汽車激光焊接技術(shù)分析

1、汽車激光焊接技術(shù)分析摘要：近些年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度與發(fā)展水平的不斷提升，汽車車身激光焊接技術(shù)也取得了更好地發(fā)展。正是由于汽車激光焊接技術(shù)的有效應(yīng)用，才推動(dòng)了我國(guó)汽車制造業(yè)取得更好、更快的發(fā)展。本文主要對(duì)汽車車身激光焊接技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用進(jìn)行有效的探究與分析，通過當(dāng)前汽車車身激光焊接技術(shù)的發(fā)展概況進(jìn)行分析，了解與掌握車身激光焊接技術(shù)的應(yīng)用方法，從而更好地將激光焊接技術(shù)的應(yīng)用效果與價(jià)值有效的發(fā)揮出來(lái)，推動(dòng)我國(guó)汽車制造業(yè)的快速發(fā)展。關(guān)鍵詞：汽車車身；激光焊接；技術(shù)運(yùn)用1、激光焊技術(shù)原理與方法1.1激光焊技術(shù)原理激光焊一般采用連續(xù)激光光束完成材料的連接，其冶金物理過程與電子束焊接極為相似，即能量轉(zhuǎn)

2、換機(jī)制是通過“小孔”結(jié)構(gòu)來(lái)完成的。在足夠高的功率密度激光照射下，材料產(chǎn)生蒸發(fā)并形成小孔。這個(gè)充滿蒸汽的小孔猶如一個(gè)黑體，幾乎吸收全部的入射光束能量，熱量從這個(gè)高溫孔腔外壁傳遞出來(lái)，使包圍著這個(gè)孔腔四周的金屬熔化，實(shí)質(zhì)是激光與非透明物質(zhì)相互作用的過程。1.2激光焊優(yōu)缺點(diǎn)激光焊優(yōu)點(diǎn)是焊接速度快，焊接熱輸入量小，熱影響區(qū)小，焊接應(yīng)力小，工件變形小，可以獲得高質(zhì)量的接頭強(qiáng)度和較大的深寬比；且可焊材料多，如難熔金屬、熱敏感性強(qiáng)的材料，還可用于非金屬材料的焊接，如陶瓷、有機(jī)玻璃；可達(dá)性好，可借助反射鏡使光束達(dá)到一般焊接方法無(wú)法施焊的位置，特別適合微型零件和遠(yuǎn)距離焊接；不要求與焊縫區(qū)直接接觸，可穿過透明介質(zhì)

3、對(duì)密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行焊接，如可焊接玻璃密封容器內(nèi)的鈹合金等劇毒材料。激光焊的缺點(diǎn)是激光器及焊接系統(tǒng)各配件的價(jià)錢較為昂貴，因此初期投資及維護(hù)成本比傳統(tǒng)焊接工藝高；難以焊接反射率較高的金屬。由于激光焊接的聚焦光斑較小，所以對(duì)工件接頭的裝備精度要求較高，很小的裝備偏差就會(huì)產(chǎn)生較大的加工誤差。2、汽車激光焊接技術(shù)的運(yùn)用分析2.1激光熔焊技術(shù)的應(yīng)用在運(yùn)用激光熔焊技術(shù)來(lái)進(jìn)行車身制造時(shí)，激光是焊接獨(dú)立的熱源，其具有很快的焊接速度、很好的可達(dá)性和無(wú)接觸焊接等優(yōu)點(diǎn)，一般應(yīng)用在同種質(zhì)量板材的接頭搭接焊接上。與此同時(shí)，激光熔焊在焊接時(shí)不受焊接壓力的約束，只受熱作用的影響。激光熔焊的焊縫比較平直和光滑，焊件不容易變

