激光焊接技术在汽车制造中的应用

激光焊接技术在汽车制造中的应用

罗晓雄

身份证号 :13012619931228**** 河北石家庄 050000

摘要：激光焊接技术是汽车制造行业领域中的一项重要的技术手段,它具有热影响区域小、焊接质量高、灵活性高以及适应性强等的显著性特点,对促进汽车制造行业领域的发展发挥着极其重要的现实意义。基于此,文章以激光焊接技术的工作原理与特点为出发点,探讨汽车制造中激光焊接技术的应用,并提出可行性建议,以供参考与借鉴。

关键词：汽车制造; 激光焊接技术; 应用

汽车工业是一个需要大量加工和测试的生产型产业，也是激光技术应用最广泛的行业之一，安全性、舒适性、节能和环保一直是世界汽车工业发展的主题，激光技术作为现代汽车生产中的主要加工方法之一，其发展也主要是围绕着这一主题并结合本专业的自身特点进行的。由于激光焊接工艺优越性、效率高、柔性好等优势，随着汽车轻量化概念、安全性能观念日益增强,激光焊接与切割工艺在汽车工业领域将得到更多重视和广泛应用。

汽车制造过程中，激光技术主要用于车身不等厚板的拼焊、车身焊接和汽车零部件焊接。激光焊接运用于汽车，可以降低车身重量并达到省油的目的；提高车身的装配精度，使车身的刚度提升30%从而提高了车身的安全性；降低汽车车身制造过程中的冲压和装配成本，减少车身零件的数目并提高车身一体化程度。

1激光焊接技术特点分析

激光焊接技术与传统的焊接技术相比较而言，其优势主要体现在以下几个方面：(1)热影响区域小。激光焊接技术在汽车制造中的应用，其焊接过程主要是将激光束直接打入被焊接部位，使激光束被焊接区域内热影响范围变小，基于激光焊接技术的这一特点，现已被广泛地应用到精密化要求程度高的零件生产和加工环节中，并有效解决和克服了其在焊接过程中的收缩、变形等难题。(2)焊接要求高。激光焊接技术在汽车制造中的应用，由于其本身具备了大量的能量，所以在具体的应用过程中不仅不会对周围的自然环境带来影响，还能有效保证整体焊接质量的提高。(3)灵活性高。在对汽车隐蔽部位的焊接过程中，激光焊接技术同样得到了业内人士的一致好评，而焊接工作人员仅需不断调整焊接的方向，就能实现焊接部位的精准定位。(4)适应性较强。传统的焊接技术在对异种合金的焊接过程中，不具明显的优势，而激光焊接技术可实现金属与非金属之间的完美焊接。

2 激光焊接技术工作原理

激光焊接技术是一种高速度、变形小、非接触的焊接方式，它具有热影响区域小、焊接质量高、灵活性高以及适应性强等的显著性特点，特别适合于大量与持续加工的在线加工企业。激光焊接技术的工作原理是以激光为焊接源，并将大部分的热源控制在一个极小的范围内，以此更加准确与快速地实现焊接部位的连接。在额定功率下，激光焊接技术可以实现对金属表面的快速加热，而在这一过程中，金属表面也会受到自身附加压力的影响而产生凹陷，再让激光射进凹陷低端，形成一个小且细长的孔，而这个孔又可以随着激光光速的移动而不断移动，当金属在孔前融化，就又会在孔后凝固，这一过程就产生了焊缝。另外，激光光速可以准确判断焊缝的深浅，当激光功率密度过高时，焊缝的深度和宽度就会随之增大，相应地当激光密度比较小时，焊缝的深度和宽度也会变小。在汽车制造过程中，主要应用的激光焊接技术有激光焊接、激光拼焊、激光复合焊接、激光填丝焊、激光-电弧复合焊等的技术。

3激光焊接技术与应用

3.1激光自熔焊接

激光自熔焊，即焊接的两部分或多个部分自身熔化并最终冷却凝聚成一体，该焊接方式不需要添加辅助的焊剂或填料，完全利用工件自身材料熔接在一起。

当激光光斑照射到工件表面上的功率密度达到106W/cm2以上时，工件在激光的照射下被迅速加热，其表面温度在极短的时间内升高到沸点，使金属熔化和汽化。在液态金属中形成一个充满金属蒸气的细长孔洞。当金属蒸气的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不再继续加深，形成一个深度稳定的小孔，小孔周围就是焊接熔池，小孔随着激光而移动，小孔闭合后便形成焊缝，实现激光深熔焊接。

