激光焊接技術(shù)在一汽大眾邁騰車身制造中的應(yīng)用

1、激光焊接技術(shù)在一汽大眾邁騰車身制造中的應(yīng)用激光熔焊和激光復(fù)合焊接技術(shù)的發(fā)展以及大功率激光器的出現(xiàn)，使得激光焊接技術(shù)進入了長期以來一直被傳統(tǒng)焊接技術(shù)所壟斷的汽車車身制造領(lǐng)域，使其在汽車車身的制造過程中得到了極為廣泛的應(yīng)用。      激光熔焊及激光復(fù)合焊接技術(shù)以其較高的焊接速度、連接質(zhì)量和高速焊接時電弧的穩(wěn)定性，大大提高了激光焊接技術(shù)在車身制造領(lǐng)域的應(yīng)用。    大眾邁騰車身激光焊縫總長度達42m，激光焊接使車身的前撞、后撞、側(cè)撞都能做到吸收能量。高強鋼的激光焊接工藝，使車身受撞擊時的能量承載到超高強度熱成形鋼板上，

2、使車身強度得到大幅度提高。    1. 概述    從20世紀(jì)80年代開始，激光焊接技術(shù)開始運用于汽車車身制造領(lǐng)域，主要是應(yīng)用于激光焊接車身。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，使工件在瞬間熔化，從而實現(xiàn)焊接過程。激光焊接設(shè)備使用的激光器主要有兩大類：一類是固體激光器，又稱NdYAG激光器，主要優(yōu)點是產(chǎn)生的光束可以通過光纖傳送。汽車工業(yè)常用輸出功率為34kW的NdYAG激光器；另一類是CO2激光器，分子氣體作工作介質(zhì)，可以連續(xù)工作并輸出很高的功率，標(biāo)準(zhǔn)激光功率在25kW之間。 

3、0;  目前，車身焊接主要有電阻點焊、MIG和MAG焊等方式。汽車制造過程中，激光技術(shù)主要用于車身不等厚板的拼焊和車身焊接。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)圍的焊接，在一汽大眾，傳統(tǒng)的電阻點焊已經(jīng)逐漸被激光焊接所代替。激光焊接運用于汽車，可以降低車身重量并達到省油的目的；提高車身的裝配精度，使車身的剛度提升30%從而提高了車身的安全性；降低汽車車身制造過程中的沖壓和裝配成本，減少車身零件的數(shù)目并提高車身一體化程度。    在開發(fā)激光焊接新技術(shù)方面，激光技術(shù)在車身制造過程中的發(fā)展經(jīng)歷了不等厚鋼板激光拼接技術(shù)、車身激光焊接技術(shù)和激光復(fù)合焊接技

4、術(shù)的發(fā)展歷程。與單一的激光熔焊技術(shù)相比，激光復(fù)合焊接技術(shù)具有顯著的優(yōu)點：高速焊接時電弧較高的穩(wěn)定性、更大的熔深，較大縫隙的焊連能力、焊縫的韌性更好，通過焊絲可以影響焊縫組織結(jié)構(gòu)，以及無焊縫背面下垂現(xiàn)象等。深圳市星鴻藝激光科技有限公司 專業(yè)生產(chǎn)激光打標(biāo)機，激光焊接機,深圳激光打標(biāo)機,東莞激光打標(biāo)機    目前一汽大眾公司在Audi C6、Golf A6、寶來、速騰、邁騰、Model X等幾乎所有品牌的車型制造過程中，均不同程度地采用激光切割、激光熔化焊接和激光復(fù)合焊接等先進的制造技術(shù)（見下表）。    2. 激光焊原理 

5、60;  激光焊采用激光作為焊接熱源，機器人作為運動系統(tǒng)。激光熱源的優(yōu)勢在于，它有著極高的加熱能力，能把大量的能量集中在很小的焊接點上，所以具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快和焊接變形小等特點，可實現(xiàn)薄板的快速連接。    當(dāng)激光光斑上的功率密度足夠大時(>106W/cm2)，金屬在激光的照射下迅速加熱，其表面溫度在極短的時間內(nèi)升高至沸點，金屬發(fā)生氣化。金屬蒸汽以一定的速度離開金屬熔池的表面，產(chǎn)生一個附加應(yīng)力反作用于熔化的金屬，使其向下凹陷，在激光斑下產(chǎn)生一個小凸坑。隨著加熱過程的進行，激光可以直接射入坑底，形成一個細(xì)長的“小孔”。當(dāng)金屬蒸汽的反

