汽車制造中激光焊接技術的有效應用

熊保勝

（三門峽職業技術學院， 河南 三門峽 472000）

引言

激光焊接技術具有焊接工藝效率高和柔性好的特點，在汽車制造過程中，可用于汽車車身的焊接和各類汽車零部件的焊接，降低汽車車身整體重量，提高車身裝配精度，滿足汽車制造輕量化和安全性能提高的需求，同時也能降低汽車制造中的裝配成本和沖壓成本，提高車身的一體化程度[1]。因此，如何積極有效應用激光焊接技術，已成為當前汽車制造企業需要考慮的問題，下面將對激光焊接技術的應用進行具體討論。

1 激光焊接技術的相關概述

1.1 激光焊接技術原理

激光焊接，其本質屬于熔融焊接技術，以激光束為主要能源，通過一定的沖擊力，完成焊件的焊接工作。其激光束的產生需要通過光學振蕩器來實現，大功率的激光束作用于金屬表面后，可以快速將金屬汽化，當熔融金屬液包裹汽化孔后，可以在應力反作用下和加熱冷卻的方法下，形成焊縫，最終完成對金屬的焊接工作。需要注意的是，激光束在不同功率下有著不同的密度，對焊縫的深淺度也有影響，隨著激光束密度的提高，會加大熔深程度，焊縫更深。反之，則會降低熔深程度，熔深更淺。

1.2 激光焊接技術的優缺點

激光焊接技術所具有的優勢，在當前的汽車制造中發揮著重要作用。主要表現在以下幾個方面：實際焊接受到的熱影響范圍小，變形量也較低。焊接的質量和精度較高，能在保證質量的前提下保證美觀度。具體焊接操作較為靈活，效率高，可以滿足企業需要。施工噪音小，且有著不俗的節能效果。適用于質地脆、強度高和熔點高的材料焊接。具體見表1。

表1 不同焊接技術得分對比

不過，激光焊接技術也有一定的缺陷，具體表現為：對焊接的位置要求高，需要注重焊接要求的范圍。不適用于厚度大的材料。當焊接材料有著高導熱性時，會影響焊接效果。能量轉換效率低，同時焊道的凝固時間較快，一定程度上制約了焊接效果。

2 激光焊接技術的實際應用

2.1 激光自熔焊接

在激光焊接技術中，激光自熔焊接指兩個或者多個焊接焊接部分，在融化和冷卻過程后凝聚成一個整體，完成有效焊接。在激光自熔焊接中不需要添加焊劑就可以完成焊接，能節省焊接成本。具體操作中，在激光束的作用下，使焊接部分的表面溫度在短時間內達到沸點，金屬汽化會生成一個孔洞，如下頁圖1 所示，在金屬蒸汽的反沖壓力跟液態金屬的表面張力、重力達到平衡狀態后，孔洞則不再加深，在深度穩定的小孔閉合后，就完成了激光深熔焊接。目前，在汽車制造中，激光自熔焊接的應用面較為廣泛，經常用在車身的拼焊、組焊和零部件的焊接中。目前，大眾品牌旗下的邁騰、途觀和速騰產品中，在側圍焊接中采用自熔焊接方式。在標志和雪鐵龍的部分車型中，車門的焊接也是采用激光自熔焊接的方式。另外，按照焊縫的類型分類，一般有單條直線焊縫、復數和非直線焊縫等多種類型，由于單條焊接縫的生產工藝簡單，目前已被廣泛應用[2]。

2.2 激光填絲焊接

在激光焊接技術中，激光填絲焊接的原理是在焊縫中添加特定的焊接材料，通過激光束融化填充的焊接材料，從而形成焊接接頭。激光填絲焊接與傳統的非填絲焊接方式相比，有著明顯的優勢，既可以擴大激光焊接的使用范圍，也能在較小的功率下完成對厚板的焊接，并且有著較高的焊接效果。需要注意的是，在激光填絲焊接的應用中，不僅要對焊絲進行融化，也要對母材進行融化，從而在母材上生產小孔使焊絲和母材進行充分相融，生成新的混合熔池。混合熔池和焊絲、母材有著明顯的區別，可以改善母材本身存在的一些性能缺點，在使用成分合理的焊絲作為填充材料后，保證焊縫具有較高的耐磨性和耐腐蝕性[3]。

2.3 激光電弧復合焊接

在激光焊接中，激光電弧復合焊接的原理是將激光熱源和電弧進行結合，在一個熔池上共同作用，進而實現焊接。焊接原理如圖2 所示，該焊接方式有著變形小、速度快和適應能力高的特點。目前，在奧迪A8 車型中，其側頂梁上的各種接頭就采用了激光電弧復合焊接工藝。

2.4 激光遠程焊接

在激光焊接技術中，激光遠程焊接可以在高速掃描振鏡頭的幫助下進行遠距離加工，對零件進行不同功率激光束的焊接。因其特有的技術優勢，目前被大量應用于奔馳的全景天窗和大眾、奧迪的側圍焊接中。

在當前應用激光遠程焊接于汽車制造中時，有著以下幾方面優勢：

1）有較強的定位精度，可以實現快速焊接，滿足汽車企業的制造需求。

2）可結合不同的結構強度進行焊接，實現不同焊縫形狀的需求。

激光遠程焊接對材料和設備方面的需求較高。在部件厚度較大時，無法降低焊縫深度，在焊縫處的剪切強度較低。

2.5 激光釬焊

在激光焊接技術中，激光釬焊技術有著造型美觀和密封性強、焊縫強度高的優點。具體原理是將激光束通過聚焦打在焊絲表面，在融化焊絲后填補于焊接的部位，以釬焊層完成焊接。此方法雖然與熔焊類似，但在實際操作中母材是不被熔化的。因此，需要釬料熔點低于母材，通過液態釬料實現有效的焊接。其原理如圖3 所示。目前激光釬焊被用于大眾、海馬、奇瑞和奧迪的行李箱蓋焊接，同時在凱迪拉克、保時捷、福特和大眾等品牌中的頂蓋和側圍連接上，也時常使用激光釬焊。在使用該技術時，需要注意焊接過程會受到很多因素的影響，尤其是工藝參數的影響。例如，焊接速度、激光功率和光斑直徑等方面，需要結合實際的焊接，對以上工藝參數進行調整和設計，以保證激光釬焊的有效性。

3 結語

針對汽車制造行業，不同的激光焊接技術有著不同的利用價值。汽車的不同部位選擇合理的焊接方式，有利于提高汽車制造的整體質量，并且在焊接成本、焊接效率上也滿足汽車企業的需求。為此，本文通過對激光焊接技術的原理和優缺點進行分析，探論了激光自熔焊接、激光填絲焊接、激光電弧復合焊接、激光遠程焊接和激光釬焊在汽車制造中的應用效果，為汽車制造提供焊接方面的經驗，提高汽車企業的焊接水平，促進汽車制造行業的健康持續發展。