激光焊接造就更完美的車身講解

1、激光焊接造就更完美的車身作者：上海通用汽車有限公司 孫志成激光加工是利用高輻射強度的激光束，經過光學系統(tǒng)聚焦（功率密度可達1041011W/cm2 ），對工件加工部位施加高溫進行熱加工的技術。與傳統(tǒng)的 焊接方法相比，激光焊接生產效率高和易實現(xiàn)自動控制的特點使其非常適于大規(guī)模生產線 和柔性化制造。其中，激光焊接在工程車輛制造領域中的成功應用可大大提高生產效率和 產品質量，已經凸顯出激光焊接的巨大優(yōu)勢。激光焊接的優(yōu)點首先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，在高功率器件焊接時，深寬比可達5:1，最高時可達10:1，焊接質量比傳統(tǒng)焊接方法好；其次是焊縫強度高，焊接速度快，焊縫窄

2、，且通常表面狀態(tài)好，免去了焊后清理等工作，外 觀比傳統(tǒng)焊接要美觀；另外，激光焊接可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠程焊接，具 有很大的靈活性，尤其是近幾年來，在光纖激光加工技術中，由于光纖傳輸技術的優(yōu)勢， 激光焊接技術獲得了更為廣泛的推廣和應用。鑒于這些特點，在汽車工業(yè)，激光焊接通常被應用于車身焊接的關鍵工位以及對工藝有特 殊要求的部位，如：用于車頂與側圍外板焊接能解決焊接強度、效率、外觀及密封性的問 題；用于后蓋焊接可解決直角搭接問題；應用在車門總成的激光拼焊可有效提高焊接質量 和效率。激光焊接在白車身制造中的應用主要由普通激光焊接、激光釬焊、激光遠程焊接等，現(xiàn)就 這些焊接工藝分別進行簡單介

3、紹。激光焊接普通激光焊接工藝主要被用于車頂焊接，可以降噪和適應新的車身結構設計。歐洲各大汽車廠的激光器絕大多數(shù)被用于車頂焊接。目前，德國大眾已在Audi A6、Audi A4、Golf和Passat等車頂采用了此項技術，寶馬的 5系、歐寶的Vectra車型以及瑞典沃爾沃的一些 車型生產中，對激光焊接更是趨之若鶩。圖1車頂激光焊接裝置及車身外觀在我國，上海大眾已經在眾多車型上采用了激光技術來焊接車頂和側圍外板，如帕薩特、途安等；上海通用的新君威、君越平臺上也應用了激光焊接工藝。圖1是上海通用新君威的車頂與側圍焊接裝置，采用了4kW泵浦激光器，同時，焊縫識別、跟蹤系統(tǒng)以及焊縫質量實時監(jiān)測系統(tǒng)等都集

4、成于激光焊接頭上。焊接新君威車頂只需十幾秒，與傳統(tǒng)點焊相比,焊接質量和效率都大大提高，焊接完畢后，無需增加車頂飾條，提高了整車的美觀度。圖2車頂側圍激光焊接頭設計與傳統(tǒng)電阻點焊接頭相比，采用激光焊接方式可大幅降低接頭凹槽寬度（由20mm降低到10mm左右），從而可以減少車重。在設計連接方式時，可采用重疊方式（overlap joint ）和搭接方式（fillet joint ）兩種。從圖2可以看出，二者所焊接的位置有所差別。重疊方式 對激光焦點的定位要求較低，只需聚焦在板材重疊范圍內即可，不需要專門的焊縫跟蹤系 統(tǒng)，但缺點是當焊接鍍鋅板時，被激光氣化的鋅蒸汽無法溢出，會導致焊縫可能出現(xiàn)氣孔 等

5、缺陷。搭接方式對激光焦點的定位要求較高，需聚焦在搭接縫上，故需要專門的焊縫跟 蹤系統(tǒng)，增加了設備成本，但它可以避免焊接鍍鋅板時的焊縫氣孔等缺陷問題，鋅蒸汽可 從搭接頭邊緣縫隙中排出。圖3為兩種不同方式下焊接鍍鋅板的質量對比（4.4kW，0.8mm熱鍍鋅板）。圖3不同搭接方式鍍鋅板激光焊接質量對比使用激光焊接的優(yōu)點很明顯，焊接速度快（以56m/min的焊接速度，焊接1.5m車頂只需十幾秒）、焊縫質量好、連接強度高（激光焊縫強度是常規(guī)電阻點焊的1.5倍）且具有較高的密封性；缺點是設備投資成本較高，如兩臺4kW ND:YAG 泵浦激光器加上附屬焊接系統(tǒng)的成本約為250萬美元，遠遠高于電阻點焊設備的投

