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汽车车身激光焊工艺

发布者:苏州凯林能自动化设备有限公司 发布时间:2023-03-19 11:34:35 点击次数:183 关闭

激光焊接技术作为光机电一体化的先进焊接技术,与传统的汽车车身焊接技术相比具有能量密度高、焊接速度快、焊接应力及变形小、柔性好等优势。因此,激光焊接技术是实现汽车产业高质量发展的重要技术手段。本文详细介绍了激光焊接在汽车车身焊接中的应用。目前应用在汽车车身焊接领域的主要激光焊接工艺包括激光深熔焊、激光填丝焊、激光钎焊以及激光电弧复合焊接。


汽车车身激光深熔焊工艺
激光深熔焊是指激光功率密度达到一定水平时,使材料表面发生汽化而形成匙孔,孔内金属蒸汽压力与四周液体的静压力和表面张力达到动态平衡,激光可通过匙孔照射到孔底,随着激光束的运动形成连续的焊缝。激光深熔焊焊接过程中不需要添加辅助焊剂或填料,完全利用工件自身材料焊接为一体。

激光深熔焊得到的焊缝一般光滑平直,变形量小,有利于提升汽车车身的制造精度;焊缝的抗拉强度较高,保证了汽车车身焊接质量;焊接速度快,有利于提高焊接生产效率。

在汽车车身焊接中,激光深熔焊工艺可以满足车身组焊和拼焊的焊接需求。在车身组焊中主要用于车身顶盖、侧围、车门等区域的焊接,在车身拼焊中主要用于不同强度、不同厚度、不同涂层的钢板焊接。

汽车车身激光填丝焊工艺

激光填丝焊接是在焊缝中预先填入特定焊丝或在激光焊接过程中同步送入焊丝来形成焊接接头的工艺方法。相当于在激光深熔焊的同时向焊缝熔池中输入近似同质的焊丝材料。
相比激光深熔焊,激光填丝焊应用于汽车车身焊接有两个方面的优势,一是可大幅提升待焊汽车车身部件之间装配间隙的容忍度,解决激光深熔焊对坡口缝隙要求过高的问题;二是可以通过使用不同成分含量的焊丝改善焊缝区域的组织分布,进而调控焊缝性能。

在汽车车身制造过程中,激光填丝焊工艺主要应用在车身铝合金和钢材部件的焊接。特别是汽车车身铝合金部件焊接过程中,其熔池表面张力较小,易导致熔池下塌,而激光填丝焊工艺在激光焊接过程中通过焊丝的熔化可以较大程度上解决熔池塌陷问题。

汽车车身激光填钎焊工艺
激光钎焊利用激光作为热源,激光束经过聚焦后照射到焊丝表面使焊丝熔化,熔化的焊丝滴落并填充到待焊工件之间,钎料与工件之间发生溶解和扩散等冶金效应,从而使工件达到连接的效果。
与激光填丝焊接工艺不同,激光钎焊工艺只熔化焊丝而不熔化待焊工件。激光钎焊具有良好的焊接稳定性,但得到的焊缝抗拉强度较低。
在汽车车身焊接过程中,激光钎焊工艺主要对接头强度要求不高的车身部位进行焊接,如车身的顶盖和侧围之间的焊接、行李箱盖上下部之间的焊接等。
汽车车身激光-电弧复合焊工艺
激光-电弧复合焊接是采用激光和电弧两种热源同时作用到待焊工件表面,使工件经过熔化、凝固后形成焊缝的一种复合焊接工艺。
激光-电弧复合焊接兼具了激光焊接和电弧焊的优点:
一、在双热源的作用下,焊接速度得以提高,使热输入变小,焊缝变形量小,保持了激光焊接的特点;
二、具有更好的桥接能力,装配间隙容忍度更大;
三、熔池的凝固速度变慢,有利于消除气孔、裂纹等焊接缺陷,有利于改善热影响区组织和性能;
四、由于电弧的作用,使其能够焊接高反射率、高导热系数的材料,应用材料的范围更广。
在汽车车身制造过程中,激光-电弧复合焊接工艺主要应用于车身铝合金构件和铝合金-钢异种金属结合处的焊接,主要是针对装配间隙较大的部件进行焊接,如汽车车门部分位置的焊接,这是因为装配间隙能发挥激光-电弧复合焊接的桥接性能。

