激光焊接的優(yōu)勢(shì)

激光具備的優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面：①激光具有很強(qiáng)的方向性，在傳播的過(guò)程中，基本不會(huì)向外發(fā)生擴(kuò)散；②激光是一種單純的單色光，波長(zhǎng)和頻率一定，不是多種光的混合體；③激光具有特別高的輸出功率，當(dāng)采用透鏡進(jìn)行聚焦后，可以得到高于太陽(yáng)光幾百倍的能量密度；④激光有較好的相關(guān)性，具有規(guī)律的波峰、波谷。

當(dāng)前，在汽車(chē)車(chē)身制造中的主要焊接技術(shù)有激光焊、電阻點(diǎn)焊、MAG、MIG等，而車(chē)身不等厚板之間的拼焊以及車(chē)身焊接主要采用激光焊接技術(shù)。車(chē)身框架結(jié)構(gòu)的焊接，比如側(cè)圍與頂蓋的焊接。通過(guò)激光焊接的應(yīng)用，車(chē)身的重量得到一定的降低，從某種程度上達(dá)到了省油的效果；通過(guò)激光焊接的應(yīng)用，車(chē)身的裝配精度得到提高，車(chē)身的剛度可以得到30%的提升，這樣能夠使得汽車(chē)的車(chē)身具有更高的安全性能；通過(guò)激光焊接的應(yīng)用，還能有效降低沖壓的施工成本和裝配的施工成本，與此同時(shí)還能使得車(chē)身的零件數(shù)量減少，使汽車(chē)車(chē)身的一體化程度更高。將激光焊接技術(shù)運(yùn)用到汽車(chē)車(chē)身的制造過(guò)程中，最早是從20世紀(jì)的80年代開(kāi)始的，主要體現(xiàn)在車(chē)身焊接方面。激光技術(shù)通過(guò)偏光鏡將反射激光的光束，集中在聚焦裝置中，產(chǎn)生巨大的能量光束，工件在光束的照射下瞬間熔化，焊接成功。

3、激光焊接技術(shù)在汽車(chē)車(chē)身制造方面的應(yīng)用

3.1 激光拼焊技術(shù)的應(yīng)用

拼焊技術(shù)是汽車(chē)制造中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，普遍應(yīng)用于汽車(chē)制造，在車(chē)身制造上的應(yīng)用更為突出。激光拼焊幫我們解決了傳統(tǒng)車(chē)身制造方式的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)方式是將各分部件先進(jìn)行沖壓成型，之后再進(jìn)行焊接，焊接的效果總是不盡如人意，融合處處理不是很完美，甚至融合不是很好。激光拼焊過(guò)程中，在車(chē)身制造時(shí)順序和傳統(tǒng)方式正好相反，先進(jìn)行焊接，再進(jìn)行沖壓成型。激光拼焊使用零件數(shù)量少，可以節(jié)約成本，并且能夠進(jìn)行不同材質(zhì)、不同部位的鋼板焊接，焊接精準(zhǔn)度較高，這項(xiàng)技術(shù)在世界汽車(chē)制造業(yè)廣泛應(yīng)用，在奇瑞、一汽等國(guó)內(nèi)汽車(chē)公司都已近開(kāi)始使用激光拼焊技術(shù)，并且是最先進(jìn)的汽車(chē)車(chē)身焊接技術(shù)。激光熱源具有特別高加熱能力，并且能夠?qū)⒋罅康哪芰窟M(jìn)行集中，匯集到一個(gè)焊接點(diǎn)上，因此，有了上述提到的激光焊接的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)薄板的快速連接。