6、資。激光釬焊激光釬焊與傳統(tǒng)的 MIG釬焊類似，其區(qū)別在于它采用激光源來熔化焊絲，填充焊縫，以形成焊接接頭。圖4所示為激光釬焊的工藝及應用效果。汽車生產廠家通常采用的激光釬焊釬料是CuSi3，熔點950 C左右，遠低于鋼的熔點（約1500 C）,故激光釬焊所需的激光器功率較低（約為普通激光焊接的一半），能夠大大節(jié) 省昂貴激光器的投資成本。CuSi3浸潤后強度可達 350MPa左右，高于普通低碳鋼，故激光釬焊能夠達到很高的強度。圖4激光釬焊工藝及應用激光釬焊過程中，釬料被填入到接頭縫隙中，無需在焊后涂膠及添加飾條，能夠節(jié)省大量 工藝成本。目前激光釬焊已在車頂與側圍外板、后蓋焊接上得到廣泛應用。激光

7、釬焊在焊 接車頂與側圍外板時的缺點是，它對 .夾具定位的要求較高，每種車型均需要專門的夾具來 對車頂側圍進行夾持（見圖 5），以保證焊縫的精度，獲得穩(wěn)定的焊接質量，因此，激光 釬焊夾具的柔性較差。圖5激光釬焊的夾具遠程激光焊接遠程激光焊接（見圖 6）已經正在成為可替代傳統(tǒng)汽車白車身電阻點焊的一種新手段。根 據(jù)行業(yè)調查，業(yè)界已安裝的遠程激光焊接設備超過60套，主要集中在歐洲和北美地區(qū)。圖6遠程激光焊接系統(tǒng)遠程激光焊接為非接觸式焊接，采用專門的鏡頭將激光聚焦在12m遠的焊接工件上，鏡頭由機器人驅動，通過機器人移動和激光聚焦點的變化，靈活地實現(xiàn)各個部位的焊接。激 光遠程焊接技術發(fā)揮了單側、非接觸式激

8、光焊接帶來的技術和經濟優(yōu)勢，并將其與高速掃 描鏡片帶來的優(yōu)勢相結合，大大縮短了焊接時間，在整個焊接工藝流程中提高了總生產效 率。對于傳統(tǒng)激光/機器人焊接，20mm的縫焊需0.20.4s完成，重復定位時間約 3s，而對于 遠程激光焊接來說，焊接時間相同，重復定位時間僅為0.2s。由此可見，遠程激光焊接的關鍵優(yōu)勢在于定位時間大大縮短，這是由于它裝備了高速的光束掃描裝置。Comau Pico公司很早就曾為推動遠程激光焊接技術的發(fā)展而努力，他們曾和Rofin Sinar等公司合作，采用一臺基于CO2激光器的遠程焊接設備，利用掃描鏡片以高速反射光束，焊接車身件的多個焊接位置。在Fiat Marea車型的

9、一個典型部件上，遠程CO2激光焊接也被用來替代電阻點焊，以消除在車后部尾門上采用膠粘劑帶來的成本。在這一應用中，總的激光縫焊時間是5s。在對該車型門框的焊接上，43條激光焊縫僅需30s就能完成，替代了傳統(tǒng)的電阻點焊。在這項 應用中，重復定位時間的降幅高達94%。Renault公司采用一套 Agilaser焊接C85的前門部件，替代了原先使用的需要12臺機器人電阻焊的系統(tǒng)。原系統(tǒng)需要占地 1050m2 ，而采用5機器人工作站的 Agilaser僅占地 808m2。兩臺Agilasers以66s的周期生產部件，焊接93條右側及左側激光焊縫， 而以前則需要電 阻點焊130個右側和左側焊點。在 Renault公司，一臺Agilaser在C65車型的前門焊接 38條激光焊縫，僅用兩套夾具。激光遠程焊接的優(yōu)點在于更經濟、占用空間更少，相比要使用68套夾具的電阻點焊來說，遠程焊接的僅需一套夾具。另一方面，遠程激光焊接的缺點在于其對工件匹配要求很高， 這使得設計和制作夾具非常復雜。小結 目前普通激光焊接和激光釬焊技術已比較成熟，被普遍用在