在车身制造中，采用激光焊技术，可以提高产品设计的灵活性，降低制造成本，增加车身的刚度，提高产品的竞争力。激光焊接焊接速度较快，所以焊接接头的热影响区较其他的焊接方法小，几乎没有焊接变形。这样可极大地提高了车身的结构和匹配尺寸、门盖与侧围的平度与密封效果、风挡玻璃与风窗口的匹配与密封，以及实现多层板的优质连接，达到较高的车身强度。另外，由于现代汽车车身多采用镀锌钢板或优质高强钢，如果采用传统的点焊技术，由于三层板和镀锌的缘故，必须采用较大的焊接电流和焊接压力，其结果必然导致焊点质量下降和焊点变形严重，从而导致装配质量下降。惟一可行的是采用中频点焊连接技术和激光熔焊连接技术。就点焊本身而言，焊点的强度可以很高，但没有焊点的部分还是断续分离的，在车身整体强度方面要比焊接成一体的激光焊接接头强度要低。点焊的不连续性和其自身的特点：如焊点容易变形，尤其是在焊接三层板连接、镀锌板连接和高强钢的连接时，焊接变形较大，导致焊点处的平整度降低及产生缝隙，而且点焊会造成焊接点周围的母材热影响区强度下降，车辆遭严重撞击时的断裂部位往往是在该处。

3.2激光填丝焊

激光填丝焊：是指在焊缝中预先填入特定焊接材料后用激光照射熔化或在激光照射的同时填入焊接材料以形成焊接接头的一种工艺方法。同激光非填丝焊相比，激光填丝焊优点表现为：(1)可以降低对工件坡口加工，装配的精度要求，提高焊缝成形质量，扩大激光焊的适用范围；(2)可以用较小的功率实现厚板焊接；(3)通过调节填丝成分，可以控制焊缝区域的组织性能。激光填丝焊在车身制造中应用范围较小，主要有奔驰C级车后立柱焊接，奔驰以及江淮的商务车顶盖和侧围的连接，大众有一款车型四门方面有激光填丝焊。

3.3激光电弧复合焊

激光-电弧复合焊：是指将激光热源和作为第二热源的电弧复合起来作用在同一熔池上的焊接方法。激光电弧复合焊结合了激光和电弧的优势，使其即具备一般电弧焊的高适应性特点，又具备激光焊接的大熔深、高速、低变形的特点。激光电弧复合焊中所添加的电弧主要有TIG电弧、等离子弧和GMA电弧（即熔化极气体保护焊，包括MIG焊和MAG焊）。激光-GMA电弧复合焊是目前最受业界瞩目，且研究和应用最广的一种。

激光电弧复合焊工艺分析：由于激光复合焊相对于激光自熔焊有更好的间隙适应性，激光和电弧的相互作用可以达到更宽的熔宽和更深的熔深，并且拥有较高的焊接效率，而且还可用于厚板的多层多道焊接。因此激光复合焊的应用也随之越来越广泛。

在激光复合焊接时，除了我们行业内熟识的激光热源外，还存在另外一种热源——电弧。焊接电弧是指由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。焊接电弧的本质其实与雷雨天气时空中的闪电是相同的，只不过焊接电弧是人为可控的。通常与激光复合的热源有TIG（钨极氩弧焊）和MIG（熔化极惰性气体保护焊）。TIG和MIG最大的区别之处就在于其放电产生电弧的电极不同。TIG的电极是由钨针构成的，由于钨的熔点很高，在焊接时其损耗很小，需要时可以额外地填加焊料进行焊接。MIG，顾名思义，其产生电弧的电极是焊丝，在焊接时由送丝机源源不断地向前送丝，而焊丝的末端会由于电弧的作用而不断熔化，过渡到熔池并形成焊缝的一部分。

电弧焊时的能量是由弧焊电源来提供的。弧焊电源的正、负两极通过工件和焊枪上的电极导通而形成回路，从而引燃电弧并维持电弧稳定的燃烧。弧焊电源与普通的电力电源不同，是一种提供低电压、大电流的电源，电流一般可以达到几百安培，Fronius T PS5000弧焊电源的最大焊接电流可达500A，而正常焊接时电压值只有几十伏特。弧焊电源按照其输出电流的形式可分为直流电源、交流电源及脉冲电源等。弧焊时最主要的工艺参数就是焊接电流和焊接电压，而脉冲焊Fronius激光复合焊接头（MIG)接时会有脉冲频率及脉冲峰值等一些参数可调节。

4结束语

综上所述，汽车制造行业领域的蓬勃发展与我国经济与社会的进步息息相关，激光焊接技术正是汽车制造行业在快速发展背景下衍生出来的一种新技术，激光焊接技术的应用不仅给汽车生产企业带来了新的机遇，更给汽车行业带来了更加广阔的发展空间。虽然说，我国的激光焊接技术较发达国家依然存在着很大的差距，但笔者始终坚信，随着汽车制造行业领域的不断发展，激光焊接技术也会得到更进一步地提高。

参考文献

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[2] 张洪君,蒋志敏.激光焊接技术在汽车制造中的应用[J].汽车世界,2019(12):81.