激光焊接技术在汽车制造中的应用价值分析

屈红英（安徽省汽车工业学校，安徽 合肥 231131）



激光焊接技术在汽车制造中的应用价值分析

屈红英
（安徽省汽车工业学校，安徽 合肥 231131）

在当今的汽车制造业中，激光焊接技术已经凭借着其独特的先进性得到了广大汽车制造商的认可。本文对激光焊接技术进行论述，希望能对汽车制造业的从业者有所帮助。

骑车制造；激光焊接；价值；技术应用；质量

汽车制造业，是工业中的一项高端的综合产业，它是糅合了金属冶炼与铸造加工、电子器件制造、机械设计、电子电路设计、IT等多各领域技术内容的劳动密集型产业。众所周知，激光，凭借着其强大的能量和穿透性，近些年来在工业上得到了更为广泛的应用，在汽车制造业中，激光更是被用在了相关部件的焊接工艺中。

1 激光与焊接

激光，是一种能源放射的方式，具有速度快、效率高、穿透性强、精密度高等特点。在早年的技术研发中，有人曾经用激光在头发丝上成功的打孔，这一技术在当时震惊世界。目前，激光通常被应用在信息刻录、军事用途、工业切割等方面。焊接技术是一门传统的工业加工工艺，通常被用于两部分或者多部分同材料或者异材料的金属连接。这种工艺在机械制造、金属材料加工和工程建筑等方面都有着广泛的应用。

激光焊接和切割，如今在国际汽车制造业中已经占有了相当的地位。凭借着自身的特点，激光切割可以更好地适应如今汽车制造业中新结构、多品种、高品质低成本、轻量化等要求，并且已经为企业创造了巨大的效益。随着市场竞争的日益激烈，以价格取胜的经营策略已经行不通了。为了提升产品的档次，降低生产成本，汽车生产引入激光加工已经成为了当前的必然选择。汽车生产企业通过组建专项项目组，对激光焊接进行学习和研究，再将得到的成果运用于一线的生产。

2 汽车制造中激光焊接的具体内容

首先，要对激光焊接的作业中的几大关键部分内容进行总结。包括：大功率激光焊接作业中存在的复杂理化行为；等离子对激光的能量传输和耦合的作用机制；熔池的稳定性机理以及由于小孔缺陷产生的影响；总结出抑制焊缝和调控整体组织的合理的理论方法。

作为一项技术难度较高的先进工艺，激光焊接有着极其复杂的物理化学过程。在加工过程中，通过保证激光的能量，可以有效的与焊接工件形成足够程度的耦合，形成足够的合理的小孔与熔池，并保证其稳定，从而完成焊接并保证焊接质量的统一；通过操作，实现无缺陷或者低缺陷的高效焊接。（1）特有等离子体行为。在研究过程中，通过对特有等离子体的实验研究，结合精密的理论计算，总结出具体的等离子物理性特征，以此为根据建立出分层物理模型，从而进一步得出等离子对于激光能量的吸收作用微乎其微，但是却有强烈的散焦作用。在散焦作用下，焊接工件的能量密度和焊缝熔深都会受到极大的影响。通过这项研究，可以确保在实际操作中对等离子带来的不良影响加以抑制，对激光焊接过程中的能量传输和耦合行为有重大的影响。（2）小孔与熔池的稳定性机理。通过对激光与材料的互相作用的理论进行研究，建立起GAUSS面热源和峰值递增柱状热源的组合型热源模型，进一步通过技术手段，模拟小孔和熔池的同步耦合的并且对多场模拟的数值进行记录，对小孔进而熔池形成的瞬态行为进行可视化数值建模。然后对这些模拟出来的数值进行研究，全面揭示出小孔壁面金属流动速度的波动情况和小孔与熔池的稳定性的作用关系。（3）抑制大功率激光焊接缺陷形成机理。结合大量的工艺操作实验和数据分析测试，全面了解小孔带来的褶皱作用带来的不利影响、熔池表面存在付温度梯度产生的“咬边”和“驼峰”、因为熔池液体表面张力产生的下榻等典型焊接缺陷。通过对这一系列的问题进行解决方案的研究，避免因加工缺陷对焊接作业加工工件造成不利影响。

