激光(拼)焊在汽车工业中的发展

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1、激光焊接应用秦可涵2010年4月【摘要】20世纪70年代美国进行了两大研究：一是福特汽车公司进行的车身钢板的激光焊接，二是通用汽车公司进行的动力转向变速器内表面的激光淬火。这两项研究推动了之后机械制造业中的激光加工技术的发展。到80年代后期，以激光焊接、激光切割和激光淬火为代表的激光加工得到了迅速增长。激光加工具有独特的优异性能和高柔性、高效率等优点被广泛应用于航空航天领域、汽车制造业、铁路机车制造业和金属材料加工等行业。在欧美发达国家中，大约有50%～70%的汽车零部件都用到了激光加工技术，并以激光焊接和激光切割为主。上海

2、大众等汽车制造厂采用激光加工技术焊接车身与箱体等部件。【关键词】激光，焊接，发展，应用【正文】1、原理：   激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。激光焊接的机理有两种：（1）热传导焊接   当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。（2）激光深熔焊   当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加

3、热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。   此外，激光－电弧复合是激光焊接的主要手段，通过激光与电弧的相互影响，产生良好的复合效应。深熔焊接时，激光产生的等离子体有利于电弧的稳定；可提高加工效率；可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性；可增加焊接的稳定性和可靠性。2、特点：   激光焊接具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同或不同材质、厚度的

4、金属间的焊接，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。激光束可以被聚得很细，光斑能量密度很高，几乎可以气化所有的材料，有广泛的适用性；激光功率可控，易于实现自动化；激光束功率密度很高，焊缝熔深大，速度快，效率高；激光焊缝窄，热影响区很小，工件变形很小，可实现精密焊接；激光焊缝组织均匀，晶粒很小，气孔少，夹杂缺陷少，在机械性能、抗蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。3、性能指标：   可焊材料：碳钢、不锈钢，难熔金属，高温合金，钛合金，铝合金，铜合金等；   所焊材料厚度：0.1-5mm(丝材、板材

5、等)；   焊缝强度：许多情况下可与母材等强；   焊接速度：可达3.3m/min；   焊后变形：微小或无。4、适用范围：   航空、航天、兵器、舰船、石化、医疗、仪表、电子、汽车等行业。5、两种主要分类：   （1）、激光拼焊：激光拼焊板是目前汽车车身设计中被广泛应用的新技术，它可将经不同表面处理、不同钢种、不同厚度的钢板采用激光焊的方法，自由组合使之成为一个毛坯件。优势在于能够将非常高的能量聚焦于一点，激光束打在两个要焊接部分的边缘，输入能量把金属加热并将其融化。在激光束作用以后，溶化的材料将迅速冷却。在这个过程中，有

6、一小部分的数量将进入被焊接的零件中。在焊接减少热变形的同时，也减少了输入的热能量。减少因热量影响的变形，并增加对准确性的纠正，可以节省大量金钱和时间。   （2）、激光塑焊：对塑料件进行激光束透射焊接。如将一种透明的塑料件与另一种带有吸附充填材料的塑料件相联接。激光束穿透上部透明的塑料件，使下部连接件瞬间熔化，通过熔化膨胀将上部件湿润并局部熔化，上下零件焊接在一起。BLZ开发出一种安全气囊控制装置的（塑料）外壳激光束透射焊接技术，采用的是二极管激光器，与传统的焊接技术相比，不仅工艺过程柔性高，而且电子部件也很少受到焊接过程产

7、生的机械和热损害。   本文主要介绍激光（拼）焊的应用和发展。二、激光（拼）焊技术在汽车工业中的应用   汽车工业中，激光技术主要用于车身拼焊、焊接和零件焊接。激光拼焊是在车身设计制造中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不同规格的钢板，通过激光截剪和拼装技术完成车身某一部位的制造，例如前档风玻璃框架、车门内板、车身底板、中立柱等。激光拼焊具有减少零件和模具数量、减少点焊数目、优化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好处，目前已经被许多大汽车制造商和配件供应商所采用。激光焊接主要用于车身框架结构的焊接，例如顶盖与

8、侧面车身的焊接，传统焊接方法的电阻点焊已经逐渐被激光焊接所代替。采用激光拼焊板工艺不仅能够降低整车的制造成本、物流成本、整车重量、装配公差、油耗和废品率，而且可以减少外围加强件数量，简化装配步骤，同时使车辆的碰撞能力、冲压成型率和抗腐能力提高。此外，由于避免使用密封胶，也使其更具有环保性。