激光焊接技术在汽车制造中的应用

窦豫山

摘 要：汽车制造商运用激光焊接技术，针对汽车发动机、车身以及悬架等各种零部件，从其本身结构设计、材料选用以及制造予以全面创新，使得汽车制造工业发展速度不断加快，有利于提高我国汽车制造业技术水平。为此，本文简要分析了激光焊接技术的基本原理，同时详细介绍了激光拼焊以及激光复合焊接技术等汽车制造业之中常用的激光焊接技术，以期为我国汽车制造商运用激光焊接技术的提供参考与帮助。

关键词：激光焊接技术 汽车制造 实际运用

Application of Laser Welding Technology in Automobile Manufacturing

Dou Yushan

Abstract：Automobile manufacturers use laser welding technology to comprehensively innovate various parts such as automobile engines， bodies， and suspensions from their own structural design， material selection and manufacturing， which makes the development of the automobile manufacturing industry continue to accelerate， which is conducive to improve the technological level of China's automobile manufacturing industry. To this end， this article briefly analyzes the basic principles of laser welding technology， and at the same time introduces in detail the laser welding technology commonly used in the automobile manufacturing industry such as laser tailored welding and laser hybrid welding technology， in order to provide reference and help for Chinese automobile manufacturers with laser welding technology.

Key words：laser welding technology， automobile manufacturing， practical application

基于科学技术的高速发展，激光焊接技术这一先进的制造技术已然在众多工业部门得到推广，尤其是汽车领域之内，许多发达国家企业车工业之中50%至70%的零部件普遍是应用激光焊接技术实现的，不仅可以大量缩减材料的使用量，同時也提高了材料整体强度。激光焊接技术相较于传统单一激光焊接技术具有更为明显的优势，激光焊接技术熔深更大，针对宽度较大的缝隙焊接能力更为优秀，并具有优秀的焊缝韧性，激光焊接技术利用焊丝便可以针对焊缝的组织结构予以更改，且焊接过程中可以实现无焊缝背面下垂的效果。因为激光焊接技术本身具备诸多优势，发达国家将其视汽车制造工业之中较为常用的一项技术，其运用也为我国汽车制造商创造了诸多经济效益。

1 激光焊接工作原理

激光焊接具体包括了热导焊以及深熔焊两种不同方式。热导焊过程中，激光辐射量直接作用在材料表层，辐射可以在材料表面转变为热量，借由热传导扩散至材料的内部，以令其熔化， 从而令两种不同材料的连接部分形成熔池。激光束朝向前后方向运动，熔池内的熔融技术逐渐凝固，构成将两块材料连接的焊缝。热导焊所运用的激光功率密度在105至106W/cm2之间。因为是依赖热传导完成焊接的，所以焊缝深度不大于2.5mm，焊缝深度与宽度之间比例一般不足1，多是应用在薄小零部件加工工作之中。

深熔焊期间，激光功率密一般处于106-107W/cm2，功率输入明显较热传导、对流以及热辐散热速率更高，目标材料表面因为汽化现象而产生小孔。经由小孔直接射入孔底，然后光束携带的大量的光能渗入小孔，小孔之外的材料处于持续流动的状态。小孔伴随着光束向不断移动，而熔融状态的金属填充小孔位移之后所产生的空腔，并逐渐冷却之后形成焊缝，焊缝过程也随之完成。整体焊接流程速度加快，焊接速度基本可以实现每分钟内数米，而深熔焊所形成的焊缝深度与宽度之间比例最高值可达到12：1。高效率的激光焊接普遍为深熔焊的方式，焊道熔深最大值高达38mm。

2 激光焊接的优势

激光焊接的优势较为明显，具体表现在如下方面：

激光束聚集功率密度较高，能够确保高质量且高精度完成焊接任务，焊缝的深度与宽度比值较高，特别是可以完成许多复杂结构焊接;加工速度加快，热影响范围小，焊接之后所产生的热变形以及残余应力较小，能够实现精准的焊接;激光加工属于一种非接触性加工，没有显著的机械力，也没有工具的消耗，焊接不需要刚性夹紧便可进行加工;可直接在空气内进行焊接，既不需要处于真空状态方可焊接，也不会在焊接过程中形成X射线，但需要在的保护环境下开展焊接工作，借此规划比有害气体侵入焊接熔池内;无需焊条或是填充材料，便可获取成分同母体材料相近的焊缝;激光本身无惯性，处于高速加工期间能够实现急停或是快速启动;激光焊接技术适宜于钛合金、铝合金以及镍基高温合金等不同类型材料与工程塑料，针对异种材料之间的焊接，例如奥氏体不锈钢同铜支架内的焊接，也可获得强度较为理想的接头;光束传输更为便捷，具有优秀的灵活性，容易同机器人或是数控技术之间有效结合，完成自动化加工，能够于高速状态下针对形状复杂的零部件予以焊接，进而获取精确度相对较高的焊缝。