3 汽车制造中激光焊接的具体应用（以大尺寸白车身为例）

（1）对于超长三围曲线焊缝的热变形控制。对于白车身的焊接，顶盖和侧围的结合处加工难度很大，保持曲率的一致性加工难度非常高。对于加工过程中产生的大量残余应力，因为无法得到足够的空间进行释放，使工件出现波浪形、尖角突起等不良形变。对于大幅度曲面、薄板工件、长焊缝等部分进行焊接时，残余应力造成影响的现象会更为严重。

通过项目研究人员的理论计算和工艺实验分析，汇总大量的数据信息，并且将这些信息用于操作工艺水平提升。通过对整体热变形的焊缝的优化分为三个部分。主要包括焊缝分段优化、焊路路径规划优化、焊接顺序优化等三部分。通过相关工艺变换，降低左右光路切换频率，将生产效率大幅度提高。通过分段优化，将原本的单边的焊缝进行分段，先直线后圆弧，将直线部分进行一分为二的拆分，从中间起，降低圆弧面装配的相关要求，尽可能的减少热变形的积累，消除因热变形引起波浪、压痕和尖角。

（2）复杂曲面焊接过程中的焊缝驾车与补偿的自动化。由于顶盖属于三围曲面覆盖的特殊形状，相应的焊接单挑焊缝长度很大，并且在拼装状态下会有一定的不良影响，最终会造成拼缝和间隙无法达到理论值的要求范围。并且由于焊接的局部性热效应，焊缝间会产生不良形变。所以，面对这些问题，传统的焊接工艺已经不能满足部件加工的技术指标要求。

针对这一问题，相关技术研究人员开发了通过以视觉和触觉相结合的方式，对焊缝进行测量、跟踪和补偿，并且建立除了一套功能完善的操作系统。利用机器视觉技术，以汗死作为力敏元件，对有需要部分进行填充，通过转轴和伸缩臂组成机构，利用相应机构的自适应运动对程序设定位置和焊缝之间的偏差进行适当补偿。同时，根据现场实际工况的即时动态变换，对于拼装状态的焦点位置、束流能量和束流姿态等多维运动轨迹生成策略，对颊侧和控制过程中的实质性问题加以解决，并建立起焊接工作的实时监测和动态补偿的系统，通过这些措施，使加工经度控制在0.1 mm以内。

4 激光焊接工艺对比传统焊接工艺存在的优势

随着激光焊接的应用，传统焊接所暴露出来的各种弊端得到了很大程度上的解决。首先，激光焊接技术和传统焊接相比更加精准。通过专业仪器和技术人员的测算与设计，激光焊接的焊接工艺更加精确、误差率更小、精准度更高，更加适合车身的加工和高难度部位的技术处理。其次，激光焊接技术更加节约成本。一方面激光加工技术的能量释放更加集中，定位更加准确，能源利用效率更高更好，可以减少大量不必要的能源浪费，同时也避免了大量废料的产生，降低了报废工件的出产率。进一步将企业的生产损耗降到最低。第三，激光焊接技术更加高效。通过激光焊接的高精准度和更加科学的加工工艺，企业可以大幅度的提高生产效率，为企业节约时间成本邓小平同志曾经说过，科学技术是第一生产力。通过激光焊接之类的高端技术应用，我国的汽车工业必将能有一个大幅度的提高，并且在激烈的市场竞争中，取得更优异的成绩。

[1] 林元航.激光焊接技术及其在汽车工业的应用[J].机电工程技术，2016,05:21~24.

[2] 张妍.激光焊接在白车身上的应用现状[J].电焊机，2016,03:122~126.

[3] 田洪福，侯若明，丁莉.从一汽装备使用现状谈汽车制造创新与发展[J]. 世界制造技术与装备市场，2016,02:103~109.

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