4、形，對(duì)于汽車車身精度的提升非常有利。但是在運(yùn)用激光熔焊技術(shù)時(shí)，其也有很多的要求，如待焊沖壓件的裝配間隙必須要小，間隙大概在0.05-2毫米之間，否則容易有氣孔產(chǎn)生。同時(shí)對(duì)于模具的要求也更高一些，這會(huì)加大車身制造成本。激光熔焊汽車車身時(shí)，由于間隙的匹配很難達(dá)到完美，因此，在運(yùn)用激光熔焊時(shí)容易遇到很多種類的質(zhì)量問題或者缺陷，因此，激光熔焊在對(duì)于表面質(zhì)量要求較高的覆蓋件焊接方面應(yīng)用的比較少，而一般常常在焊接結(jié)構(gòu)件、骨架門洞周邊或者地板周邊的焊接。2.2激光釬焊技術(shù)的應(yīng)用在汽車車身制造方面，激光釬焊技術(shù)的應(yīng)用具有一定的針對(duì)性。激光釬焊主要針對(duì)汽車車身特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而產(chǎn)生和發(fā)展的，如側(cè)圍和頂蓋的釬焊，后蓋

5、外板的釬焊等等，這些部位的焊接，對(duì)于接頭的強(qiáng)度沒有太高的要求，只要滿足焊縫美觀與密封的要求即可。與此同時(shí)，在運(yùn)用激光釬焊時(shí)，焊絲端部與激光光斑的精準(zhǔn)對(duì)重是重點(diǎn)和難點(diǎn)。激光釬焊的焊絲必須要具備一定的彈性和剛性，否則不能夠達(dá)到釬焊的要求。但是如果焊絲的熔點(diǎn)過高，那么在激光光源的選擇上需要有更高功率的激光器，這會(huì)增加激光器的應(yīng)用成本。因此，在運(yùn)用激光釬焊技術(shù)時(shí)，釬料的焊絲材料必須要具有很好的浸潤(rùn)性能，在高溫熔化狀態(tài)下能夠與基體才老進(jìn)行更好地連接，從而形成較好、較為美觀的焊縫。此外，對(duì)于焊絲材料的要求上，界面張力是不可或缺的，其能夠?qū)附咏宇^的強(qiáng)度進(jìn)行更好地保障。通常情況下，鋼板的釬焊多運(yùn)用CuSi3

6、的焊絲，在焊接之前，先進(jìn)行焊絲的預(yù)熱，這樣能夠促進(jìn)激光吸收率的更好提高。2.3激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代末期，其焊接原理融合了電弧以及激光兩種焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。與激光焊接技術(shù)相比，復(fù)合焊技術(shù)引入了電弧焊相結(jié)合的焊接工藝，利用電弧焊間隙適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)改善焊縫成型質(zhì)量，提高激光焊接速度，激光焊接過程中熔池上方產(chǎn)生的等離子體云對(duì)MIG焊槍形成的電弧具有穩(wěn)定作用，通過光學(xué)吸收現(xiàn)象吸收電弧等離子體，能夠有效降低金屬表面的激光束吸收、反射現(xiàn)象，提高激光束的整體傳輸效率。當(dāng)前我國(guó)汽車生產(chǎn)制造中多少情況下以激光-電弧焊復(fù)合焊接技術(shù)替代了單一的激光焊接技術(shù)，例如在德國(guó)大眾輝

7、騰鋁合金車門焊接、奧迪A6車框焊接等具體工藝方面，都采用了激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)進(jìn)行焊縫作業(yè)，與單一激光焊接技術(shù)相比，復(fù)合焊接技術(shù)下，在相同熔深下的焊縫成形焊縫更窄，焊縫表面更加平整，而且更能夠適合不同異種金屬的焊接適應(yīng)性，是比較適應(yīng)汽車輕量化的先進(jìn)焊接技術(shù)。3、汽車激光焊接技術(shù)具體應(yīng)用3.1焊前產(chǎn)品測(cè)量由于單件的沖壓誤差、制造過程的不穩(wěn)定性等因素，待連接焊縫的狀態(tài)是不穩(wěn)定的，通過采用不同的焊縫跟蹤手段，識(shí)別待連接接縫的實(shí)際位置，測(cè)量母材的變形狀況和母材之間的間隙，然后系統(tǒng)調(diào)整激光的聚焦位置、功率、擺動(dòng)幅度或頻率等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。目前主流的測(cè)量跟蹤手段有以下兩種。a.填絲焊接-接觸式機(jī)械焊縫跟

