焊接

盤點汽車車身多種激光焊接工藝!

轉載 :  zaoche168.com   2023年01月18日

激光焊接技術作為光機電一體化的先進焊接技術,與傳統的汽車車身焊接技術相比具有能量密度高、焊接速度快、焊接應力及變形小、柔性好等優勢。

因此,激光焊接技術是實現汽車產業高質量發展的重要技術手段。本文詳細介紹了激光焊接在汽車車身焊接中的應用!

目前應用在汽車車身焊接領域的主要激光焊接工藝包括激光深熔焊、激光填絲焊、激光釬焊以及激光電弧復合焊接。


一、汽車車身激光深熔焊工藝

激光深熔焊是指激光功率密度達到一定水平時,使材料表面發生汽化而形成匙孔,孔內金屬蒸汽壓力與四周液體的靜壓力和表面張力達到動態平衡,激光可通過匙孔照射到孔底,隨著激光束的運動形成連續的焊縫。激光深熔焊焊接過程中不需要添加輔助焊劑或填料,完全利用工件自身材料焊接為一體。

激光深熔焊得到的焊縫一般光滑平直,變形量小,有利于提升汽車車身的制造精度;焊縫的抗拉強度較高,保證了汽車車身焊接質量;焊接速度快,有利于提高焊接生產效率。

在汽車車身焊接中,激光深熔焊工藝可以滿足車身組焊和拼焊的焊接需求。在車身組焊中主要用于車身頂蓋、側圍、車門等區域的焊接,在車身拼焊中主要用于不同強度、不同厚度、不同涂層的鋼板焊接。


二、汽車車身激光填絲焊工藝

激光填絲焊接是在焊縫中預先填入特定焊絲或在激光焊接過程中同步送入焊絲來形成焊接接頭的工藝方法。相當于在激光深熔焊的同時向焊縫熔池中輸入近似同質的焊絲材料。

相比激光深熔焊,激光填絲焊應用于汽車車身焊接有兩個方面的優勢,一是可大幅提升待焊汽車車身部件之間裝配間隙的容忍度,解決激光深熔焊對坡口縫隙要求過高的問題;二是可以通過使用不同成分含量的焊絲改善焊縫區域的組織分布,進而調控焊縫性能。

在汽車車身制造過程中,激光填絲焊工藝主要應用在車身鋁合金和鋼材部件的焊接。特別是汽車車身鋁合金部件焊接過程中,其熔池表面張力較小,易導致熔池下塌,而激光填絲焊工藝在激光焊接過程中通過焊絲的熔化可以較大程度上解決熔池塌陷問題。


三、汽車車身激光填釬焊工藝

激光釬焊利用激光作為熱源,激光束經過聚焦后照射到焊絲表面使焊絲熔化,熔化的焊絲滴落并填充到待焊工件之間,釬料與工件之間發生溶解和擴散等冶金效應,從而使工件達到連接的效果。

與激光填絲焊接工藝不同,激光釬焊工藝只熔化焊絲而不熔化待焊工件。激光釬焊具有良好的焊接穩定性,但得到的焊縫抗拉強度較低。

在汽車車身焊接過程中,激光釬焊工藝主要對接頭強度要求不高的車身部位進行焊接,如車身的頂蓋和側圍之間的焊接、行李箱蓋上下部之間的焊接等。


四、汽車車身激光-電弧復合焊工藝

激光-電弧復合焊接是采用激光和電弧兩種熱源同時作用到待焊工件表面,使工件經過熔化、凝固后形成焊縫的一種復合焊接工藝。

激光-電弧復合焊接兼具了激光焊接和電弧焊的優點,一是在雙熱源的作用下,焊接速度得以提高,使熱輸入變小,焊縫變形量小,保持了激光焊接的特點,二是具有更好的橋接能力,裝配間隙容忍度更大;三是熔池的凝固速度變慢,有利于消除氣孔、裂紋等焊接缺陷,有利于改善熱影響區組織和性能;四是由于電弧的作用,使其能夠焊接高反射率、高導熱系數的材料,應用材料的范圍更廣。

