激光焊接技术在一汽大众迈腾车身制造中的应用.docVIP

摘要：激光熔焊和激光复合焊接技术的发展以及大功率激光器的出现，使得激光焊接技术进入了长期以来一直被传统焊接技术所垄断的汽车车身制造领域，使其在汽车车身的制造过程中得到了极为广泛的应用。激光熔焊及激光复合焊接技术以其较高的焊接速度、连接质量和高速焊接时电弧的稳定性，大大提高了激光焊接技术在车身制造领域的应用。 大众迈腾车身激光焊缝总长度达42m，激光焊接使车身的前撞、后撞、侧撞都能做到吸收能量。高强钢的激光焊接工艺，使车身受撞击时的能量承载到超高强度热成形钢板上，使车身强度得到大幅度提高。 6 I s; k0 h+ L+ Y1. 概述 从20世纪80年代开始，激光焊接技术开始运用于汽车车身制造领域，主要是应用于激光焊接车身。激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，使工件在瞬间熔化，从而实现焊接过程。激光焊接设备使用的激光器主要有两大类：一类是固体激光器，又称Nd∶YAG激光器，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送。汽车工业常用输出功率为3～4kW的Nd∶YAG激光器；另一类是CO2激光器，分子气体作工作介质，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2～5kW之间。  b??e0 u+ l+ m目前，车身焊接主要有电阻点焊、MIG和MAG焊等方式。汽车制造过程中，激光技术主要用于车身不等厚板的拼焊和车身焊接。激光焊接主要用于车身框架结构的焊接，例如顶盖与侧围的焊接，在一汽大众，传统的电阻点焊已经逐渐被激光焊接所代替。激光焊接运用于汽车，可以降低车身重量并达到省油的目的；提高车身的装配精度，使车身的刚度提升30%从而提高了车身的安全性；降低汽车车身制造过程中的冲压和装配成本，减少车身零件的数目并提高车身一体化程度。 $ U: M9 ?2 h- H% l# {) y c! M??I ^8 i??p! E$ b( x在开发激光焊接新技术方面，激光技术在车身制造过程中的发展经历了不等厚钢板激光拼接技术、车身激光焊接技术和激光复合焊接技术的发展历程。与单一的激光熔焊技术相比，激光复合焊接技术具有显著的优点：高速焊接时电弧较高的稳定性、更大的熔深，较大缝隙的焊连能力、焊缝的韧性更好，通过焊丝可以影响焊缝组织结构，以及无焊缝背面下垂现象等。 I. X# h W- @9 {4 @! k: P6 U. S, G l: z. ^. v1 _目前一汽大众公司在Audi C6、Golf A6、宝来、速腾、迈腾、Model X等几乎所有品牌的车型制造过程中，均不同程度地采用激光切割、激光熔化焊接和激光复合焊接等先进的制造技术（见下表）。1 @3 e3 ? i: O / d) @% \. u# C; E9 D+ n v2. 激光焊原理 ) ]; Z U0 t, f/ |1 g) V激光焊采用激光作为焊接热源，机器人作为运动系统。激光热源的优势在于，它有着极高的加热能力，能把大量的能量集中在很小的焊接点上，所以具有能量密度高、加热集中、焊接速度快和焊接变形小等特点，可实现薄板的快速连接。 + x- O, F: G5 D* e0 |0 M: X9 _当激光光斑上的功率密度足够大时(106W/cm2)，金属在激光的照射下迅速加热，其表面温度在极短的时间内升高至沸点，金属发生气化。金属蒸汽以一定的速度离开金属熔池的表面，产生一个附加应力反作用于熔化的金属，使其向下凹陷，在激光斑下产生一个小凸坑。随着加热过程的进行，激光可以直接射入坑底，形成一个细长的“小孔”。当金属蒸汽的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不再继续深入。光斑功率密度很大时，所产生的小孔将不再继续深入。光斑密度很大时，所产生的小孔将贯穿于整个板厚，形成深穿透焊缝。小孔随着光束相对于工件而沿着焊接方向前进。金属在小孔前方熔化，绕过小孔流向后方，重新凝固形成焊缝（见图1）。8 M7 l; y H: f0 B/ r, n + S2 p0 O; m# h6 W??u; h??o- d# ^. b j7 r. J) y（1）激光器 用于激光焊接的激光器主要有CO2气体激光器和YAG固体激光器两种。激光器最重要的性能是输出功率和光束质量。从这两方向考虑，CO2激光器比YAG激光器具有更大优势，是目前深熔焊接主要采用的激光器。一汽大众在汽车制造过程中应用的大多数光源功率在4000W左右。 （2）光导和聚焦系统 光导聚焦系统由圆偏振镜、扩束镜、反射镜或光纤及聚焦镜等组成，实现改变光束偏振状态、方向、传输光束和聚焦的功能。这些光学零件的状况对激光焊接质量有极其重要的影响。在大功率激光作用下，光学部件，尤其是透镜性能会劣化，使透过率下降，产生热透镜效应，同时表面污染也会增加传输损耗。 $ W8 V??T1 a9 U9 `2