6、沖壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續(xù)深入。光斑功率密度很大時，所產(chǎn)生的小孔將不再繼續(xù)深入。光斑密度很大時，所產(chǎn)生的小孔將貫穿于整個板厚，形成深穿透焊縫。小孔隨著光束相對于工件而沿著焊接方向前進。金屬在小孔前方熔化，繞過小孔流向后方，重新凝固形成焊縫（見圖1）。    （1）激光器   用于激光焊接的激光器主要有CO2氣體激光器和YAG固體激光器兩種。激光器最重要的性能是輸出功率和光束質(zhì)量。從這兩方向考慮，CO2激光器比YAG激光器具有更大優(yōu)勢，是目前深熔焊接主要采用的激光器。一汽大眾在汽車制造過程中應(yīng)用的大多數(shù)光源功率在4000

7、W左右。    （2）光導(dǎo)和聚焦系統(tǒng)   光導(dǎo)聚焦系統(tǒng)由圓偏振鏡、擴束鏡、反射鏡或光纖及聚焦鏡等組成，實現(xiàn)改變光束偏振狀態(tài)、方向、傳輸光束和聚焦的功能。這些光學(xué)零件的狀況對激光焊接質(zhì)量有極其重要的影響。在大功率激光作用下，光學(xué)部件，尤其是透鏡性能會劣化，使透過率下降，產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)，同時表面污染也會增加傳輸損耗。    （3）焊接機器人    由于激光熔焊、激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)方法的不同以及焊接接頭形式的不同，所以對焊接接頭的裝配精度要求也不同。搭接焊縫的激光熔焊和角焊縫的激光釬焊

8、可以采用普通的焊接機器人。對于對接焊縫的激光釬焊和激光焊必須采用區(qū)別于常規(guī)機器人的絞臂式焊接機器人，通常設(shè)計焊縫自動跟蹤矯正系統(tǒng)。    （4）焊接夾具    可以保證激光焊接時所連接板材或總成的精確定位，保證焊縫間隙，防止焊接變形，從而提高激光焊接接頭的質(zhì)量。    （5）激光焊接控制系統(tǒng)  控制系統(tǒng)主要包括焊接過程的視頻監(jiān)視系統(tǒng)、機器人的焊縫自動跟蹤系統(tǒng)和矯正系統(tǒng)、送絲控制系統(tǒng)等。對于不同的激光焊接方式，控制系統(tǒng)的組成也有所相同。激光熔焊無需送絲系統(tǒng)、焊縫自動跟蹤系統(tǒng)和運行軌跡矯正系統(tǒng)。對于

9、激光切割技術(shù)，往往還需要與激光在線檢測系統(tǒng)協(xié)同使用。圖2為激光-MIG復(fù)合焊接系統(tǒng)的設(shè)備組成，它需要匹配送絲系統(tǒng)。    4. 邁騰激光焊接技術(shù)的特點    邁騰的激光焊縫長達42m，保證了其整體尺寸的精確性、車身強度和剛性。速騰的激光焊接主要是在車身的頂蓋和側(cè)圍的連接、底板不等厚板的拼接、車門內(nèi)板不等厚板的拼接、底板與側(cè)圍、后圍板、前后風(fēng)窗口以及門框等連接處。在外觀上，采用激光復(fù)合釬焊的車頂只有一條細(xì)致平滑的焊縫，直接作為外表面而增加了車身的流線視覺效果。而采用傳統(tǒng)點焊工藝的車頂則有兩條橡膠密封條。   

10、; （1）邁騰車身激光切割技術(shù)的特點  用激光將不同厚度、不同材質(zhì)、不同或相同性能的幾塊薄板拼焊起來，再沖壓成形。不但提高了板材利用率（由40%60%提高到70%80%），而且減輕了車身重量，提高了車身結(jié)構(gòu)的綜合力學(xué)性能。    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，通過激光裁剪和拼裝技術(shù)完成車身某一部位的制造，例如邁騰前擋風(fēng)玻璃框架、車門內(nèi)板、車身前底板等處均采用激光拼接技術(shù)（見圖3）。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優(yōu)點。  

