汽车制造中激光焊接技术的有效应用

汽车制造中激光焊接技术的有效应用

江游,王志刚

比亚迪汽车工业有限公司  深圳 518000

摘要：激光焊接技术具有高效灵活的焊接工艺特点，在汽车生产过程中可用于汽车车身焊接及各类汽车零件，降低汽车车身整体重量，提高汽车车身装配精度，满足汽车制造轻量化和安全性能提高的需求。如何积极有效地应用激光焊接技术已成为当今汽车制造企业必须考虑的问题。下面将详细讨论激光焊接技术的应用。

关键词：汽车制造；激光焊接技术；应用

引言

汽车工业的快速发展加速了汽车工业作为汽车其他部分载体的持续创新，直接决定了汽车的整体生产质量。焊缝是制造车辆的重要制造工艺。当前用于汽车行业焊接的焊接方法包括电阻点焊、MIG(高负载熔体)和mag(高可用性机构气体混合)的电焊焊缝以及激光焊接焊缝。激光焊接自1980年代以来一直应用于汽车对接焊缝，随着生产效率和质量需求的增加以及汽车行业激光技术的发展，激光焊接技术已成为汽车行业焊接的基本技术。激光焊接技术是机电一体化的现代焊接技术。它提供了较高的能量密度、较快的焊接速度、较低的焊接变形损耗，以及比传统车辆更高的灵活性。复杂的车身结构，主要由薄壁和装饰部件组成，在这些部件中，由于车身材料的变化、车身零件厚度不同、焊接轨迹和接头形式多样化等焊接难点，车身焊接可以确保车辆关键部件的高疲劳和振动性，从而保证车辆车身的焊接质量和使用。激光焊接技术适应汽车零件不同的连接形式、厚度和焊接材料类型，从而满足汽车行业的灵活要求。因此激光焊接技术是实现汽车工业质量发展的重要技术手段。

1激光焊接技术工作原理

激光焊接技术是一种高速、低应变、非接触式焊接方法，具有显着特点，如热区小、焊接质量高、灵活性高、适应性强等，特别适用于众多在线处理和连续处理企业。激光焊接技术的工作原理是以激光为焊接源，控制极小范围内的大多数热源，从而使焊接件连接更加准确快捷。在额定功率下，激光焊接技术允许快速加热金属表面，金属表面也受到自身额外压力的影响，从而导致凹陷，并允许激光进入凹陷底部，形成一个更小、更长的孔，随着激光速度的变化而移动此外，激光光速可以准确地确定焊缝深度，当激光功率密度过高时，焊缝深度和宽度会增加，当激光密度比较时，焊缝深度和宽度也会增加。在汽车制造过程中，主要的激光焊接技术。

2激光焊接技术的优缺点

激光焊接技术所具有的优势，在当前的汽车制造中发挥着重要作用。主要表现在以下几个方面：实际焊接受到的热影响范围小，变形量也较低。焊接的质量和精度较高，能在保证质量的前提下保证美观度。具体焊接操作较为灵活，效率高，可以满足企业需要。施工噪音小，且有着不俗的节能效果。适用于质地脆、强度高和熔点高的材料焊接。不过，激光焊接技术也有一定的缺陷，具体表现为：对焊接的位置要求高，需要注重焊接要求的范围。不适用于厚度大的材料。当焊接材料有着高导热性时，会影响焊接效果。能量转换效率低，同时焊道的凝固时间较快，一定程度上制约了焊接效果。

3激光焊接技术的实际应用

3.1激光熔焊

激光熔焊·laser beam welding KLBW是一种以激光为热源的熔化焊。激光轰击在母材上,随着能量的积累母材发生熔化,激光沿着焊接方向移动,激光作用位置的母材发生熔化,激光后部熔化的母材逐渐凝固形成焊缝,最终使得被焊零件形成原子间的结合。激光熔焊过程中根据产品结构特点及性能要求选择是否填丝。铝合金具有导热快、线膨胀系数大、表面氧化膜熔点高的特点,通过激光逍焊可以很好的解决铝合金特性带来的焊接困难的问题。铝合金激光逍焊具有以下特点:1列激光逍焊是一种高能束且热量集中,可以瞬间形成很高的焊接热量，将表面氧化膜跤化。同时可以克服铝合金导热快的特性2山激光逍焊的热量集中,热输入量小，可改善铝合金膨胀系数大导致的焊件变形和热应力问题;3激光逍焊的冷却速度高，这样的热循环可以起到细化晶粒的目的，从而提高了焊接接头的强度。4激光的传导采用光纤，因此,激光逍焊的自由度远远高于其他焊接方法，更加易于实现自动化。通过前述可知,在产品搭边设计过程中,激光熔焊对产品设计要求更加宽松,从电阻点焊要求的至少15mm下降到了8mm。另外,当采用断续焊缝时,搭接边的宽度可以进一步降低。如图1所示,断续焊缝,压紧块设置在非焊缝位置,搭接边最小宽度可以设置为6mm。所以,在进行车门设计时在可以满足强度的前提下优先选择断续焊缝,将搭接边的最小宽度设置在6mm,为窄边产品提供技术保证。

