激光拼焊技術在汽車行業的應用

祝金濤

（武漢理工大學汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

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激光拼焊技術在汽車行業的應用

祝金濤

（武漢理工大學汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

摘 要：激光拼焊技術作為汽車輕量化的重要技術途徑之一，在汽車上的應用越來越廣泛，文章介紹了激光拼焊技術應用于汽車行業的優勢、局限性以及我國的應用現狀和相關技術的研究熱點。

關鍵詞：激光拼焊板；優勢和局限性；應用現狀；研究熱點

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.055

CLC NO.: U465.9 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2016)03-171-02

引言

近年來，隨著我國汽車行業的快速發展，汽車產業已成為國民經濟的支柱產業，從規模上看我國汽車市場世界第一。每天有超過1.5億輛汽車行駛在中國這片土地上，這個數量每年還在以2000萬以上的幅度增加著，隨之而來的環境問題也日益嚴峻。國內各大汽車企業及研究機構積極努力，在新能源汽車技術、汽車輕量化技術等方面的研究的投入不斷增加。激光拼焊板技術作為汽車輕量化的重要途徑之一，以其獨有的優勢，在汽車上的應用越來越廣泛。

1、激光拼焊技術的發展

激光拼焊技術是指用激光能源，將若干不同材質、不同厚度、不同鍍層、不同表面狀態的板材拼接在一起形成一整塊板，整體沖壓成零件的技術。其應用于汽車行業最早始于上世紀八十年代的歐洲，起初并非用于實現汽車輕量化的目的，而是因鋼鐵廠家軋制設備限制，板材寬度方向無法滿足一些超寬的車身鈑金件要求，利用激光拼焊技術增加板寬。后來發展為現在不限母材材質、厚度、表面狀態的拼焊技術用以滿足現代車身制造更高的標準和要求。歐、美、日等發達國家，激光拼焊板在汽車行業的應用非常普遍，中國應用較晚，直到2002年10月25日，中國第一條激光拼焊板專業化商業生產線才在武漢正式投入運轉。

激光拼焊技術屬于車身鈑金焊接加工技術中的一種，但激光拼焊板的生產并非像其他鈑金焊接工藝一樣由汽車制造廠家完成，而是作為半成品零件坯料，由外單位對母材進行落料、裁剪，再按汽車廠家的要求拼焊成一塊板來供貨。其核心技術掌握在拼焊廠家手中。國內鋼鐵廠家紛紛以資產收購或合資的形式，掌握相關的技術，進入激光拼焊板市場。

2、激光拼焊板技術應用于汽車行業的優勢

汽車行業傳統的零件沖壓成型方式主要有：分離成型和整體成型。分離成型是指將多個簡單單元分別進行沖壓，然后再焊接在一起形成一個復雜的零件。整體成型是指將包含多個單元的零件毛胚整體成型成零件，在激光拼焊技術誕生前，整體成型母材為同一種材料，即材質、厚度、表面狀態一樣，而汽車上某些復雜零件在不同部位要求不一樣的性能，激光拼焊技術先將不同強度性能、厚度的材料沖裁后焊接成整體毛胚，然后在進行整體沖壓成型，相較于傳統的整體成型在選材、用材方面更加合理、靈活，更好地滿足了現代汽車制造對車身的強度性能、重量及成本更優的要求。

激光拼焊技術應用于汽車行業的優勢主要體現在：

（1）減輕汽車質量。激光拼焊板成型成零件后，可以減少額外加強件的使用，同時一整塊鋼板毛胚中，不同厚度的組合，可以明顯降低單個零件的重量，實現整車輕量化的目的。

（2）減少車身零件的數量的同時提高產品制造精度。激光拼焊板技術的應用，實現了將原來需要分離成型的復雜零件轉化為整體成型，減少了大量的沖壓加工設備和工序，簡化了白車身的制造過程，同時提高了產品的精度，大大降低了零部件的制造及裝配工差。

