张伟-铝合金车身的激光焊接工艺设计

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1、铝合金车身的激光焊接工艺设计一前言1激光焊接的原理：光子轰击金属表面形成蒸汽，蒸发的金属可防止剩余的金属被金属反射掉。如果被焊金属有良好的导热性能，则会得到较大的熔深。激光在材料表面的反射、透射和吸收，本质上是光波的电磁场与材料相互作用的结果。激光光波入射材料时，材料中的带电粒子依着但矢量3的步调振动，使光子的辐射能变成了电子的动能。物质吸收激光后，首先产生的是某些质点的过量能量，束缚电子的激发能或者还有过量的声子。这些原始激发能经过一定过程再转化为热能。2激光的分类：分为连续激光焊和脉冲激光焊。连续激光焊在焊接过程中形成一条连续的焊缝。脉冲激光焊接时，输

2、入到工件上的能量是断续的，脉冲的，每个激光脉冲在焊接过程中形成一个圆形焊点。3激光焊接设备及技术参数：激光焊接设备包括：激光器、光束传输和聚焦系统、气源、电源、工作台和控制系统技术参数包括：激光波长、最大输出能量、重复率、脉冲宽度和激光工作物质尺寸激光的应用：4在汽车车身制造方面的应用：汽车车身是整个汽车零部件的载体，车身制造质量的优劣对整车质量起着决定性的作用。在汽车车身制造方面，激光焊接成为了一种固定的成形方法，适用于量体裁衣地制造半成品。世界一些著名汽车公司，如宝马、通用、福特、本田、丰田、菲亚特、雷诺、沃尔沃以及克莱斯勒公司等都广泛采用了激光拼焊工

3、艺，而且所生产的轿车车身均由激光拼焊板冲压而成。在我国，武汉钢铁公司采用激光焊接技术进行汽车用超宽钢板的拼接。激光拼焊是将2-3块精确裁剪、物理化学性能、表面状态、厚度各不相同的板材拼焊在一起，然后再把这种半成品冲压成车身零件。采用激光拼焊工艺获得的焊缝质量优良，焊缝转接也较为平稳，使车身零部件的抗冲击性和抗疲劳性得到了显著改善。总的说来，激光焊接技术在车身制造中的应用大大减少了结构件和零配件的数量，从而减轻了汽车质量；提高了车身的尺寸精度和耐腐蚀能力，增加了汽车结构的可靠性、稳定性和安全性；在改善车身质量的前提下，不仅减少了装配工作量，而且还减少了成型工

4、具、冲压机的工装投资以及运输、储存金属材料的费用，节约了制造成本。5铝合金激光焊接技术的研究现状及5.1发展前景：　　由于铝合金对激光的高反射和自身的高导热性,铝合金激光焊接对激光器的输出功率和光束质量要求很高。因此,铝合金激光焊接技术的发展必然与激光器的发展紧密联系在一起。大功率CO2激光器光束质量的改善和短波长YAG激光器输出功率的提高将大大改善铝合金的激光焊接性。采用双光束或多光束激光焊接技术通过扩大激光焊接小孔的开口,可以提高焊接过程中的稳定性,改善焊缝成型。针对铝合金激光焊接过程的稳定性及焊缝质量的问题,当前,国际上铝合金激光焊接的研究热点是采用

5、所谓的复合工艺,即将激光与电弧焊接结合起来。这种复合工艺早在20世纪70年代末就已经提出,但因为电弧的引入增加了焊接的热输入,从而必然使焊接热影响区和热变形增大。因此,“激光与电弧”这种复合工艺在铝合金的焊接方面是否具有工业应用前景还需深入研究。最近有人发现在CO2激光熔池中存在幅度为几安培的固有电流,在焊接区施加一定的外磁场可以影响熔池的流动状态。因此,采用某种形式的外磁场有可能改善铝合金激光焊接过程的稳定性和焊缝质量。另外,还有人采用辅助电流的铝合金激光焊接技术。即通过附加电极或通过填充焊丝向焊接熔池提供辅助电流,借助辅助电流在熔池中产生的电磁力控制熔

6、池的流动状态,实现熔池中热量的重新分配,达到强化激光能量的有效利用率、提高加工效率之目的。同时利用辅助电流在焊接熔池中形成的磁流体效应使熔池动荡不定的运动变得有序和可控,从而改善焊接过程的稳定性,提高焊缝质量。通过试验证明,焊缝深度最高增加约32%,面积增加约20%,而焊缝宽度减少约28%。这一技术很有可能在未来的铝合金激光焊接中起到重要作用。激光焊接技术发展到今天,其逐步取代传统焊接方法的趋势已不可逆转。在21世纪,激光焊接技术在材料领域必将起到至关重要的作用。当前,可持续发展战略已成为各国经济发展的重要战略,节能、环保已成为科研工作的两大主题。因此,铝

7、合金成为航空、航天、汽车工业中一种非常有竞争力的材料,德国和日本等公司都已投入巨资进行激光焊接铝合金的研究。尽管铝合金激光焊接技术中的工艺还不十分成熟,但存在的问题是可以解决的。随着研究的深入,铝合金激光焊接的工艺参数将得到进一步优化。5.2铝合金焊接的特点铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50%以上。铝合金焊接有几大难点:①铝合金焊接接头软化严重,强度系数低,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍;②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3其熔

8、点为2060℃),这就需要采用大功率密度的焊接工艺;③铝合金焊接容