探討激光拼焊技術(shù)在汽車車身焊接中的應(yīng)用研究

摘要：激光拼焊接技術(shù)在減少汽車構(gòu)件重量的同時，還很好的提高了汽車的安全性和穩(wěn)定性，且實現(xiàn)了生產(chǎn)材料的充分利用和材料之間的完美結(jié)合，激光拼焊接技術(shù)不僅符合節(jié)能減排的時代要求，而且降低了汽車工業(yè)的生產(chǎn)成本，保證了汽車工業(yè)的高效、高質(zhì)的發(fā)展，因此，激光拼焊接技術(shù)在汽車工業(yè)上的應(yīng)用前景將是十分廣闊的。本文從激光拼焊接技術(shù)的含義入手，對激光拼焊技術(shù)在汽車車身焊接中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，希望能為相關(guān)的工作人員提供一定的參考。

1 激光拼焊接技術(shù)的含義

激光拼焊接技術(shù)是汽車工業(yè)的所有焊機技術(shù)中最具發(fā)展?jié)摿Φ暮附蛹夹g(shù)，同時也是較為新穎的焊接技術(shù)，最初是來自人們對激光拼焊接板產(chǎn)品的開發(fā)，發(fā)展至今主要包括激光拼焊板和激光拼焊管，其中又以激光拼焊板的應(yīng)用最為廣泛，采用激光拼焊的方式不僅可以有效減少汽車的零部件數(shù)量、構(gòu)件重量，還能顯著提高汽車的結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及汽車整體的穩(wěn)定性，使材料得到充分利用，實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的高效、高質(zhì)的發(fā)展，保持汽車產(chǎn)業(yè)的生命力以及活力。

2 激光拼焊接技術(shù)的工作原理

2.1 激光拼焊接方式

激光拼焊接技術(shù)不僅用于直線焊縫的生產(chǎn)，同時也能對“人”字形、“丁”字形等折線焊縫進(jìn)行生產(chǎn)，激光焊接技術(shù)可以忽略材質(zhì)、厚度、形狀不同等因素的影響，完美的實現(xiàn)構(gòu)建之間的焊接，激光焊接方式包括基本的“兩張焊接”、“兩張兩列焊接”、“兩張三列焊接”，甚至“三張兩列焊接”、“三張三列焊接”等。

2.2 激光拼焊接系統(tǒng)

激光拼焊接單元、焊縫跟蹤單元、質(zhì)量檢測單元、吸煙除塵單元等構(gòu)成了激光拼焊接系統(tǒng)，其中激光拼焊接單元是整個激光拼焊接加工過程中的核心部分，負(fù)責(zé)利用激光焊接頭來完成焊縫的焊接、焊縫位置的及時調(diào)整、焊縫的焊后質(zhì)量檢測等，激光焊接頭是激光頭組件的一部分，完整的激光焊接頭還包括焊縫的跟蹤攝像頭、焊縫的質(zhì)量檢測攝像頭，是激光焊接過程中核心零部件。其他各相關(guān)功能單位的支撐件和載體是工作臺框架，工作臺框架的三個基準(zhǔn)面分別用于激光焊接單元的安裝、定位夾緊系統(tǒng)、排煙單元、背部檢測以及背部排渣等，科學(xué)完整激光拼焊接系統(tǒng)是激光拼焊接技術(shù)在汽車工業(yè)上充分發(fā)揮作用的保證。

2.3 激光拼焊接質(zhì)量

激光拼焊接的質(zhì)量直接決定著最后汽車質(zhì)量和汽車生產(chǎn)線的質(zhì)量，同時也是檢測激光拼焊接技術(shù)有效性的重要指標(biāo)。在實際的生產(chǎn)過程中，由于焊接參數(shù)要根據(jù)不同的情況做出不同程度的調(diào)整，因此激光拼焊接的質(zhì)量受到多種因素的影響包括光束的離焦量、偏離量以及焊接線的能量，當(dāng)焊接線的能量過大時，會導(dǎo)致過熱區(qū)的晶粒尺寸粗大，致使接頭的韌性降低；當(dāng)焊接線的能量過小時，接頭的硬度和強度雖然得到提高，但同時接頭的韌性也會降低。選擇合適的焊接工藝參數(shù)，保持合適的焊接線能量進(jìn)行焊接，可以有效保證焊接接頭具有良好的性能。

