汽车激光焊接技术分析

汽车激光焊接技术分析

马超 张丙虹

身份证号： 21042319870215****

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摘要：近些年来，随着国家经济发展速度与发展水平的不断提升，汽车车身激光焊接技术也取得了更好地发展。正是由于汽车激光焊接技术的有效应用，才推动了我国汽车制造业取得更好、更快的发展。本文主要对汽车车身激光焊接技术的发展与运用进行有效的探究与分析，通过当前汽车车身激光焊接技术的发展概况进行分析，了解与掌握车身激光焊接技术的应用方法，从而更好地将激光焊接技术的应用效果与价值有效的发挥出来，推动我国汽车制造业的快速发展。

关键词：汽车车身；激光焊接；技术运用

1、激光焊技术原理与方法

1.1激光焊技术原理

激光焊一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸汽的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化，实质是激光与非透明物质相互作用的过程。

1.2激光焊优缺点

激光焊优点是焊接速度快，焊接热输入量小，热影响区小，焊接应力小，工件变形小，可以获得高质量的接头强度和较大的深宽比；且可焊材料多，如难熔金属、热敏感性强的材料，还可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃；可达性好，可借助反射镜使光束达到一般焊接方法无法施焊的位置，特别适合微型零件和远距离焊接；不要求与焊缝区直接接触，可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接，如可焊接玻璃密封容器内的铍合金等剧毒材料。激光焊的缺点是激光器及焊接系统各配件的价钱较为昂贵，因此初期投资及维护成本比传统焊接工艺高；难以焊接反射率较高的金属。由于激光焊接的聚焦光斑较小，所以对工件接头的装备精度要求较高，很小的装备偏差就会产生较大的加工误差。

2、汽车激光焊接技术的运用分析

2.1激光熔焊技术的应用

在运用激光熔焊技术来进行车身制造时，激光是焊接独立的热源，其具有很快的焊接速度、很好的可达性和无接触焊接等优点，一般应用在同种质量板材的接头搭接焊接上。与此同时，激光熔焊在焊接时不受焊接压力的约束，只受热作用的影响。激光熔焊的焊缝比较平直和光滑，焊件不容易变形，对于汽车车身精度的提升非常有利。但是在运用激光熔焊技术时，其也有很多的要求，如待焊冲压件的装配间隙必须要小，间隙大概在0.05-2毫米之间，否则容易有气孔产生。同时对于模具的要求也更高一些，这会加大车身制造成本。激光熔焊汽车车身时，由于间隙的匹配很难达到完美，因此，在运用激光熔焊时容易遇到很多种类的质量问题或者缺陷，因此，激光熔焊在对于表面质量要求较高的覆盖件焊接方面应用的比较少，而一般常常在焊接结构件、骨架门洞周边或者地板周边的焊接。

2.2激光钎焊技术的应用

在汽车车身制造方面，激光钎焊技术的应用具有一定的针对性。激光钎焊主要针对汽车车身特殊结构设计而产生和发展的，如侧围和顶盖的钎焊，后盖外板的钎焊等等，这些部位的焊接，对于接头的强度没有太高的要求，只要满足焊缝美观与密封的要求即可。与此同时，在运用激光钎焊时，焊丝端部与激光光斑的精准对重是重点和难点。激光钎焊的焊丝必须要具备一定的弹性和刚性，否则不能够达到钎焊的要求。但是如果焊丝的熔点过高，那么在激光光源的选择上需要有更高功率的激光器，这会增加激光器的应用成本。因此，在运用激光钎焊技术时，钎料的焊丝材料必须要具有很好的浸润性能，在高温熔化状态下能够与基体才老进行更好地连接，从而形成较好、较为美观的焊缝。此外，对于焊丝材料的要求上，界面张力是不可或缺的，其⼈能够对焊接接头的强度进行更好地保障。通常情况下，钢板的钎焊多运用CuSi3的焊丝，在焊接之前，先进行焊丝的预热，这样能够促进激光吸收率的更好提高。