8、蹤。焊絲沿焊接方向行進(jìn)，接縫位置的微小變化體現(xiàn)在焊絲接觸受力的不同，通過ALO3釬焊頭上的偏擺臂實(shí)現(xiàn)焊接側(cè)向補(bǔ)償（90），伸縮臂實(shí)現(xiàn)焊接高度方向的補(bǔ)償（5mm）。b.角接非填絲熔焊-非接觸式光學(xué)焊縫跟蹤?；诠鈱W(xué)三角測(cè)量原理，在3D偏振鏡頭上集成激光傳感器、焊縫跟蹤攝像頭，投射激光束經(jīng)工件表面反射，由攝像頭進(jìn)行收集成像，通過坐標(biāo)變換計(jì)算得到焊縫截面的2D截面，也就得到了焊縫的實(shí)際位置、母材之間的實(shí)際間隙，并將該數(shù)據(jù)自動(dòng)補(bǔ)償，自適應(yīng)調(diào)節(jié)工具中心點(diǎn)位置，并且根據(jù)焊縫間隙變化調(diào)節(jié)焊接速度、激光功率和振鏡擺幅等參數(shù)。3.2焊中過程監(jiān)控激光焊接過程中通過記錄焊接工藝微觀過程，同步對(duì)過程參數(shù)進(jìn)行記錄、監(jiān)控

9、，有利于調(diào)試階段參數(shù)優(yōu)化、量產(chǎn)階段質(zhì)量問題分析。以激光釬焊工藝為例，通過過程監(jiān)控系統(tǒng)，將照明、攝像、控制模塊集成在ALO3釬焊頭上，實(shí)現(xiàn)一體化集成設(shè)計(jì)，通過高速高清相機(jī)清晰拍攝焊接反應(yīng)微觀過程，并同步記錄下焊縫編號(hào)、零件編號(hào)、激光功率、送絲速度、焊接位置等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)、焊接過程的同步可視化，既能夠識(shí)別焊接過程的孔洞、漏焊等缺陷，也能在缺陷發(fā)生后進(jìn)行過程和參數(shù)重現(xiàn)，大大縮短了問題、故障的分析解決時(shí)間。3.3焊后質(zhì)量檢測(cè)針對(duì)不同類別的連接工藝以及不同的質(zhì)量要素要求，目前行業(yè)內(nèi)呈現(xiàn)出多種高效的解決方案，能夠?qū)缚p的連接強(qiáng)度、密封性、表面質(zhì)量進(jìn)行有效的在線監(jiān)控，提升生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平的同時(shí)，能避

10、免不良產(chǎn)品流入下道工序，同時(shí)為工人返修提供直觀便捷的指導(dǎo)。a.激光飛行焊。一般情況下，激光飛行焊工藝并無(wú)密封性和目視質(zhì)量要求，因此該工藝的質(zhì)量檢測(cè)集中在強(qiáng)度要素上。目前行業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)出其他兩類主流解決方案。收集焊接過程的等離子云、激光束反射、熱反射三類過程參數(shù)信息，與批量合格產(chǎn)品的過程參數(shù)進(jìn)行差異性對(duì)比，間接監(jiān)控焊縫的強(qiáng)度。基于相干干涉成像技術(shù)，測(cè)量激光束可以直接測(cè)量焊接匙孔的底部深度，即直接測(cè)量熔深數(shù)據(jù)。b.激光填絲焊接。針對(duì)該工藝在白車身上應(yīng)用位置的不同，成品零件對(duì)強(qiáng)度、表面、密封性有不同的質(zhì)量要求。目前行業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)出的多種填絲焊接焊后檢測(cè)方案，但均未解決強(qiáng)度要素的測(cè)量，即無(wú)法測(cè)量釬料橋接接頭的截面輪廓。與標(biāo)準(zhǔn)焊接截面進(jìn)行差異性比對(duì)，能夠識(shí)別飛濺、凹坑、