汽车车身焊接技术的发展与分析

汽车车身焊接技术的发展与分析内容摘要：

种方式并不熔化工件本身，而是利用激光的热效应熔化焊丝，并将其填充到所需焊接的两个工件之间，其优 点在于焊缝美观，产生的热变形小，汽车顶盖的焊接多采用此种方式。 下面结合实例来具体说明上述焊接方式。 【 3】 汽车顶盖激光钎焊技术： 汽车顶盖激光钎焊技术是最早应用于车身加工的激光工艺，其原理为利用激光将焊丝（一般为铜硅合金）熔化并填充到顶盖与侧围工件的缝隙中，不但起到连接的作用还可以进行密封。 激光源采用 YAG 连续型激光发生器，最高输出可达 4kW，由于焊丝的熔点相对钢板要低，所以选择激光的输出功率范围为（ ～ 2） kW，在熔化焊丝的同时，保证顶盖和侧围不产生热变形。 激光采用柔性的光缆传输，可以使激光发生器与焊接工位分开，避免设备受到损伤。 根据焊丝直径的大小，在焊接端利用光学镜头改变激光聚焦的光斑大小使之相互匹配，如焊丝直径为 ，将激光聚焦的光斑直径调整为 ，使激光 最大限度地作用于焊丝上。 焊接过程中由机器人带动自适应式焊接镜头 见图 1， 图 1 由机器人带动自适应式焊接镜头 转 动轴带动伸缩臂在水平方向 上转动，而伸缩臂自身可以在垂直方向移动 见图 2。 5 图 2 伸缩臂自身可以在垂直方向移动 由于焊丝具有一定的强度，可以在焊接过程中作为导向指针，整个伸缩臂由焊丝导向运动轨迹，这样就弥补了焊接工作站如图 3 所示， 图 3 焊接工作站示意图 整个系统采用 PLC（可编程逻辑控制器）编程控制，机器人带动镜头移动至焊接起始点，使焊丝切入焊缝，压缩空气打开，此时机器人控制器向激光发生器与送丝机发出指令，保证激光发射与送丝同步进行。 焊丝被熔化后填入缝隙，经冷却形成光滑平整的焊缝，焊接速度可达 2m/min。 焊接过程中使用保护气体（氩气或氮气），可避免焊缝周边工件被氧化，使焊缝视觉效果更加美观。 穿透焊的过程与钎焊有所不同，激光在两层钢板上进行穿 透焊接，无焊丝填充，机器人带动镜头按照预先编定的轨迹直接焊接，无需导向装置。 穿透焊采用激光功率为 4kW，远高于钎焊。 因为焊接中需要熔化工件，所以在焊缝的两端需要设置功率 6 斜坡，即在焊接起始时，功率在 30ms 内从 1kW 线性增加至 4kW，结束时功率在 30ms内从 4kW 降到 1kW。 这样做的优点在于避免在起弧和收弧时将钢板焊穿，形成小洞，从而影响焊接质量。 为了防止锈蚀，大众汽车的白车身均采用双面镀锌钢板。 由于锌的沸点（ 907℃ ）远比钢铁（ 2590℃ ）的沸点低，因此在焊接时，表面的锌会首先汽化。 如果两层钢板贴得非常 紧密，汽化后的锌蒸汽无法排出，冷却后将存留在焊缝中，这样会大大降低焊缝的强度，影响焊接质量。 因此，焊接前应先将工件冲出高度为 ～ 的小坑，以保证工件之间有足够的缝隙排出锌蒸汽。 由于飞溅大，穿透焊的焊缝相对于钎焊更粗糙，但是强度比普通点焊要强得多。 如今，激光焊接应用于汽车白车身已经成为一种趋势，采用激光焊接不仅可以降低车身重量、提高车身的装配精度，同时还能大大加强车身的强度，在用户享受舒适的同时，为其提供更高的安全保障。 【 4】 激光焊接的主要优缺点： 优点： （ 1） 、可将入热量降到 最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。 （ 2） 、 32mm 板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格，可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。 （ 3） 、不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。 且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低。 （ 4） 、激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。 （ 5） 、工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）。 （ 6） 、激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件， （ 7） 、可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料。 （ 8） 、易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控制。 （ 9） 、焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。 （ 10） 、不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易），能精确的对准焊件。 （ 11） 、可焊接不同物性（如不同电阻）的两种金属 7 （ 12） 、不需真空，亦不需做 X 射线防护。 （ 13） 、若以穿孔式焊接，焊道深一宽比可达 10:1 （ 14） 、可以切换装置将激光束传送至多个工作站。 缺点 ： （ 1） 、 焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内 （ 2） 、焊件需使用夹治具时，必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准。 （ 3） 、最大可焊厚度受到限制渗透厚度远超过 19mm 的工件，生产线上不适合使用激光焊接。 （ 4） 、高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所改变。 （ 5） 、当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现。 （ 6） 、能量转换效率太低，通常低于 10%。 （ 7） 、焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑。 （ 8） 、 设备昂贵。 激光焊接设备 激光焊接设备的关键是功率激光器，主要有两大类：一是固体激光器，又称Nd:YAG 激光器。 Nd（钕）是一种稀土族元素， YAG 代表钇铝柘榴石，晶体结构与红宝石相似。 Nd:YAG 激光器波长为 ，优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统，通常用于焊接精度要求比较高的工件。 汽车工业常用输出功率为 34 千瓦的 Nd:YAG 激光器。 另一类是气体激光器，又称 CO2 激光器，分子气体作工作介质，产生平均为 的红外激光，可以连续工 作并输出很高的功率，激光功率在 25 千瓦之间，目前已有 20 千瓦在实验运用。 【 5】 3 激光焊接在大众迈腾车身制造中的应用 目前一汽大众公司在 Audi C Golf A宝来、速腾、迈腾、 Model X 等几乎所有品牌的车型制造过程中，均不同程度地采用激光切割、激光熔化焊接和激光复合焊接等先进的制造技术 .下面就详细介绍一下激光焊接技术在迈腾车身制造中的应用。 迈腾的激光焊缝长达 42m，保证了其整体尺寸的精确性、车身强度和刚性。 迈腾的激 8 光焊接主要是在车身的顶盖和侧围的连接、底板不等厚板的拼接、车门内板不等厚板的 拼接、底板与侧围、后围板、前后风窗口以及门框等连接处。 在外观上，采用激光复合钎焊的车顶只有一条细致平滑的焊缝，直接作为外表面而增加了车身的流线视觉效果。 而采用传统点焊工艺的车顶则有两条橡胶密封条。 迈腾车身激光切割技术的特点 用激光将不同厚度、不同材质、不同或相同性能的几块薄板拼焊起来，再冲压成形。 不但提高了板材利用率（由 40%～ 60%提高到 70%～ 80%），而且减轻了车身重量，提高了车身结构的综合力学性能。 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，通过激光裁剪 和拼装技术完成车身某一部位的制造，例如迈腾前挡风玻璃框架、车门内板、车身前底板等处均采用激光拼接技术。 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优点。 迈腾车身激光熔焊焊接方法的特点 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。