2.3激光-电弧复合焊接技术

激光-电弧复合焊接技术产生于20世纪70年代末期，其焊接原理融合了电弧以及激光两种焊接技术的优点。与激光焊接技术相比，复合焊技术引入了电弧焊相结合的焊接工艺，利用电弧焊间隙适应性强的优点改善焊缝成型质量，提高激光焊接速度，激光焊接过程中熔池上方产生的等离子体云对MIG焊枪形成的电弧具有稳定作用，通过光学吸收现象吸收电弧等离子体，能够有效降低金属表面的激光束吸收、反射现象，提高激光束的整体传输效率。当前我国汽车生产制造中多少情况下以激光-电弧焊复合焊接技术替代了单一的激光焊接技术，例如在德国大众辉腾铝合金车门焊接、奥迪A6车框焊接等具体工艺方面，都采用了激光-电弧复合焊接技术进行焊缝作业，与单一激光焊接技术相比，复合焊接技术下，在相同熔深下的焊缝成形焊缝更窄，焊缝表面更加平整，而且更能够适合不同异种金属的焊接适应性，是比较适应汽车轻量化的先进焊接技术。

3、汽车激光焊接技术具体应用

3.1焊前产品测量

由于单件的冲压误差、制造过程的不稳定性等因素，待连接焊缝的状态是不稳定的，通过采用不同的焊缝跟踪手段，识别待连接接缝的实际位置，测量母材的变形状况和母材之间的间隙，然后系统调整激光的聚焦位置、功率、摆动幅度或频率等，实现自动补偿。目前主流的测量跟踪手段有以下两种。a.填丝焊接-接触式机械焊缝跟踪。焊丝沿焊接方向行进，接缝位置的微小变化体现在焊丝接触受力的不同，通过ALO3钎焊头上的偏摆臂实现焊接侧向补偿（±90°），伸缩臂实现焊接高度方向的补偿（±5mm）。b.角接非填丝熔焊-非接触式光学焊缝跟踪。基于光学三角测量原理，在3D偏振镜头上集成激光传感器、焊缝跟踪摄像头，投射激光束经工件表面反射，由摄像头进行收集成像，通过坐标变换计算得到焊缝截面的2D截面，也就得到了焊缝的实际位置、母材之间的实际间隙，并将该数据自动补偿，自适应调节工具中心点位置，并且根据焊缝间隙变化调节焊接速度、激光功率和振镜摆幅等参数。

3.2焊中过程监控

激光焊接过程中通过记录焊接工艺微观过程，同步对过程参数进行记录、监控，有利于调试阶段参数优化、量产阶段质量问题分析。以激光钎焊工艺为例，通过过程监控系统，将照明、摄像、控制模块集成在ALO3钎焊头上，实现一体化集成设计，通过高速高清相机清晰拍摄焊接反应微观过程，并同步记录下焊缝编号、零件编号、激光功率、送丝速度、焊接位置等参数，实现焊接参数、焊接过程的同步可视化，既能够识别焊接过程的孔洞、漏焊等缺陷，也能在缺陷发生后进行过程和参数重现，大大缩短了问题、故障的分析解决时间。

3.3焊后质量检测

针对不同类别的连接工艺以及不同的质量要素要求，目前行业内呈现出多种高效的解决方案，能够对焊缝的连接强度、密封性、表面质量进行有效的在线监控，提升生产线的自动化水平的同时，能避免不良产品流入下道工序，同时为工人返修提供直观便捷的指导。a.激光飞行焊。一般情况下，激光飞行焊工艺并无密封性和目视质量要求，因此该工艺的质量检测集中在强度要素上。目前行业内涌现出其他两类主流解决方案。收集焊接过程的等离子云、激光束反射、热反射三类过程参数信息，与批量合格产品的过程参数进行差异性对比，间接监控焊缝的强度。基于相干干涉成像技术，测量激光束可以直接测量焊接匙孔的底部深度，即直接测量熔深数据。b.激光填丝焊接。针对该工艺在白车身上应用位置的不同，成品零件对强度、表面、密封性有不同的质量要求。目前行业内涌现出的多种填丝焊接焊后检测方案，但均未解决强度要素的测量，即无法测量钎料桥接接头的截面轮廓。与标准焊接截面进行差异性比对，能够识别飞溅、凹坑、孔洞、过切、凹槽等表面质量及密封性缺陷。

结束语

一方面，在汽车电动化、轻量化的发展趋势下，更多铝合金材料应用、更加灵活简洁的产品结构设计出现在白车身上；另一方面，国家大力发展智能制造、制造业升级，推动制造技术的智能化、柔性化、绿色化发展。激光技术、检测技术的不断创新和进度，将在制造领域扮演越来越广泛、越来越重要的角色。

参考文献

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