汽车车身制造的激光焊接应用

杨晓东 王少昌 吕志海

摘要：汽车车身由不同的金属构件及覆盖件组成，例如车身框架是由上边梁、下边梁、纵梁、横梁、立柱等金属构件所构成；车身蒙皮是由顶盖、翼子板、隔板等覆盖件所组成。激光焊接技术以其先进、快速、灵活的特性被广泛应用于汽车制造工业，它为汽车新产品的开发提供了技术保障和质量保证。将激光焊接技术应用到汽车车身有利于提高汽车行业的核心竞争力。本文就汽车车身制造中激光焊接技术的应用进行了分析。

关键词：汽车车身制造；激光焊接；应用

汽车工业的竞争主要表现在汽车质量的竞争。在汽车的四大生产工艺中焊接技术直接影响车身的外观质量以及总装配的难易程度，因此汽车车身焊装工程对汽车整车制造的影响重大。激光焊接是21世纪汽车工业上应用的新技术。它采用偏光镜反射激光产生的光束，使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，例如激光束在聚焦点上的直径为0.3～0.5mm，可得到超过106～108W/cm2的光强，如果焦点接近工件，工件表面会产生极高温度，在几毫秒内熔化，达到熔化结合的物理变化，也就是起到了点焊的作用，但是焊接的牢固性超过普通的点焊，所以将激光焊接技术应用于汽车车身制造中可以更高地提高汽车的制造品质。

一、激光焊接的原理及特点

激光即“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质，使介质内部原子的电子获得能量，受激而使电子运动轨道发生迁移，由低能态变为高能态。处于激发态的原子，受外界辐射感应，使处于激发态的原子跃迁到低能态，同时发出一束光；这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此时的光为受激辐射光。

为了得到高能量密度、高指向性的激光，必须要有封闭光线的谐振腔，使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡，进而提高光强，同时提高光的方向性。含有钕（Nd）的YAG结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为1.064um的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下，也能实现连续发振。YAG晶体是宝石钇铝石榴石的简称，具有优异的光学特性，是最佳的激光发振用结晶体。

激光焊的工艺参数如下：

众所周知，激光焊接具有多参数特点，通常情况下包括激光波长、激光束模式（或发散角）、激光功率、激光偏振特性、激光脉冲频率、聚焦镜焦距、激光照射角度、焊接速度、离焦量（或称焦点位置）、气体保护方式、保护气种类及流量、接头间隙等激光加工参数，另外还包括焊接结构、焊接材料、工件厚度等工件特性和参数。如果是激光填丝焊（或激光硬纤焊），激光焊接参数应包括焊丝直径、焊丝成分、填丝速度、填丝方向（与焊接方向的关系）、填丝位置（焊丝熔化端与工件和激光焦点之间的关系）、填丝角度等相关参数。

激光焊接的的主要特点如下：（1）单色性。激光不是由许多不同的光混合而成的，它是最纯的单色光（波长、频率）；（2）方向性。激光传播时基本不向外扩散；（3）相干性。激光的位相（波峰和波谷）很有规律，相干性好；（4）高输出功率。用透镜聚焦激光后，所得到的能量密度是太阳光的几百倍。（5）短时间焊接，既对外界无热影响，又对材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合加工高熔点、高硬度、特种材料。（6）焊接一致性、稳定性好一般不加填充金属和焊剂，并能实现部分异种材料焊接。（7）焊缝强度高、焊接速度快、焊缝窄且通常表面状态好，免去焊后清理等工作。

二、激光焊接在汽车制造中的应用

1、车身不等厚板的激光拼焊。

消费者在购车过程中除了考虑性能和价格，汽车车身的设计和造型也是决定消费者购买汽车的重要因素，因此在车身设计制造过程中，需要将不同厚度、材质、性能的板材进行连接，而激光焊接技术的应用就能够帮助制造人员更好地完成拼接。而且激光拼接技术的应用能够减少零件和模型的用量，减少工作流程，现阶段已经得到了广泛的应用。1985 年德国的钢铁公司和德国大众汽车公司合作，激光拼接技术成功应用于奥迪100轿车的底盘拼接中。随后激光拼焊技术就开始得到广泛的应用，到了二十世纪九十年代，通过采用激光拼焊板技术能够减少四分之一的车身零件，让汽车得到了真正的減重，现阶段激光拼焊板技术不只是应用在汽车底盘，也被应用到了汽车车身的各个部位。比如某汽车制造企业，在汽车内部行李箱加强板、减震器支座、保险杆等多种部位都应用了激光拼焊技术。相较于国外的汽车制造行业的发展，中国的激光拼焊板技术在2002年才正式的投入汽车制造中，现阶段国内开发出来的激光拼焊板技术，采用了德国和日本的核心技术和设备，国家在自主研发方面还需要得到进一步发展。激光拼焊板技术在奥迪、别克、帕萨特等中高档汽车中都得到了全面的应用。

2、车身总成和分总成的激光组焊。

不只是拼接板技术，激光组焊技术自从上世纪八十年提出开始就被运用在了汽车车身的制造领域，主要负责车身总成和分总成之间的焊接。通过运用的激光阻焊技术能够从根本上提高焊接的速度和拦截质量，因此得到了广泛的应用，而组焊技术的提出，也改变了传统焊接技术在汽车车身制造领域中的垄断地位。利用这种技术能够有效提高汽车车身的装配精度和刚度，并且达到节能减排的目的。而车身性能的提高，也保证了汽车使用过程中的安全性和稳定性。在对汽车车身进行激光组焊的过程中，通过降低车身制造中产生的冲压和装配成本，提高车身一体化程度。这样的汽车在行驶过程中相较于传统焊接而成的汽车，产生的噪音和震动较小，而增强了驾驶人的驾驶舒适度。在车身焊接过程中主要包括了分总成焊接、汽车侧位和顶部的焊接、汽车后续的焊接工作。现阶段，很多汽车品牌都采用了这种激光焊接技术，比如，东风标致、途安等，其中一汽大众公司旗下的所有品牌车型都应用了不同程度的激光组焊技术。

3、汽车零部件的激光焊接。

不只是车身在汽车的零部件中也有激光焊接技术的体现，利用这种焊接技术能够提高零部件的焊接速度和焊接效率，保证零部件的完整性。比如，汽车的传动轴、增压器、车门铰链等都可以应用激光焊接技术。

三、结语

总之，激光焊接技术已经成为现阶段绝大部分汽车企业的必备技术，如今激光焊接应用于汽车车身生产已经成为一种趋势，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。在今后的汽车制造过程中，相关人员要进一步熟练掌握激光焊接相关工艺，使其更好地应用于汽车车身制造过程中。

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