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汽车制造中激光焊接技术的应用现状及发展思考

发表时间：2021/7/2 来源：《中国电力企业管理》2021年3月作者：张瑞晓张帅

[导读] 汽车制造中离不开焊接技术，尤其是汽车覆盖件。通过钣金成型后，还需要焊接成所需要的组件或者车体外壳，因此焊接技术在汽车制造中应用广泛其中激光焊接技术发展迅速，焊接工艺不断扩展。常用的焊接工艺包括激光钎焊、激光摆动焊接、激光复合焊接等焊接技术，不同的焊接技术匹配不同的汽车类型、材料。未来激光焊接技术的发展，汽车激光焊接技术会向着精密化、柔性化、智能化方向发展。

河北保定长城汽车股份有限公司张瑞晓张帅 071000

摘要：汽车制造中离不开焊接技术，尤其是汽车覆盖件。通过钣金成型后，还需要焊接成所需要的组件或者车体外壳，因此焊接技术在汽车制造中应用广泛其中激光焊接技术发展迅速，焊接工艺不断扩展。常用的焊接工艺包括激光钎焊、激光摆动焊接、激光复合焊接等焊接技术，不同的焊接技术匹配不同的汽车类型、材料。未来激光焊接技术的发展，汽车激光焊接技术会向着精密化、柔性化、智能化方向发展。
关键词：汽车；激光焊接技术；应用；思考
        引言
        汽车覆盖件是汽车零部件中的重要组成部分，通过钣金成型后，还需要焊接成所需要的组件或者车体外壳，因此焊接技术在汽车制造中应用广泛，尤其是汽车覆盖件制造方面。焊接工艺种类较多，包括电弧焊、埋弧焊、氩弧焊等多种焊接形式，其中激光焊接技术是较新的一种焊接工艺方法，随着激光产业的发展，激光焊接技术应用越加广泛，高能激光进一步提高了焊接效率，缩短了生产时间，因此激光焊接技术未来在汽车制造领域大有可为。
        一、激光焊接技术概述
        所谓的激光焊接技术属于熔融焊接技术的一种，利用激光束产生的高热能量完成焊接工艺。因此激光焊接所需的设备较为简单，主要是激光发射器。激光焊接技术主要应用于薄壁材料或者低速焊接，因此非常适合汽车覆盖件焊接。
        激光焊接技术特点在于激光焊接聚焦度高，因此降低了焊接所需能量，通过控制激光斑束继而可以有效地控制焊接区。因此激光焊接具有以下优势：
        1）能量作用更精准，因为激光束范围小，可以更加精准的对点熔焊，提高了能量利用率；
        2）无需电极，没有电极污染或者受损问题，属于不接触式焊接方式，因此各种损耗较低；
        3）可焊接材料范围广泛，可以对不同规格的同种材料进行焊接，也可以对不同材料进行焊接；
        4）自动化程度高，激光焊接易于实现自动化焊接，可以提高产品生产效率；
        5）焊接过程中受外部影响因素较小，焊接过程更加稳定，如磁场影响、电弧焊回熔问题等，真空下焊接都可以。
        通过分析激光焊接的优势，可以清楚地看出激光焊接在汽车制造领域有着其独特的优势，因此激光焊接技术在汽车制造领域应用越广泛，技术也在不断更新。
        二、激光焊接技术应用现状
        激光焊接技术在汽车制造领域的应用主要有以下几个方面：
        2.1飞行焊
        汽车生产线的自动化率高，目前市场自动化程度已到达80%左右，因此整个生产流程衔接必须要好，生产流畅性必须要高。而飞行焊恰恰满足这一需求，所谓的飞行焊是指激光焊接扫描头从500mm以外的外置进行激光焊接，在不移动扫描头的情况下，通过移动扫描镜，形成了类似于光扫描过程的激光焊接方式，移动位置的精度高，焊接速度高，扫描头在整个空间快速易转，所以取名“飞行焊”。飞行焊一般应用于汽车车身也就是白身焊接，座椅焊接，可焊接材料种类较为丰富，如各类钢板、铝合金以及复合材料均可。
        2.2螺旋焊接技术
        螺旋焊接相较于其他激光焊接技术，主要通过设置双楔形摆动装置实现的，通过特制的摆动装置，可以激光束光斑按照螺旋线进行移动继而完成焊接工作，形成螺旋线焊缝，这种焊接方式主要用于铰链焊接，管材焊接等。这种焊接形式，焊缝较宽，工艺稳定性较高，焊缝处理后，工件表面更加平整，在铝合金焊接方面优势明显。
        2.3激光钎焊技术应用
        激光钎焊技术是利用熔点比母材低的金属作为填充金属，钎料融化后与母材相互扩散继而达到焊接效果。该种焊接工艺主要应用于铝车身框架结构处的焊接，如顶盖与列围的连接、车门的产品。钎焊技术相较于纯激光焊接，气孔、裂纹减少，获得较完美的焊道比较简单，同时焊接母材不熔化，保证了母材本身强度，钎焊变形小，接头光滑美观，适合较小位置和不同材料之间的焊接成型。