2.4 追蹤與檢測系統(tǒng)追蹤與檢測系統(tǒng)是一個集成的系統(tǒng)，焊接跟蹤的組件包括激光視覺傳感器、跟蹤控制器、執(zhí)行機構(gòu)，其中激光視覺傳感器位于激光焊接頭的兩端，主要用于對焊接過程進(jìn)行實時的感應(yīng)和監(jiān)控，并將追蹤到的結(jié)果用圖像的形式表現(xiàn)出來，再結(jié)合質(zhì)量檢測組件，對追蹤結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析和檢測，從而及時的發(fā)現(xiàn)并焊接過程中的缺陷和異常。

3 激光拼焊技術(shù)在汽車車身焊接中的應(yīng)用

3.1 設(shè)計拼焊板

根據(jù)車身不同部位的性能要求,設(shè)計車身部件或拼板,以使車身各個主要截面區(qū)保持均衡的強度,合理地使用薄板材料的物理一化學(xué)性能,使焊縫位置適當(dāng),并使它在沖壓時受到的拉力最小,力求最經(jīng)濟(jì)裁料,以提高金屬材料的總使用率,減少材料浪費。此外,對拼板對接精度要特別關(guān)注,同時不要使焊縫位于沖壓時受到拉力最大的地方。

3.2 選擇拼板材料

一般來說,對于焊接之后還進(jìn)行深拉的 0.65-2.5mm 厚的板材,要選擇“較軟”的冷軋低碳鋼。但實際上選擇塑性及焊接性能較好的高強度薄鋼板(屈服點為 210-800MaP)不少見。對于使用環(huán)境較為潮濕的結(jié)構(gòu)件,應(yīng)選擇雙面鍍鋅高強度鋼板。

3.3 裁剪板件

把金屬板材或者金屬帶材裁剪成預(yù)定尺寸及形狀的板件。這項工作主要是在沖壓機上或沖剪機上完成的(也有采用激光、液壓砂輪切割的),從而保證了必要裁剪精度及良好的切邊質(zhì)量,而這些對于下一步激光拼焊尤為重要(實現(xiàn)無縫隙對接)。

3.4 激光拼焊

在激光拼焊時,既要保證良好的經(jīng)濟(jì)性,還要保證整個焊縫均衡,焊縫寬度等于原始材料的厚度,并具有較好塑性,即沖壓形變能力和焊縫強度不低于被焊接材料中“較軟”材料的強度。

3.5 沖壓拼焊板制成汽車車身成品件

根據(jù)拼焊板的不同厚度、各金屬部件的機械性能、焊縫性能以及沖壓時的焊區(qū)變化,對拉深模結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化。應(yīng)當(dāng)指出,拼焊板在沖壓拉深時,在較薄的金屬板材上或沿焊縫周圍,會出現(xiàn)裂紋或發(fā)生斷裂,但在寬度更窄的激光焊縫上,也有可能會出現(xiàn)橫向裂紋。因此,建議在設(shè)計模具時,應(yīng)盡量使焊區(qū)與陰模邊沿垂直或者保持較大角度。

4 結(jié)束語

總的來說，汽車的發(fā)展趨勢就是汽車工業(yè)的節(jié)能、減重、減排及提高汽車被動安全性，其中激光拼焊板得到了大量應(yīng)用。在車身結(jié)構(gòu)件上使用激光拼焊板，能夠有效的減輕車身質(zhì)量，提高汽車的安全性能。在沖壓過程中,材料能得到合理利用，降低了廢品率，降低了制造成本。因此激光拼焊板的大量運用是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。