孙剑
哈尔滨首钢武中钢材加工配送有限公司，黑龙江，哈尔滨，150060
摘要：汽车工业一直致力于在汽车制造中不断追求和完善车辆的节能、降耗、减排、环保、安全、自动化等，而激光拼焊技术的引进和推广使激光拼焊板在汽车制造中的应用越来越广,使汽车工业的脚步距离追求的目标更近一步。被誉为当今汽车工业最成功的一项新技术之一。目前，几乎所有的汽车制造商在其生产工艺中都增加了激光拼焊技术，而且激光拼焊板的重量占整车重量也越来越大。本文主要介绍了激光拼焊技术优势，激光拼焊板在汽车制造中相关工艺及其应用现状。
关键词：激光拼焊板；汽车制造；工艺；应用
激光拼焊板是基于成熟的激光焊接技术发展起来的现代加工工艺，是通过高能量激光将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢板或者有色金属板材，焊接成一块整体板的过程。焊接形式分为直线焊接和曲线焊接两种，生产方式有半自动和自动化生产两种，焊接设备主要有国产和进口两类，主要区别在于国产设备多数没有在线检测功能。激光拼焊板解决了汽车零部件不同部位对材料不同性能的要求和汽车零件超宽不易制造的问题。
1.激光拼焊技术的优势
1.1 节能
传统生产工艺需要9个冲压件焊装成一个前纵梁总成，采用激光拼焊技术生产的激光拼焊板前纵梁总成只需要3个零件，满足产品性能的同时降低车身质量，提高零件强度。汽车主要涉及安全的零件总成均采用了激光拼焊板完成，原料投入降低了约60%。
1.2 降耗
传统生产工艺生产后纵梁总成需要21个冲压件，每个零件冲压需3-4序，需要冲压设备12台，至少21个人工，经过10个焊接过程，需要至少10台焊接设备，30个人工；采用激光拼焊板技术只需要6个冲压件，4台冲压设备，9个人工，10个焊接过程，15个人工；采用激光拼焊板制造的汽车人工成本节约52%左右，设备投入节省59%左右。
1.3 减排
采用传统工艺，生产后纵梁总成需经过凸焊、点焊、钎焊、CO2焊等焊接过程，会添加焊丝等填充物，在高温状态下形成熔池过程中排放大量有害气体，采用激光拼焊技术不需要填充物便可焊接， 使不同材料和厚度的板材按需组合，简化车身结构，增强减重，降低了油耗，有利于环保。
1.4 安全
激光拼焊技术的应用使材料的强度、厚度得到合理组合，焊接后的产品随着焊缝位置不同，拼焊板整体刚度得到大大改善，从而改善车身的防撞能力，提高车身的被动安全性。
1.5 环保
激光拼焊过程是有色金属经过激光头的热能自身融化结合的过程，没有其他填充物在高温下的融化产生的有害气体，激光拼焊设备在工作期间没有有害气体，液体，固体的排放，焊接过程高温产生的气体，部分焊渣随高压气体管道经滤网统一回收，最终进入钢材加工企业重新冶炼成钢。激光拼焊过程和激光拼焊板产品经过ISO14001认证，激光拼焊线符合环保要求。
1.6 自动化
经过剪切工艺加工的原料，通过工装定位，上料机器人按排样进行抓取上料排放到精定位传感器上，穿梭带着待焊原料经过激光头完成焊接过程，由下料机器人完成下料并摆放到指定托盘上。完成自动化焊接。不同排样的产品焊接时间不同，前纵梁总成焊接排样为4件，后纵梁总成焊接排样为6件，每件焊接时间约6-12秒。
2. 激光拼焊板在汽车制造中的主要工艺
2.1剪切工艺
精剪和落料工艺加工焊接边必须满足直线度≦0.1mm、切断/拉断比≧1、平面度≦0.3mm、毛刺≦0.1mm的质量要求。
精剪机一般满足焊接边长度500mm以下的拼焊板，落料在设计范围内可以满足所有焊接边质量的要求。
2.2冲压工艺
因拼焊板为不等厚板且焊缝高度可能高于母板，因此在设计模具过程中需要在焊缝处留有工艺让位，且上料方向必须固定。
2.3 激光拼焊主要工艺过程
下料：采用横切或冲剪工艺，将不同厚度的板材裁剪成预定的尺寸形状。保证焊接边直线度≦0.1mm和切断/拉断比≧1的质量要求，以保证无缝隙激光拼焊工艺的有效实施。