（a)断续焊缝····（b)连续焊缝

图1断续和连续激光熔焊搭边宽度示意图。

3.1激光钎焊

在激光焊接技术中，激光钎焊技术有着造型美观和密封性强、焊缝强度高的优点。具体原理是将激光束通过聚焦打在焊丝表面，在融化焊丝后填补于焊接的部位，以钎焊层完成焊接。此方法虽然与熔焊类似，但在实际操作中母材是不被熔化的。因此，需要钎料熔点低于母材，通过液态钎料实现有效的焊接。目前激光钎焊被用于大众、海马、奇瑞和奥迪的行李箱盖焊接，同时在凯迪拉克、保时捷、福特和大众等品牌中的顶盖和侧围连接上，也时常使用激光钎焊。在使用该技术时，需要注意焊接过程会受到很多因素的影响，尤其是工艺参数的影响。例如，焊接速度、激光功率和光斑直径等方面，需要结合实际的焊接，对以上工艺参数进行调整和设计，以保证激光钎焊的有效性。

3.2汽车车身激光填丝焊工艺

填充焊缝的激光混合模式是通过提前将某些焊缝线加载到焊缝中或在激光焊接期间将其传输到焊缝线来创建焊缝连接。相当于深激光焊接期间焊接工具中几乎均匀的焊接材料。激光焊接焊接的流程图可见。激光焊接与激光焊接相比，在车辆中在线填充焊缝有两个优点。一个优点是，车辆车身组件之间的装配间隙公差明显提高，从而消除了激光之间焊接间隙过大的需要。第二，您可以使用不同元件的熔接线来调整熔接效能，以改善熔接区域的分布。激光焊接法主要用于车辆制造中铝外壳和钢的焊接。尤其是车辆铝合金焊接时，熔池表面压力较小，可能导致熔池破裂，而激光焊接可以更好地解决车辆焊接镜焊缝脱落的问题。但是，可以通过更改激光性能、焊缝速度、活塞强度等的工艺参数来改进车辆车身激光焊接的形状。线材传输速度会对熔接品质产生深远影响。表面形状良好且内部错误较少的焊缝只有在导线传输速度与激光性能、焊缝速度、粗糙度等参数相匹配时才能实现。

3.3激光电弧复合焊接

激光弧与弧的组合主要是热激光源与电流弧的组合，以实现同一焊接池中焊缝的目标。该方法结合了激光、圆弧、较高的适应性、较小的变形和较快的焊缝等优点。用于激光弧组合焊缝的曲线类型主要是TIG弧、等参弧、GMA弧等。它们是最常用和最常用的GMA弧。在实践中，弧应力直接影响熔接过程的稳定性、熔接宽度等，如果弧应力过高，可能会导致熔接过程不稳定，特别是在角熔接中，这可能会导致弧风化。如果电弧电压过低，可能会导致短路，从而导致焊接过程中喷射水明显增加。为了保证焊缝质量和效果，焊缝电流增加时焊缝应力也必须相应增加，以便根据焊缝方法、经验公式估算应力值和电流值。为了确保电压和电流的最佳匹配，可以自动调整钢丝绳的速度以匹配相应的电压和电流值。在现有模型中，许多模型使用激光指针焊接技术的组合，例如在OdiA8模型的顶部横杆上，具有不同尺寸和形状的连接，用于用激光弧组合焊接法完成焊缝。

结束语

针对汽车制造行业，不同的激光焊接技术有着不同的利用价值。汽车的不同部位选择合理的焊接方式，有利于提高汽车制造的整体质量，并且在焊接成本、焊接效率上也满足汽车企业的需求。为此，本文通过对激光焊接技术的原理和优缺点进行分析，探论了激光自熔焊接、激光填丝焊接、激光电弧复合焊接、激光远程焊接和激光钎焊在汽车制造中的应用效果，为汽车制造提供焊接方面的经验，提高汽车企业的焊接水平，促进汽车制造行业的健康持续发展。

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