激光焊接技术在汽车制造中的应用与发展

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1、第十二届北京·埃森焊接与切割展览会专辑研究与应用!"#"$%&’()**+,&$-,./激光焊接技术在汽车制造中的应用与发展一汽大众汽车有限公司（吉林长春!"##!!）韩立军【摘要】激光技术的竞争强化了激光焊接技术在汽车制造工业中的应用。新的激光焊接电源和更高的功率使得激光焊接进入了长期以来一直被传统焊接技术所垄断的汽车车身的制造领域，使得激光技术在汽车工业中得到了极为广泛的应用。利用激光混合焊接技术可大大提高冲压件缝隙的连接能力，更加充分地利用激光高速焊接时电弧焊接的工艺稳定性。目前，激光及其复合焊接技术已在许多工业部

2、门得成深穿透焊缝。小孔随着光束相对于工件而沿着焊接方到应用，而汽车是其中最重要的部门，最典型的例子是向前进。金属在小孔前方熔化，绕过小孔流向后方，重车身覆盖件剪裁激光拼焊以及顶盖与侧围的焊接。用激新凝固形成的焊缝如图)所示。光将不同厚度、材质及性能的几块薄板拼焊起来，再冲压成形。不但提高了材料利用率，由!"#$%"#提高到&"#$’"#，而且减轻了重量，提高了综合力学性能。与单一的激光焊接技术相比，激光混合焊接技术具有显著的优点：更大的熔深、较大缝隙的焊接能力及更好的焊缝韧性，通过焊丝可以影响焊缝组织结构及无焊缝背面下垂

3、现象等。一、激光焊原理图)激光深熔焊原理激光焊采用激光作为焊接热源，机器人作为运动系二、激光焊接设备统。激光热源的特殊优势在于，它有着超乎寻常的加热能力，能把大量的能量集中在很小的作用点上，所以具激光焊接设备主要由激光器、光导系统、焊接机和有能量密度高、加热集中、焊接速度快及焊接变形小等控制系统组成如图.所示。特点，可实现薄板的快速连接。当激光光斑上的功率密度足够大（()"%*+,-.）时，金属在激光的照射下迅速加热，其表面温度在极短的时间内升高至沸点，金属发生气化。金属蒸气以一定的速度离开金属熔池的表面，产生一个附加应

4、力反作用于熔化的金属，使其向下凹陷，在激光斑下产生一个小凹坑。随着加热过程的进行，激光可以直接射入坑底，图.激光/012复合焊接设备组成形成一个细长的“小孔”。当金属蒸气的反冲压力与液!"激光器态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不再继续深入。用于激光焊接的激光器主要有34.气体激光器和光斑密度很大时，所产生的小孔将贯穿于整个板厚，形562固体激光器两种。激光器最重要的性能是输出功率!.#$$%年第&期热加工!!!7"#$%&’&()7$*"7$’!"第十二届北京·埃森焊接与切割展览会专辑!"#"$%&’()**+,&$-

5、,./研究与应用和光束质量。从这两方向考虑，!"#激光器比$%&激光现在：较高的焊接速度、熔焊深度大、产生的焊接热器具有很大优势，是目前深熔焊接主要采用的激光器，少、焊缝的强度高、焊缝宽度小及焊缝凸出小，从而使生产上应用大多数还处在’()*+,范围。$%&激光器一得整个系统的生产过程稳定性好，设备可用性好及焊缝般功率小于)+,，用于薄小零件的微连接。近年来，国准备工作量和焊接后焊缝处理工作量小，焊接生产工时外在研制和生产大功率$%&激光器方面取得了突破性短、费用低、生产效率高。的进展，最大功率已达*+,，并已投人市场。由

6、于其波四、激光/电弧复合热源焊接的主要形式长短，仅为!"#激光的)-).，有利于金属表面吸收，可$"激光%&’(复合焊接以用光纤传输，简化光导系统。因此，大功率$%&激激光与51&复合焊接的特点是：光焊接技术在今后一段时间内将获得迅速发展，成为（)）利用电弧增强激光作用，可用小功率激光器代!"#激光焊接强有力的竞争对手。替大功率激光器焊接金属材料。!"光导和聚焦系统（#）在焊接薄件时可高速焊接。光导聚焦系统由圆偏振镜、扩束镜、反射镜或光纤（2）可增加熔深，改善焊缝成形，获得优质焊接接以及聚焦镜等组成，实现改变光束偏振状态

7、及方向，传头。输光束和聚焦的功能。这些光学零件的状况对激光焊接（3）可以缓和母材端面接口精度要求。质量有极其重要的影响。在大功率激光作用下，光学部例如，当!"#激光功率为.67+,，51&电弧的电流件尤其是透镜性能会劣化使透过率下降，产生热透镜效为8.%，焊接速度#9-9:;时，可相当*+,的!"#激光应，表面污染也会增加传输损耗。所以光学部件的质焊机的焊接能力，*+,的!"#激光束与2..%的51&电量、维护和工作状态监测对保证焊接质量至关重要。弧复合，焊接速度.6*(*9-9:;时，获得的熔深是单独#"焊接机器人使用

8、*+,的!"#激光束焊接时的)62()6’倍。由于激光/01&复合焊接技术对焊接接头的装配精!"激光%等离子弧复合焊接度要求较低，所以可以不必采用激光钎焊机器人的设计激光等离子复合焊接采用如图2所示的同轴方式。方式，既区别于常规的绞臂式焊接机器人，也无需设计等离子弧由环状电极产生，激光束从等离子弧的中间穿焊缝自动跟踪