激光焊接造就更完美的車身

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(jīng)過光學(xué)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(shù)。與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接生產(chǎn)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(chǎn)線和柔性化制造。其中，激光焊接在工程車輛制造領(lǐng)域中的成功應(yīng)用可大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，已經(jīng)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(zhì)量比傳統(tǒng)焊接方法好；其次是焊縫強度高，焊接速度快，焊

2、縫窄，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(shù)中，由于光纖傳輸技術(shù)的優(yōu)勢，激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用。 鑒于這些特點，在汽車工業(yè)，激光焊接通常被應(yīng)用于車身焊接的關(guān)鍵工位以及對工藝有特殊要求的部位，如：用于車頂與側(cè)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(yīng)用在車門總成的激光拼焊可有效提高焊接質(zhì)量和效率。 激光焊接在白車身制造中的應(yīng)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

3、分別進行簡單介紹。 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(yīng)新的車身結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)，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(chǎn)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(jīng)在眾多車型上采用了激光技術(shù)來焊接車頂和側(cè)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(yīng)用了激光焊接工藝。圖1是上海通用新君威的車頂與側(cè)圍焊接裝置，采用了4kW泵浦激光器，同時，

4、焊縫識別、跟蹤系統(tǒng)以及焊縫質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)等都集成于激光焊接頭上。焊接新君威車頂只需十幾秒，與傳統(tǒng)點焊相比，焊接質(zhì)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(cè)圍激光焊接頭設(shè)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(shè)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(nèi)即可，不需要專門的焊縫跟蹤系統(tǒng)，但缺點是當(dāng)焊接鍍鋅板時，

5、被激光氣化的鋅蒸汽無法溢出，會導(dǎo)致焊縫可能出現(xiàn)氣孔等缺陷。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(shè)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shè)備投資成本較高，如兩臺4kW ND:YAG泵浦激光器加上

6、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(shè)備的投資。 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(yīng)用效果。 汽車生產(chǎn)廠家通常采用的激光釬焊釬料是CuSi3，熔點950左右，遠低于鋼的熔點（約1500），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(yīng)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

7、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(cè)圍外板、后蓋焊接上得到廣泛應(yīng)用。激光釬焊在焊接車頂與側(cè)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(cè)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(zhì)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(jīng)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(diào)查，業(yè)界已安裝的遠程激光焊接設(shè)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，

8、鏡頭由機器人驅(qū)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(shù)發(fā)揮了單側(cè)、非接觸式激光焊接帶來的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，并將其與高速掃描鏡片帶來的優(yōu)勢相結(jié)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(chǎn)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(fù)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(fù)定位時間僅為0.2s。由此可見，遠程激光焊接的關(guān)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(shù)的發(fā)展而努力，他們曾和Rofin Sinar等

9、公司合作，采用一臺基于 CO2激光器的遠程焊接設(shè)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(yīng)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(yīng)用中，重復(fù)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(chǎn)部件，焊接93條右側(cè)及左側(cè)激光焊縫，而以前則需要電阻點焊130個右側(cè)和左側(cè)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(jīng)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(shè)計和制作夾具非常復(fù)雜。 小結(jié) 目前普通激光焊接和激光釬焊技術(shù)已比較成熟，被普遍