激光焊接技術在汽車裝配中的應用

張志卿 馬世寧

摘要：激光之所以受到歡迎，這與其高能量密度、高精度、適應性強的三個優勢之間有十分緊密的關聯，激光焊接和切割技術因為其具有先進、高效、靈敏的特點，成為了汽車新品的重要技術保障，使得生產出來的汽車具有較高的質量，且裝配成本比較低廉，成為了汽車裝配方面的一個重要的技術手段。汽車裝配在經濟發達的國家已經開始使用激光焊接、切割技術，且這些技術已經成為了汽車裝配應用的標準加工技術。

關鍵詞：激光焊接；汽車轉配；汽車裝配

1、激光焊簡介

在激光焊接過程中，金屬材料吸收激光的輻射能量，提高溫度，形成液態熔池，使其長大到一定尺寸。然后激光束延伸固體界面移動，使焊接構件之間的初始焊縫逐漸消除，熔池后部逐漸冷卻，從而實現小面積的金屬加熱和冷卻，精密平衡，焊接質量高。由于不同的加工方法，激光焊接分為連續激光焊接和脈沖激光焊接，激光器的工作物質是氣體、固體、半導體、液體和自由電子，CO2激光和Nd：YAG激光是常用的焊接方法，CO2激光功率很容易達到20KW甚至更大，但其光束波長為10.6微米遠紅外光，這種光的金屬反射率大多高達80%～90%；Nd：YAG激光功率一般在4～6KW之間，光束波長為1.06微米近紅外光。

2、激光焊接在汽車生產中的應用

對于汽車工業而言，激光焊接方式早就已經成為了中高檔車型必須要使用到的技術，就拿大眾公司的高爾夫為例，該款車型在焊接長度方面，激光焊接是52.5米，黏合劑接合為22.6m，亞弧焊為4.7m，而點焊為2938處。按照車身的架構來看，激光焊接與點焊接的比例不相上下，但是與其他的焊接方式相比，其所占的比例就顯得比較大，所以激光焊接早就已經是汽車裝配過程中不能缺少的一種技術。不僅如此，激光焊接的柔性比傳統焊接更好，在實際生產操作過程中可以廣泛應用于各種器材的焊接。由于Nd：YAG激光的傳輸方式是光纖傳輸，所以該激光的光源必須要與焊槍的終端保持大于100米的距離，這樣才能保證各種車型、多個工位可以使用同一臺激光器。根據調查數據顯示，激光設備在車間的占地面積比點焊接設備的占點面積少了四成左右。同時車身的焊接采用激光焊接還能夠加快生產的速度節省生產的時間成本，在SAGITAR速騰白車身焊接過程中，激光焊接能夠比傳統的焊接方式提高三成的效率。對一些技術較發達的國家而言，他們在生產汽車臨檢的時候，通常都會選用激光焊接的方式，最常見的就是激光焊接和激光切割。將激光應用到車身面板的焊接過程中去，可以讓厚度不同的金屬板被焊接在一起，之后再對這些焊接板進行沖壓，這樣才能夠達到面板之間的完美結合。激光技術的應用范圍一定程度上取決于它的柔性，與鍛造零件相比，沖壓零件更適合激光技術的應用。激光焊接使得零件搭接的寬度保持在一個合理范圍內，提高了焊接的效率和質量，提升了零件的效能，從結構方面減少了車體的體積，僅僅是這一點就能夠將車身的重量減輕112斤。

不同的鋼板，還能大幅度地提升車身的剛度和強度、彈性和密封性，從而提高了整個車體性能。對于汽車的裝配來說“安全”是最重要的一點，即便是激光技術發展的再好，如果沒有把握利用激光技術裝配出安全性過關的汽車，那么也不能使用激光技術。但是目前國外已經有了焊接鋁合金的激光焊接技術，這是專門為了裝配鋁合金車身而研發出來的技術，能夠有效地保障汽車裝配的安全。

3、激光焊接技術應用前景分析

3.1激光-電弧復合焊接技術

激光焊接技術的一大優點是激光焊接技術的高能束特性，它使加工精度充分精確，大大提高了當前焊接技術的精度水平。激光焊接的固定特性和高能束特性為在現有技術的基礎上激光焊接技術的實際應用提供了現實的可能性，弧焊技術已經成熟并得到了廣泛的應用，其穩定性是毋庸置疑的。激光-電弧復合焊接技術結合了這兩種焊接方法的優點，能夠在特定的焊接過程中有效地提高焊接效率，在激光焊接過程中由于高能激光束產生的高溫對母體加熱非常迅速，在此過程中會產生一定量的等離子體氣體，對于激光焊接的進一步深度有影響，這是介紹電弧焊用于鎢極氬弧焊，對等離子氣體的有效處理，對激光焊接有促進作用。激光焊接在應用過程中對電弧焊接也有很大的促進作用，電弧焊的技術基礎是利用電能產生的熱量來實現焊接過程，用激光焊接的母材表面會很快熔化。在此過程中，會釋放大量的自由電子，從而降低焊接材料的電阻率，提高焊接質量效率。激光-電弧復合焊接技術是一種優勢互補的復合焊接技術，能夠促進激光焊接技術的廣泛應用。

3.2激光多焦點焊接技術

在具體的應用過程中的激光焊接技術，考慮到激光束對焊接材料與母材的溫度，我們具體的焊接工藝是高強度和穩定的激光手術。激光多焦點焊接技術是一種主要調整激光束的激光焊接技術，可以最大限度地發揮激光焊接技術的優勢。激光焊接技術是利用多聚焦激光束的特點，采用透鏡和反射鏡的特殊組合，有效地控制激光焊接過程中的多。重點對焊縫將形成一批重點，促進激光焊接過程的控制，避免激光焊接邊緣問題容易發生。

3.3激光填絲焊接技術

填絲激光焊接技術是激光焊接技術中常用的一種場景，充分利用激光焊接技術高精度的特點，通過充絲激光焊接工藝實現高精度焊接技術，激光補焊技術主要用于焊縫或小間隙的補焊，可通過高能激光束輻照焊接修復焊縫，然后輸入特定的修補焊接材料。在一些高精度焊接工藝中，激光填焊技術具有很大的應用場景。在激光填絲焊接過程中，應分析送絲速度。實驗結果表明，送絲速度對反射能量的影響較大。因此，在激光填絲焊接過程中，必須對送絲速度進行定性分析，選擇合適的速度才能完成焊接。

4、結束語

從上個世紀八十年代到現在，激光焊接技術已經伴隨汽車行業走過近40個年頭。隨著汽車輕量化設計水平的進一步提升，具有高強特征的先進、輕質材料以及薄壁、空心零部件將逐漸被廣泛應用于在未來的汽車裝配中，相應的對其連接技術也帶來了更大的挑戰和更高的要求。伴隨著一些新型優質激光焊接工藝的不斷興起，這些技術難題也將逐漸迎刃而解，可以預言激光焊接在未來的汽車裝配中將發揮不可替代的作用。

參考文獻：

[1]魏慶豐，陳媛媛，徐浩.激光焊接技術在汽車裝配中的應用[J].現代焊接，2016（08）：34-38.

[2]田文卿.激光焊接技術在汽車裝配中的應用價值[J].科技創新與應用，2016（05）：93.

（作者單位：保定長安客車制造有限公司）

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