汽車工業(yè)的焊接與激光焊接

轎車車身都采用金屬構(gòu)件和復(fù)蓋件的分塊組合。將各種預(yù)先制好的結(jié)構(gòu)件，例如風(fēng)窗立柱，門立柱、門上橫、前后冀子板、前后圍板、頂蓋等零部件通過焊接和鉚接的方式進行組合裝配。其中焊接是汽車裝配流水線上不可缺少的工序。 
車身焊接主要有電阻電焊、縫焊、二氧化碳焊等方式。電阻電焊通過施加在點焊電極上的電流將零件的接觸表面熔化，然后在壓力作用下連接在一起，主要用于車身構(gòu)件及車架的焊接。縫焊用滾輪電極代替電阻電焊的點焊電極，滾輪電極傳遞焊接電流和壓力，其轉(zhuǎn)動與零件的移動相互協(xié)調(diào)，產(chǎn)生連續(xù)的焊縫，主要用于密封性焊接或縫點焊工件，例如油箱。二氧化碳焊是一種電弧焊，即局部加熱來熔化和連接零件而不需要施壓的一種焊接方法，在電極與工件之間的電弧作為熱源，同時施加二氧化碳遮住電弧和熔化區(qū)，使之與大氣隔開，主要用于車身蒙皮的焊接。
根據(jù)不同的零件和要求，在汽車工業(yè)中采用了多樣化的焊接技術(shù)，應(yīng)用到的焊接技術(shù)還有閃光焊、電子束焊、電栓焊、脈沖焊、摩擦焊等等。近年，還出現(xiàn)了激光焊，并且發(fā)展得很快，我國生產(chǎn)的一些轎車車身焊接，也采用了激光焊接。
激光技術(shù)采用偏光鏡反射激光產(chǎn)生的光束使其集中在聚焦裝置中產(chǎn)生巨大能量的光束，如果焦點靠近工件，工仵就會在幾毫秒內(nèi)熔化和蒸發(fā)，這一效應(yīng)可用于焊接工藝。激光焊接設(shè)備的關(guān)鍵是大功率激光器，主要有兩大類，一類是固體激光器，又稱Nd:YAG激光器。Nd（釹）是一種稀土族元素，YAG代表釔鋁柘榴石，晶體結(jié)構(gòu)與紅寶石相似。Nd:YAG激光器波長為1.06μm，主要優(yōu)點是產(chǎn)生的光束可以通過光纖傳送，因此可以省去復(fù)雜的光束傳送系統(tǒng)，適用于柔性制造系統(tǒng)或遠程加工，通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車工業(yè)常用輸出功率為3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一類是氣體激光器，又稱CO2激光器，分子氣體作工作介質(zhì)，產(chǎn)生平均為10.6μm的紅外激光，可以連續(xù)工作并輸出很高的功率，標(biāo)準(zhǔn)激光功率在2-5千瓦之間。
激光焊接的特點是被焊接工件變形極小，幾乎沒有連接間隙，焊接深度/寬度比高，因此焊接質(zhì)量比傳統(tǒng)焊接方法高。但是，如向保證激光焊接的質(zhì)量，也就是激光焊接過程監(jiān)測與質(zhì)量控制是一個激光利用領(lǐng)域的重要內(nèi)容，包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器，通過電子計算機處理，針對不同焊接對象和要求，實現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫質(zhì)量監(jiān)測等項目，通過反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)自動化激光焊接。
在激光焊接中，光束焦點位置是最關(guān)鍵的控制工藝參數(shù)之一，在一定激光功率和焊接速度下，只有焦點處于最佳位置范圍內(nèi)才能獲得最大熔深和好的焊縫形狀。在實際激光焊接中，為了避免和減少影響焦點位置穩(wěn)定性的因素，需要專門的夾緊和設(shè)備技術(shù)，這種設(shè)備的精確程度與激光焊接的質(zhì)量高低是相輔相成的。
汽車工業(yè)中，激光技術(shù)主要用于車身拼焊、焊接和零件焊接。激光拼焊是在車身設(shè)計制造中，根據(jù)車身不同的設(shè)計和性能要求，選擇不同規(guī)格的鋼板，通過激光截剪和拼裝技術(shù)完成車身某一部位的制造，例如前檔風(fēng)玻璃框架、車門內(nèi)板、車身底板、中立柱等。激光拼焊具有減少零件和模具數(shù)量、減少點焊數(shù)目、優(yōu)化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好處，目前已經(jīng)被許多大汽車制造商和配件供應(yīng)商所采用。激光焊接主要用于車身框架結(jié)構(gòu)的焊接，例如頂蓋與側(cè)面車身的焊接，傳統(tǒng)焊接方法的電阻點焊已經(jīng)逐漸被激光焊接所代替。用激光焊接技術(shù)，工件連接之間的接合面寬度可以減少，既降低了板材使用量也提高了車體的剛度。激光焊接零部件，零件焊接部位幾乎沒有變形，焊接速度快，而且不需要焊后熱處理，目前激光焊接零部件已經(jīng)廣泛采用，常見于變速器齒輪、氣門挺桿、車門鉸鏈等。