工藝過程對比如下圖所示：

圖1　傳統的分離成型工藝過程簡圖

圖2　應用激光拼焊技術整體成型工藝簡圖

1）為車身尺寸的擴大提供了可能，這也是激光拼焊技術最初應用于汽車行業的目的。受鋼廠軋制設備限制，目前國內鋼廠批量生產的最寬汽車用鋼尺寸為2080mm。隨著汽車工業的發展，豐富的車身外形要求材料板寬尺寸更大，激光拼焊技術為生產更大尺寸車身提供了有效而經濟的途徑。

2）提高車身品質和安全性。由于采用連續的激光焊接代替不連續的點焊，車身結構剛性和可靠性大大提高，這是汽車行業應用激光拼焊技術最重要的原因之一。同時，為提高碰撞安全性，某些鈑金零件要求不同部位強度不同，以便在發生碰撞時控制變形的部位，引導變形方向，應用激光拼焊技術，在此類零件強度要求高的部位使用高強鋼或厚板，強度要求低的地方使用低強鋼或薄板。

3、激光拼焊板的應用現狀和局限性

3.1 激光拼焊板國內的應用現狀

圖3

激光拼焊技術的研究以及激光拼焊板的應用，我國起步較晚，目前正處于高速發展的爬坡階段。中高端車型作為汽車各項領先技術引領者，也是國內激光拼焊技術最先和最廣泛應用的產品。經過10幾年的研究和發展應用，低端車型也開始越來越多的應用激光拼焊板。

激光拼焊板在車身上的應用主要集中在結構件和內覆蓋件。如圖3所示。

3.2 激光拼焊板的局限性

3.2.1 成型性能方面

由于激光拼焊板存在厚度突變和焊縫的影響，且焊接添加金屬材料與被焊接基材在材料特性上必然有一定差異，致使拼接焊縫及其附近區域有較明顯的加工硬化現象，并且在沿長度方向上的硬度也會發生跳躍式的變化，即便增加一道熱處理工藝，拼焊板的成型性能依然低于單一板材，不適用于成型特別復雜，拉延量較大的零件。

3.2.2 應用效果方面

激光拼焊板的焊縫從外觀上來說即使采用任何涂裝措施也無法徹底掩蓋，因此它不適宜用作車身外覆蓋件材料，而一般用來制作內覆蓋件或支承結構件。

4、激光拼焊技術目前的研究熱點

隨著我國汽車行業激光拼焊板用量的不斷增加，國內各大高校、研究機構也在積極研究投入，目前的研究熱點主要集中在以下兩個方面：成型性能；針對汽車車身各典型零件的拼焊方案設計優化。

成型性能是車身鈑金件對材料的最基本的要求，現代車身外形越來越豐富，單個零件的成型越來越復雜。激光拼焊板由激光焊縫和焊縫兩邊的母材構成，母材材質和厚度的選擇、焊縫的方向和位置等都將影響最終拼焊板的成型性能。

拼焊方案應根據目標零件對成型性能、強度性能等的要求對母材材質和厚度、焊縫方向和位置進行合理的選擇和設計。以減輕零件質量和提高車身結構強度為目標，以零件的性能要求為約束，同時兼顧工藝可制造性以及不同材料之間的激光焊接特性等。

5、結論

隨著汽車輕量化的發展，高強度和超高強度鋼拼焊板需求勢必越來越大，拼焊板成型性能和拼焊方案設計方面的研究有待進一步的深入，整車廠家在實際應用經驗方面也需不斷積累，以滿足在使用量和應用范圍不斷增加的汽車行業激光拼焊板的需求。

參考文獻

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Application of laser tailor welding technology in automobile industry

Zhu Jintao
( Wuhan university of technology school of automotive engineering, Hubei Wuhan 430070 )

Abstract:As one of the important technological approaches of automobile lightweight, laser tailor welding technology is widely used in the automobile industry.This paper introduces its advantages and limitations, also contains its present application and research hotspots in Chinese automobile industry.

Keywords:tailor welded blanks; advantages and limitations; present application; research hotspots

作者簡介：祝金濤，碩士研究生，就讀于武漢理工大學汽車工程學院。2010年至2013年就職于東風柳州汽車有限公司CV采購部，負責車身板材采購管理工作。

中圖分類號：U465.9

文獻標識碼：B

文章編號：1671-7988(2016)03-171-02