11、圖3  邁騰車身激光拼接技術(shù)的應(yīng)用    （2）速騰車身激光熔焊焊接方法的特點  就點焊本身而言，焊點的強度可以很高，但沒有焊點的部分還是斷續(xù)分離的，在車身整體強度方面要比焊接成一體的激光焊接接頭強度要低。點焊的不連續(xù)性和其自身的特點：如焊點容易變形，尤其是在焊接三層板連接、鍍鋅板連接和高強鋼的連接時，焊接變形較大，導(dǎo)致焊點處的平整度降低及產(chǎn)生縫隙，而且點焊會造成焊接點周圍的母材熱影響區(qū)強度下降，車輛遭嚴(yán)重撞擊時的斷裂部位往往是在該處。目前，我國只有大眾車系普遍采用了激光焊接這種先進的焊接制造工藝。    

12、;              邁騰車身的四門兩蓋、后流水槽、后圍板及前后風(fēng)窗口等諸多部位均采用了激光熔焊技術(shù)。由于焊接速度較快，所以焊接接頭的熱影響區(qū)較其他的焊接方法小，幾乎沒有焊接變形。這樣可極大地提高了車身的結(jié)構(gòu)和匹配尺寸、門蓋與側(cè)圍的平度與密封效果、風(fēng)擋玻璃與風(fēng)窗口的匹配與密封，以及實現(xiàn)多層板的優(yōu)質(zhì)連接。另外，由于邁騰車身全部采用鍍鋅鋼板，如果采用傳統(tǒng)的點焊技術(shù)，由于三層板和鍍鋅的緣故，必須采用較大的焊接電流和焊接壓力，其結(jié)果必然導(dǎo)致焊點質(zhì)量下降和焊點變形嚴(yán)重

13、，從而導(dǎo)致裝配質(zhì)量下降。    在邁騰側(cè)圍總成的制造過程中，由于優(yōu)質(zhì)高強鋼在側(cè)圍B柱、側(cè)圍前內(nèi)板總成、側(cè)圍后內(nèi)板總成、門檻加強板和側(cè)圍頂部加強板的普遍應(yīng)用，給側(cè)圍逐級總成的焊接帶來了極大的困難。高強鋼的屈服強度約為普通鋼板的34倍，      （3）速騰車身激光復(fù)合焊接的特點  圖6描繪了激光-MIG復(fù)合焊的基本原理。除了電弧向焊接區(qū)輸入能量外，激光也向焊縫金屬輸入熱量。激光復(fù)合焊技術(shù)并不是兩種焊接方法依次作用，而是兩種焊接方法同時作用于焊接區(qū)。    激光復(fù)合焊接技術(shù)是激光

14、與其他熱源的相互作用，從而使焊接速度提高，焊接周期縮短，而且達到同樣焊接目的所需的激光功率大大降低，這些都能使焊接成本大大降低。因此，激光復(fù)合焊接技術(shù)無論從工藝角度，還是從經(jīng)濟角度來看都具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。    激光復(fù)合焊接技術(shù)具有顯著的優(yōu)點。對于激光復(fù)合焊接，優(yōu)點主要體現(xiàn)在：無燒穿時焊縫背面下垂的現(xiàn)象，適用范圍更廣；    一汽大眾車身頂蓋與側(cè)圍的連接都采用激光-MIG復(fù)合焊，常用接頭形式與邁騰頂蓋激光釬焊接頭形式如圖7所示。由于激光-MIG復(fù)合焊具有較好的電弧穩(wěn)定性和填充性能，焊后焊縫熔寬比符合設(shè)計要求、焊縫表面光滑、具有較高強度和塑性，一般表面無需PVC涂層，可直接作為裸露表面使用。由于焊縫為連續(xù)密封焊縫，因而對整車的車身剛性、密封性和防止內(nèi)部噪聲的產(chǎn)生等方面均具有積極的作用。      由于激光焊接系統(tǒng)的復(fù)雜性，對于維修的要求相對較高，通常對于一個車型，所有的激光焊接設(shè)備需要組成一個局域網(wǎng)，做到數(shù)據(jù)內(nèi)部之間的通信。每一個焊接光源均需要一個Internet接口，直接與激光光源設(shè)備供應(yīng)商的計算機故障分析系統(tǒng)相連。當(dāng)