1、自动激光拼焊：准备、机器人上料-自动焊接-在线检测-机器人下料-杯突试验
（1）焊前准备：调入焊接配方，调整焊接工装；
（2）机器人上料：把原料摆放到工装上，固定X、Y方向，做好磁力分离器，机器人自动上料并摆放到预定位上；
（3）自动焊接：上料机构将原料抓取送至精定位出；穿梭带着原料经过激光头完成焊接；
（4）自动在线检测：SOUVIS2上、下100%自动对焊缝的形状和尺寸进行检测；
（5）机器人下料：机器人抓取焊接后产品摆放到指定托盘上完成下料；
（6）杯突试验：人工选择首件完成杯突试验，确定焊接符合性能要求；
2、半自动焊接：准备、人工上料、自动焊接-人工检测-人工下料-杯突试验
（1）焊前准备：调入焊接配方，调整焊接工装；
（2）人工把原材料摆放到预定位上；
（3）上料机构将原料抓取送至精定位出，穿梭带着原料经过激光头完成焊接；
（4）人工从穿梭上取下焊接后成品。摆放到托盘上；
（5）人工对焊缝形状和尺寸进行抽检；
（6）人工选择首件完成杯突试验，确定焊接符合性能要求；
焊缝检测：
（1）自动检测：SOUVIS2上、下通过高频照相对焊缝形状和尺寸进行100%检测，不合格品甩出，合格产品摆放到堆垛上，自动计数。经过在线检测的产品合格率达99%以上。
（2）人工检测：
人工抽检：按首、中、末对每个批次产品的尺寸与形状进行抽检。
杯突试验：即人工破坏性试验，验证焊缝的性能，同时配合高倍显微镜测量焊缝尺寸。
2.4 激光拼焊的特殊工艺要求
在激光焊接的工艺中，待焊工件的间隙精度、工件焊接组合的重复定位与夹紧精度要求较高。对于某些焊接面，要求激光聚焦点跟踪整个焊接缝隙轨迹的精度不超出激光光束直径的10%。当待焊工件涂有金属涂层时，金属涂层的存在常常会造成焊接气孔。在工业批量生产中，激光焊接多采用“深入焊”或“透焊”工艺。一般通过对一段焊缝进行目视检验即可发现“深入焊”工艺中产生的气孔。
钢板切面状态不佳、坡口间隙过大等问题极易导致激光拼焊板在生产中产生孔洞。通过落料线或者精剪下料保证待焊工件的尺寸精度时，钢板表面必须干燥、无锈迹、无附着污染物和金属碎屑，钢板表面允许的涂油量应控制在2g/m2内，标识不得直接粘贴在钢板上。焊接边不得有凹陷、缺口和开裂等缺陷，禁止使用校直处理后的变形焊接边。
激光拼焊机应采用伺服控制方式，这种控制方式能够准确地控制各参数的精度，其激光功率、焊接速度等能够降低焊缝未融透、凹陷、烧穿、错边缺陷等的发生率。
保证焊缝质量。因为激光光束面积小，能量密度高，通常需要配有焊缝跟踪系统来保证焊缝质量。激光视觉焊缝跟踪系统包括视觉传感器、图像处理单元、伺服控制单元、运动执行机构以及专用电缆等。具有100%在线检测、抗干扰能力强、跟踪精度高、实时分辨率高等特点。
3. 激光拼焊板技术在汽车制造中的应用
激光拼焊技术在新型钢制汽车制造中获得了广泛的应用。奔驰、宝马等各大汽车生产厂相继在车身中采用了激光拼焊板。中国于20世纪90年代末引入激光拼焊技术，国内汽车厂所生产的车型：哈飞汽车的“赛马”、长安汽车 “CV9”等汽车的前纵梁、门内板和B柱加强板上等应用了该技术。国内已形成成熟的激光拼焊板供应链。
4. 结束语
激光拼焊技术能实现等厚和不等厚钢板对焊，可有效的减少组件的数量, 降低整车的重量，提高车身结构的刚度和碰撞性能。激光拼焊技术提高了工件的材质、形状、尺寸的自由度，特别适用于汽车车身的自动化生产。我国在汽车生产制造中，应充分利用激光拼焊技术的优势。
参考文献:
[1] 刘军伟，翟雪，王晓宁. 激光拼焊板在汽车车身制造中的应用[J]. 汽车工程师，2014（07）：56-57,60
[2] 陈军.试析激光拼焊板在汽车制造中的应用及相关工艺[J].建材与装饰，2016（12）：198-199