在汽車車身制造過程中,激光-電弧復合焊接工藝主要應用于車身鋁合金構件和鋁合金-鋼異種金屬結合處的焊接,主要是針對裝配間隙較大的部件進行焊接,如汽車車門部分位置的焊接,這是因為裝配間隙能發揮激光-電弧復合焊接的橋接性能。


五、其他汽車車身激光焊接工藝

激光深熔焊、激光填絲焊、激光釬焊以及激光-電弧復合焊等焊接工藝在汽車車身焊接中已經有了較為成熟的理論研究和廣泛的實際應用。

除此之外,隨著汽車制造業對車身焊接效率要求的提升以及汽車輕量化制造面臨的異種材料焊接需求的增加,激光點焊、激光擺動焊、多光束激光焊以及激光飛行焊等工藝在汽車車身焊接中的應用得到關注。


01 激光點焊工藝

激光點焊是一種先進的激光焊接技術,具有焊接速度快,焊接精度高等突出優勢。激光點焊的基本原理是將激光束聚焦到待焊零件上的某一點,使該點處的金屬瞬間熔化,通過調節激光密度實現熱導焊或深熔焊效果,當激光束停止作用時,液態金屬回流、凝固后形成接頭。

激光點焊主要有兩種形式:脈沖激光點焊和連續激光點焊。脈沖激光點焊的激光束峰值能量高,但作用時間短,一般用于鎂合金、鋁合金等輕質金屬的焊接;連續激光點焊一般激光束的平均功率高,激光作用時間長,多用于鋼的焊接。激光點焊在汽車車身焊接中相比電阻點焊具有非接觸、點焊軌跡可自主設計的優點,能滿足汽車車身材料不同搭接間隙下的高質量焊接需求。


02 激光擺動焊接工藝

激光擺動焊接是近年來被提出的一種新型激光焊接技術,受到廣泛關注。該技術的主要實現原理是通過在激光焊接頭上集成振鏡組,實現激光束快速、有序、小范圍的擺動,從而達到激光焊接時光束邊向前運動、邊攪拌的效果。

激光擺動焊接主要擺動軌跡包括:橫向擺動、縱向擺動、圓形擺動和無窮形擺動等。激光擺動焊接工藝用于汽車車身焊接過程中具有顯著的優勢,由于在激光光束擺動的作用下可以顯著改變熔池的流動狀態,因此既能在同種汽車車身材料焊接中能消除未熔合缺陷、實現晶粒細化和抑制氣孔;又可改善汽車車身異種材料焊接時不同材料未充分混合、焊縫力學性能差的問題。


03 多激光束焊接工藝

目前光纖激光器可通過安裝在焊接頭中的分光模塊將單束激光分為多束激光。

多光束激光焊接相當于在焊接過程中施加多個熱源,可以通過調節光束的能量分布,使不同光束實現不同的功能,如:能量密度較高的光束為主光束,負責深熔焊接,能量密度較低的分光束可以對材料表面進行清潔和預熱,增加材料對激光束能量的吸收率。


04 激光飛行焊工藝

激光飛行焊技術是一種新型高效的激光焊接技術,焊接效率高,焊接軌跡可自主化設計。

激光飛行焊接的基本原理是當激光束入射到掃描鏡的 X,Y 兩個反射鏡上,通過自主編程控制反射鏡的角度,從而實現激光束任意角度的偏轉 。

傳統的汽車車身激光焊接過程中,主要依靠焊接機器人帶動激光焊接頭進行同步運動,實現焊接效果。然而,汽車車身焊縫數量多、焊縫長度較長,焊接機器人重復性的往復運動嚴重限制了汽車車身的焊接效率。相比之下,激光飛行焊只需調整反射鏡角度即可實現光束在一定范圍內的焊接。因此,將激光飛行焊技術應用于汽車車身焊接中能夠顯著提升焊接效率,具有廣闊的應用前景。

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