在高質(zhì)高效、自動(dòng)化、柔性化、智能化的制造業(yè)趨勢(shì)下，激光焊接技術(shù)在汽車車身制造領(lǐng)域得到的應(yīng)用也越來越多。本文主要介紹了汽車工業(yè)中比較常用的激光焊接技術(shù)，并舉例介紹了激光焊接技術(shù)在江淮汽車的實(shí)際應(yīng)用。

激光焊接技術(shù)作為一項(xiàng)激光加工技術(shù)，早在1964年就應(yīng)用在薄小零件的焊接中。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展及人們需求的不斷提高，為滿足安全、環(huán)保和節(jié)能等要求，并實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動(dòng)化、柔性化與智能化發(fā)展，從20世紀(jì)80年代開始，激光焊接技術(shù)開始應(yīng)用于汽車車身制造領(lǐng)域。

激光焊接技術(shù)的分類

1.激光釬焊

激光釬焊即以激光作熱源，利用熔點(diǎn)比母材低的材料作填充金屬(稱為釬料)，經(jīng)加熱熔化后，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法，其原理如圖1所示。激光釬焊工藝應(yīng)用于焊接，不僅使產(chǎn)品更加美觀，提高了密封性，而且顯著提高了焊接區(qū)域的強(qiáng)度，提升了整車的安全性能。

激光釬焊為目前汽車車身焊接應(yīng)用廣泛的焊接工藝，它的主要優(yōu)勢(shì)在于能生成光滑的表面，同時(shí)可避免熔化鋅鍍層。其在車身上多用于以下部位：左右側(cè)圍與頂蓋接合處(取消車頂橡膠密封條，美觀且降低成本);后備箱外板上下兩部分的結(jié)合;C柱上下兩段的結(jié)合。

2.激光熔化焊

激光熔化焊是利用激光為熱源，在兩板件角接處，各熔化兩板件部分母材(同時(shí)熔化附近焊絲填充兩板件角接處)，使其形成液體金屬，待其冷卻后，形成可靠連接的一種焊接方法，其工藝原理如圖2所示。

激光熔化焊具體可分為激光熔透焊、激光熔焊(不填絲)和激光熔化填絲焊等，多用于汽車頂蓋與地板等處的焊接。

3.激光遠(yuǎn)程焊接

激光遠(yuǎn)程焊接是在機(jī)器人的第六軸上安裝一個(gè)振鏡掃描頭，僅通過鏡片擺動(dòng)反射，實(shí)現(xiàn)激光軌跡運(yùn)動(dòng)，而無需機(jī)器手臂跟隨運(yùn)動(dòng)。激光遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)高度柔性化，效率更高，一套系統(tǒng)可取代6～9套普通機(jī)器人點(diǎn)焊。激光頭與工件距離超過500mm，可延長鏡頭保護(hù)玻璃的使用壽命。

與傳統(tǒng)的焊接工業(yè)相比，激光遠(yuǎn)程焊接最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提高生產(chǎn)率，掃描頭的快速鏡片運(yùn)動(dòng)使得用于定位機(jī)械手的時(shí)間大大減少，進(jìn)而大幅度縮短了制造時(shí)間，與電阻點(diǎn)焊平均0.5個(gè)焊點(diǎn)/s的速度相比，激光遠(yuǎn)程焊接的速度為3～4個(gè)焊點(diǎn)/s，使激光束得到了充分利用。通過大批量生產(chǎn)測(cè)試，激光遠(yuǎn)程焊接同傳統(tǒng)的電阻焊接相比，時(shí)間縮短了80%。

掃描式鏡頭高靈活性的另一個(gè)重要體現(xiàn)是焊接形狀的多樣性，如果焊縫為C字形，跟線性的焊縫相比，它的焊接速度明顯增加。激光遠(yuǎn)程焊接多用于汽車白車身分總成上，圖3為激光遠(yuǎn)程焊接的部分實(shí)物。

4.激光復(fù)合焊

激光復(fù)合焊接主要指激光與MIG電弧復(fù)合焊接。在這種工藝中，激光和電弧相互作用、取長補(bǔ)短，其工藝原理如圖4所示。

激光復(fù)合焊比激光焊更加經(jīng)濟(jì)。激光-MIG焊采用激光束和電弧共同工作，焊接速度高、焊接過程穩(wěn)定且熱效率高，同時(shí)允許更大的焊接裝配間隙。激光-MIG復(fù)合焊的熔池比MIG焊的要小，熱輸入低、熱影響區(qū)小且工件變形小，大大減少了焊后糾正焊接變形的工作。激光復(fù)合焊結(jié)合效果如圖5所示。

激光焊接的優(yōu)勢(shì)及不足

1.激光焊接的優(yōu)勢(shì)

(1)激光束的激光焦點(diǎn)光斑小，功率密度高，可焊接一些高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的合金材料。

(2)焊縫強(qiáng)度高，焊接速度快，焊縫窄且表面狀態(tài)好，免去焊后清理等工作。

(3)熱量輸入小，熱影響區(qū)小，工件收縮和變形小，無需焊后矯形。

(4)搭接邊較傳統(tǒng)點(diǎn)焊縮短，有利于車身輕量化及降低成本。

(5)可通過光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、普通方法難以達(dá)到的部位多路同時(shí)或分時(shí)焊接。

(6)生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良好。

2.激光焊接的不足

(1)激光焊接由于激光聚焦光斑尺寸小、焊縫窄，對(duì)工件裝配精度要求高。焊件位置必須非常精確，要求光束在工件上的位置不能有明顯偏移，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。若工件裝配精度或光束定位精度達(dá)不到要求，很容易造成焊接缺陷。激光焊接對(duì)焊縫形狀的要求如圖6所示。

(2)激光填絲焊工藝控制比較困難。激光填絲焊屬于熔焊，聚焦光斑分別照射到工件和焊絲上。熔池較小，要使不斷送進(jìn)的焊絲均勻熔化，光絲相對(duì)位置的準(zhǔn)確控制非常重要。

(3)焊道凝固較為快速，可能存在氣孔及脆化的缺陷。

(4)由于飛濺大，穿透焊的焊縫相對(duì)于釬焊更粗糙，但是強(qiáng)度比普通點(diǎn)焊要強(qiáng)得多。

(5)與其他焊接方法相比，激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高，前期一次性投資較大。

由于以上的情況對(duì)整車廠的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)實(shí)力提出了較高要求，制約了激光焊接技術(shù)在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用。目前它在我國白車身制造中的應(yīng)用相對(duì)來說還比較有限，不過也有不少廠家已經(jīng)有比較好的應(yīng)用效果。

結(jié)語

根據(jù)激光焊接技術(shù)在汽車廠的實(shí)際應(yīng)用效果，可以看出，采用激光焊接不僅能降低車身重量、提高車身的裝配精度，同時(shí)還能大大加強(qiáng)車身的強(qiáng)度，在用戶享受舒適的同時(shí)，為其提供更好的安全保障。相信隨著激光焊接技術(shù)難題的不斷突破和制造工藝的不斷提高，激光焊接必將成為未來汽車白車身制造工藝中的重要組成部分。