其他汽车车身激光焊接工艺


激光深熔焊、激光填丝焊、激光钎焊以及激光-电弧复合焊等焊接工艺在汽车车身焊接中已经有了较为成熟的理论研究和广泛的实际应用。
除此之外,随着汽车制造业对车身焊接效率要求的提升以及汽车轻量化制造面临的异种材料焊接需求的增加,激光点焊、激光摆动焊、多光束激光焊以及激光飞行焊等工艺在汽车车身焊接中的应用得到关注。
01 激光点焊工艺
激光点焊是一种先进的激光焊接技术,具有焊接速度快,焊接精度高等突出优势。激光点焊的基本原理是将激光束聚焦到待焊零件上的某一点,使该点处的金属瞬间熔化,通过调节激光密度实现热导焊或深熔焊效果,当激光束停止作用时,液态金属回流、凝固后形成接头。
激光点焊主要有两种形式:脉冲激光点焊和连续激光点焊。脉冲激光点焊的激光束峰值能量高,但作用时间短,一般用于镁合金、铝合金等轻质金属的焊接;连续激光点焊一般激光束的平均功率高,激光作用时间长,多用于钢的焊接。激光点焊在汽车车身焊接中相比电阻点焊具有非接触、点焊轨迹可自主设计的优点,能满足汽车车身材料不同搭接间隙下的高质量焊接需求。
02 激光摆动焊接工艺
激光摆动焊接是近年来被提出的一种新型激光焊接技术,受到广泛关注。该技术的主要实现原理是通过在激光焊接头上集成振镜组,实现激光束快速、有序、小范围的摆动,从而达到激光焊接时光束边向前运动、边搅拌的效果。

激光摆动焊接主要摆动轨迹包括:横向摆动、纵向摆动、圆形摆动和无穷形摆动等。激光摆动焊接工艺用于汽车车身焊接过程中具有显著的优势,由于在激光光束摆动的作用下可以显著改变熔池的流动状态,因此既能在同种汽车车身材料焊接中能消除未熔合缺陷、实现晶粒细化和抑制气孔;又可改善汽车车身异种材料焊接时不同材料未充分混合、焊缝力学性能差的问题。


03 多激光束焊接工艺
目前光纤激光器可通过安装在焊接头中的分光模块将单束激光分为多束激光。
多光束激光焊接相当于在焊接过程中施加多个热源,可以通过调节光束的能量分布,使不同光束实现不同的功能,如:能量密度较高的光束为主光束,负责深熔焊接,能量密度较低的分光束可以对材料表面进行清洁和预热,增加材料对激光束能量的吸收率。
04 激光飞行焊工艺
激光飞行焊技术是一种新型高效的激光焊接技术,焊接效率高,焊接轨迹可自主化设计。
激光飞行焊接的基本原理是当激光束入射到扫描镜的 X,Y 两个反射镜上,通过自主编程控制反射镜的角度,从而实现激光束任意角度的偏转 。
传统的汽车车身激光焊接过程中,主要依靠焊接机器人带动激光焊接头进行同步运动,实现焊接效果。然而,汽车车身焊缝数量多、焊缝长度较长,焊接机器人重复性的往复运动严重限制了汽车车身的焊接效率。相比之下,激光飞行焊只需调整反射镜角度即可实现光束在一定范围内的焊接。因此,将激光飞行焊技术应用于汽车车身焊接中能够显著提升焊接效率,具有广阔的应用前景。


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