激光焊接在汽车工业中的应用

作者:本网编辑 文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2014-12-01
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激光拼焊板已广泛应用于汽车制造业,采用激光拼焊板工艺不仅能够降低整车的制造成本、物流成本、整车重量、装配公差、油耗和废品率,而且可以减少外围加强件数量,简化装配步骤,同时使车辆的碰撞能力、冲压成型率和抗腐能力提高。此外,由于避免使用密封胶,也使其更具有环保性。

在汽车工业中,焊接是一个关键环节,采用恰当的焊接方式具有可以提高车身抗碰撞能力,降低车身重量、造车成本和油耗以及简化总装工序等优势。电阻栓焊是当今最普遍的焊接方式之一,但这种方式最终将被淘汰,而金属填充保护气焊也将失去其以往的重要性,与之相反,激光焊接成为热门话题。对于已被使用数年的传统焊接工艺来说,很难再对其工艺过程、焊接速度和质量进行改进;但对于激光拼焊来说,却有着极大的提升空间。

激光焊接最重要的优势在于能够将非常高的能量聚焦于一点,激光束打在两个要焊接部分的边缘,输入能量把金属加热并将其融化。在激光束作用以后,溶化的材料将迅速冷却。在这个过程中,有一小部分的数量将进入被焊接的零件中。在焊接减少热变形的同时,也减少了输入的热能量。减少因热量影响的变形,并增加对准确性的纠正,可以节省大量金钱和时间。然而,如何提高焊接速度和减少低能量输入是目前面临的挑战。在被供热的区域减少低能量输入虽有它的好处:珠光体、马氏体和奥氏体接缝结构的复杂钢型不会大范围改变结构,这一特点同样适用于其它钢,如被限定好碳沉淀的IF钢;但另一方面也存在一些不足,少量的能量会导致快速冷却,热能将被导入冷却部位。为减少接缝的硬化,小心调整焊接的速度参数、激光功率、冷却比率和焦点位置是非常重要的。而为防止金属进一步硬化,还需采用保护气体加以保护,如氩气和氦气等不会在材料中发生任何热反应的气体。激光光束的小光点尺寸引起的另一个问题是切边质量,如果在两个零件中间有要进行焊接的接缝,激光束要保证通过材料时不会与其相接触并将其融化。要避免这点,对零件精确性的要求非常高。目前,使用领域较普遍的是连接两个零件的长缝,这能够在越来越多的车身空白处发现。

未来激光焊接技术将会采用哪种方式?答案有两个:一种是演变, 改进现有技术。这意味着针对发展激光焊接将会有一种新的激光源——纤维激光,这是一种设有灵活的纤维谐振器的激光,输入能量比率远远高于输出能量,整个设备将比较紧凑。大功率纤维激光的另一个好处在于模件建造,许多功率大约为300~500W的纤维谐振器,如果发生技术漏洞,更换一个合适的模块非常容易。在这种情况下,由于激光工作的时间比较长,因此也不需要配备一个训练有素的技术员;另一种是在一些以电阻螺柱焊接为主的地区介绍的激光焊接方式——“交替龙门焊接”,当焊接时间超过50%的工作时间时,激光焊接装置更为节省。在应用方面, 现在正在应用电阻螺柱焊接,解决这个问题的办法是一种规定有两个焊接交替配置的激光。当一个配置的焊接正在运行时,另一个配置处处理头向下一个焊接位置移动,在这以后激光将转至另一个焊接配置,这项技术已由蒂森克虏伯引进。

然而,除此之外针对汽车制造商也将会出现完全新式的使世界焊接领域发生革命性变化的焊接技术,如摩擦焊接。它的优势是只需能够焊接两个零件必要的低能量输入即可,而热量变形较低。由于温度非常低, 因此,焊缝不会比材料坚硬。但也有不足之处:高强度压力和快速自转要求必须要很好地固定住金属零件。目前,只有几家公司采用这项技术来焊接铝。但无论从哪个角度来说,激光拼焊技术将会是未来车身焊接技术的发展方向!

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