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        2.4激光填丝焊
        激光填丝焊与激光钎焊原理类似，但是填丝焊焊料与母材相同或者类似，通过熔化钎料和母材继而达到焊接效果的一种工艺方法。在汽车生产中，激光填丝焊主要应用全身结构件以及汽车零部件产品，如汽车拔叉零件焊接。焊接处强度较高，因为母材发生了熔化，发生了强化效果，因此对于受力构件可以选用填丝焊。
        2.5摆动钎焊技术
        通过AL03光束成型和焊缝跟踪功能在同一设备中结合在一起，填充焊丝可以用作机械传感器，主要用于白车激光焊接，主要用于汽车顶棚激光焊接，以及后备箱激光焊接和汽车零件焊接。零件焊接过程中的波动或者夹具误差会增加激光焊的焊接难度，对于钎焊技术而言难度较大。但是利用摆动钎焊技术，可以有效地调节焊接方向并自动补偿焊接的焦距和焦距的功能，激光束易于固定在导轨和焦点上，可以在各个方向上切换，自动化程度低高，焊接速度快，效果高，可以保持焊接质量。通过焊缝跟踪可以实时调整，能够坐标式调整，获得良好的焊接质量。
        2.6三光点钎焊技术
        为了解决钎焊热浸镀锌钢板这一问题，开发了一种三点钎焊技术，该技术通过镜头中加入双光斑模块将激光束分配成三个光束，解决钎焊热浸镀锌钢板热开裂问题。该技术主要应用于白车的铝合金焊接，汽车顶棚激光焊接和托架盖激光焊接以及汽车零件焊接。该技术方案稳定可靠，焊接速度快，焊接后外观质量佳，能够实现焊接参数的动态调整，焊接工艺更加柔性可控。
        2.7多波长复合焊技术
        多波长复合焊接是由连续激光创建的第一项焊接技术，该技术与两个不同波长的激光重叠，并且在空间上与两个激光的轴重叠。主带激光器主要进行焊接，而差压断裂激光器主要对焊机和基材进行预热，以降低用于焊接的熔融金属液的冷却速度，特别适用于铝合金，镁合金和铜合金等。该技术减少气孔发生，增加了焊接稳定性，有效缓解热应力可减少裂纹，提高焊接强度可实现均匀的焊接外观。
        三、激光焊接技术发展趋势
        前文论述了不同焊接技术在汽车制造加工中的应用，从中可以看出激光焊接技术并不是单纯的依靠激光束进行焊接，还涉及到其他多个方面，引入钎料或者其他位移装置，实现了不同的激光焊剂技术，未来激光焊接技术在汽车制造领域呈现以下趋势。
        3.1 智能化激光焊接
        所谓的智能化焊接技术，是将焊接与焊后分析系统相连接形成的焊接技术，通过传感器可以实时了解焊缝和母材情况，继而激光焊接装置可以自动调整焊接参数，优化焊接工艺，达到最佳的焊接成果。
        3.2 柔性化激光焊接生产线
        随着汽车产业的发展，汽车类型种类不断丰富，汽车生产线不能仅仅满足某种型号的汽车焊接生产，必须要满足不同型号的汽车焊接生产，因此要求焊接生产线的柔性化发展。能够根据不同材料、不同汽车类型，协调配置不同的焊接生产工艺，实现焊接生产。
        3.3 高质量高精度焊接生产技术
        焊接工艺需要熔化，因此会发生冷却后变形，如何精确控制焊接后变形，减少冷却变形带来的内应力，需要更加精准的控制焊接参数，选择合理的搭接方式，使用不同的走线方式。
        结束语
        汽车制造中离不开焊接技术，其中激光焊接技术发展迅速，焊接工艺不断扩展。常用的焊接工艺包括激光钎焊、激光摆动焊接、激光复合焊接等焊接技术，不同的焊接技术匹配不同的汽车类型、材料。未来激光焊接技术的发展，汽车激光焊接技术会向着精密化、柔性化、智能化方向发展。
参考文献
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