3.2 激光熔焊技術(shù)的應(yīng)用

熔焊在焊接過(guò)程中，不需要物質(zhì)填充，可以通過(guò)激光在工件表面進(jìn)行直接作用焊接。根據(jù)激光束的能量密度的不同，又有穿透焊和熱傳導(dǎo)焊之分。穿透焊的特點(diǎn)主要是熔深更深，焊接速度更快。在汽車(chē)的白車(chē)身上，有2-4層的焊接鋼板，有4mm之厚，因此有更高的焊縫深度要求，對(duì)激光能量密度的要求也更高，而穿透焊恰恰適合。當(dāng)激光在工件表面進(jìn)行作用時(shí)，金屬發(fā)生快速汽化，并且以蒸汽擴(kuò)散到熔池中，形成一個(gè)蒸汽通道，在通道內(nèi)，激光發(fā)生多次反射，使金屬充分吸收激光能量，當(dāng)產(chǎn)生的蒸汽壓力不能夠再向熔池?cái)U(kuò)散時(shí)，進(jìn)入到一個(gè)穩(wěn)定的焊接狀態(tài)。熔池經(jīng)過(guò)的位置，在蒸汽通道周?chē)纬山饘偃垡毫鲃?dòng)，使上下兩層板熔合在一起，金屬冷卻后，便形成一條高強(qiáng)度焊縫。熱傳導(dǎo)焊主要是利用激光匯聚一點(diǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)高溫度，熔化鋼板，溫度高達(dá)1490℃，通過(guò)熱效應(yīng)進(jìn)行焊接，這種焊接方式多用于平板的拼焊。

3.3 激光填充焊技術(shù)的應(yīng)用

填充焊不對(duì)工件本身進(jìn)行熔化，而是熔化焊絲，主要通過(guò)激光的熱效應(yīng)達(dá)到效果，并填充到兩個(gè)工件之間，進(jìn)行焊接。填充焊過(guò)程中產(chǎn)生的熱變形小，焊縫美觀，多用于汽車(chē)頂蓋的焊接。最早應(yīng)用于車(chē)身加工的激光工藝是汽車(chē)頂蓋的激光釬焊技術(shù)。當(dāng)前激光焊接技術(shù)在汽車(chē)車(chē)身生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)，通過(guò)激光焊接技術(shù)的應(yīng)用，車(chē)身重量得到降低，車(chē)身的裝配精度得到提高，車(chē)身強(qiáng)度得到加強(qiáng)，車(chē)身美觀，成本降低，為我國(guó)汽車(chē)制造企業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展提供了保障。同時(shí)，激光焊接技術(shù)也得到了業(yè)內(nèi)人士的高度關(guān)注，激光焊接技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化的進(jìn)一步發(fā)展，仍然是我們需要努力的方向，從而為推動(dòng)我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)飛速發(fā)展而出力。

3.4 激光焊

激光焊是運(yùn)用激光器輸出且經(jīng)過(guò)光源聚焦的具有高能量密度激光作熱源，對(duì)金屬實(shí)行釬焊或熔化焊。激光焊有脈沖功率激光焊與連續(xù)功率激光焊。利用激光焊焊接過(guò)程中激光不和工件發(fā)生直接接觸，具有較高的靈活性，接頭實(shí)行對(duì)接或搭接。利用激光焊焊接工藝可以焊接部分變形較小、強(qiáng)度較高，利用傳統(tǒng)焊接方法不能焊接的特殊材料汽車(chē)零部件。激光焊有很多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楹附舆^(guò)程沒(méi)有連接的間隙，車(chē)身焊接位置在整個(gè)焊接過(guò)程中不會(huì)發(fā)生變形。激光焊接的焊接寬度和焊接深度比很高，如果焊接縫寬1mm，焊接深度要高達(dá)5mm，因此，激光焊的焊接質(zhì)量非常高。因?yàn)榧す夂傅暮缚p較為平整，焊接的痕跡較小，幾乎不用再進(jìn)行修補(bǔ)，很多汽車(chē)公司都在運(yùn)用該焊接技術(shù)。某汽車(chē)公司焊接車(chē)側(cè)圍和頂蓋連接位置運(yùn)用激光焊，焊接后蓋外板上片與下片連接位置運(yùn)用激光焊，伴隨汽車(chē)行業(yè)不斷發(fā)展，激光焊運(yùn)用一定會(huì)越來(lái)越廣泛。

結(jié)語(yǔ)：當(dāng)前激光焊接技術(shù)在汽車(chē)車(chē)身生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)，通過(guò)激光焊接技術(shù)的應(yīng)用，車(chē)身重量得到降低，車(chē)身的裝配精度得到提高，車(chē)身強(qiáng)度得到加強(qiáng)，車(chē)身美觀，成本降低，為我國(guó)汽車(chē)制造企業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展提供了保障。

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（作者單位：長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司）