3 汽车制造期间激光焊接技术的实际运用

3.1 激光焊接技术

激光焊接技术在运用期间具有传统焊接技术以及设备所不具备的优势，广泛应用于汽车制造各个环节之中，但具体焊接部位不同，所采用的焊接技术也存在差异。如激光焊接技术多应用在齿轮焊接工作之中。齿轮作为汽车制造期间至关重要的零部件，激光焊接技术于汽车制造范围之中最初的应用，便是把其应用在汽车变速器齿轮的焊接工作之中。变速器齿轮从技术角度而言，其重量以及运转速度都同车辆质量之间有密切关系，所以关于重量以及运转速度的要求也极为严格。

3.2 激光拼焊技术

如今，激光拼焊技术也成为汽车制造行业之中应用较为广泛的一项焊接技术，特别是汽车外壳制造期间，激光拼焊技术是极为关键的工作环节，直接影响汽车最终的制造质量。传统车壳制造流程中，汽车车壳普遍需要经过先冲压，然后进行焊接的方式。传统焊接技术的目标仅仅是将不同部分车壳冲压至理想外形之后，应用焊接技术将其连接为一体。传统焊接技术在实际运用期间却不能将已经成型的车壳各个部分拼接为一体，即便是勉强将不同部件拼接为一体，但整体效果往往也不能达到预期的要求。基于科学技术的不断发展，科研人员研发了激光拼焊技术，并将其应用在实际车辆制造工业之中，该技术有效处理了车壳拼接质量不满足要求的问题。激光拼焊技术的产生以及实际运用，完全改变了传统汽车制造流程中车身的制造程序，激光拼焊技术最为显著的优势便是优先将不同车壳部分焊接为一体，之后针对其予以冲压成型，也可以将表面附有涂层的金属板焊接为一体，之后予以冲压。以下图为例：

传统的车身制造之中，首先需要对若干个零件予以冲压，然后焊接成分总成，许多零件都需要焊接加强板一类的零件。与之相比，激光拼焊板冲压的优势更为显著，尤其是缩减工件总量，精简加工环节，减少施工成本方面效果明显。其在车辆中的运用范围如下所示：

该技术的优势主要表现为可以大幅精简车身零件总量、简化的车身整体结构，并结合不同部位关于强度要求的不同，而把不同厚度的板料焊接为一体，然后直接冲压成型，不需要添加焊接筋;同时降低车身自重，减少汽车能源的损耗;因为运用持续的激光焊替代点焊，使得车身整体刚度、安全性以及紧固性得到显著提高。

激光拼焊技术于实际应用过程中，可以结合车壳实际位置有针对性地选择相应性能的钢板加以焊接，激光拼焊技术已然是当前世界最为优秀的汽车车身焊接技术。激光焊接技术于现实焊接期间，还可以打破钢板本身的厚度、涂层与材质等不同方面的约束，并最大程度减少其余零部件的运用状况，同时缩减生产所需要投入的成本，并使得焊接整体质量得到显著提高。

3.3 激光复合焊接技术

激光复合焊接技术就实质而言，属于一种激光焊接技术的改良技术，于实际操作期间，激光复合焊接技术，于实际运用期间，激光复合焊接技术实则是将激光焊接技术同电弧焊接技术进行融合。激光焊接技术本身具有诸多优势，但从某种程度而言，也存在技术方面难以打破的困境。激光复合焊接技术于现实应用期间增添了激光焊接技术本身的可靠性，同时也最大程度加快了焊接流程的速度以及焊接整体的工作效率。众所周知，针对激光焊接技术而言，尽管焊接位置的受热面积相对较小，然而焊缝较深。电弧焊接技术最为显著的优势在于对焊接位置导热，令焊接本身受热面积扩大。将以上两种技术有机的融合，即产生了激光复合焊接技术，在焊接过程中，可以在保证焊缝深度的状况下，可以最大程度拓展目标材料的受热面积，使得焊接速度得到显著加快，同时也可以保证焊接整体质量。激光复合焊接技术已然是目前我国汽车制造领域之中最为核心与重要的技术。

4 结语

激光焊接技术具备密度高、加热范围小以及设备变形不明显等优势，如今广泛运用在汽车生产制造行业之中，激光拼接技术的引进在为汽车生产单位提供新的发展机遇的同时，也为企业创造了丰厚的经济价值，这也证明激光焊接技术具有显著的技术优势以及良好的发展前景。为此，作为汽车制造商，应对激光焊接技术以及激光拼焊技术等技术有更为深入且全面的了解，以提高我国汽车制造技术水平，保證车辆整体质量。

参考文献：

[1]段东磊.激光焊接技术在汽车制造中的应用现状及发展趋势[J].世界制造技术与装备市场，2019.

[2]蔡萧遥，宋春华，王宇，等.激光焊技术在汽车制造中的应用现状及发展趋势[J]. 福建质量管理，2018，000（022）：116-117，95.

[3]韩晓辉，张志毅，李刚卿.激光焊接技术在不锈钢轨道客车制造中的应用与展望[J]. 电焊机，2018，048（003）：1-8.