激光焊在汽车顶盖焊接中的应用

张述元

摘 要：为了更好的提升车体的使用寿命，强化车体材料的坑腐蚀性能，激光焊技术开始被广泛的应用在汽车工业制造当中，在汽车顶盖焊接中也有着非常广泛的应用。本文主要是将激光焊的工作原理和特点作为基础，对激光焊在汽车顶盖焊接中的应用进行了重点分析。

关键词：激光焊;汽车顶盖;焊接

0 引言

激光焊技术是将光学与金属学结合在了一，是人类焊接领域中的一大突破。激光焊接技术从上世纪80年代起就应用在了汽车车身的制造当中，是将激光作为焊接的光源，具有能量密度比较高的特点，并且焊接和切割的速度都比较快，加热的范围也比较小，使得激光加工的热影响区域会比较窄，能够在白车身制造领域中有着广泛的应用。在激光焊接技术的不断发展下，汽车制造的各个工艺中都开始广泛应用该项技术，在汽车顶盖的焊接更是有着普遍的应用。

1 激光焊的原理

激光焊接就是在受到一定的刺激后辐射放大，具体来说就是通过利用强光的方式来对相应的激光发生介质进行照射，通过这样的照射之后，激光发生介质内部原子的电子就会得到能量，但这种能量得到一定的积累之后，就会从先前的低能状态转变为高能态，进而促使电子出现跃迁的现象。当原子处在一个高能激发状态的时候，外界如果对其产生辐射，而原子一旦感应到辐射之后就会让处在激发状态的原值转变为低能态。

2 激光焊优势和局限

2.1 激光焊的优势

激光焊技术具有单面加工、搭边量小和焊接质量稳定的重要优势，并且它属于的是一种非接触式的加工方式，焊接的速度也比较快，不容易出现变形的现象。激光焊技术可以通过局部加热的方式完成加工，不容易造成热损伤的现象，热影响的区域也比较小，只会在加工工件的焊接表面产生熔化的现象。采用激光焊技术具有高效率和高质量的特点，它可以对自动化控制系统进行充分的利用，然后对光束做好精确化的控制，让焊接位置更加具有准确度。对于一些比较复杂的工件，利用激光焊技术可以让光束更加方便到达，并且还能实现多路焊接操作或者分时操作，能够更好的实现自动化的焊接。

2.2 激光焊的局限性

金光激光焊具有众多的优势特点，但是在实际的工业生产当中还是存在着很多的不足。激光焊比较容易出现气孔现象，比如说母材表面不够清洁就容易造成焊丝和激光束交叉相对位置发生改变的现象，会让焊缝的表面出现不同状态的气孔。在焊接的過程中还比较容易造成稳定性方面的问题。另外也比较容易出现焊缝单边焊的问题，在开展工件之间的焊接工作时，激光束与导嘴处焊丝的相对位置发生偏移，就会造成一定的问题。总体来说，激光焊对于技术水平的要求是比较高的，需要在前期有一个高成本的投入。此外还需要对激光光束的操控进行关注，将其作为技术难点来做好重点关注。

3 激光焊的常用工艺

3.1 熔焊

熔焊技术的主要原因就是，在使用高功率的激光对材料进行照射的时候，材料表面会因为蒸发作用而出现小孔，其中还会充满蒸汽，温度也会呈现出上升的状态，甚至可以将入射激光中所包含的所有能量都吸收干净。小孔的外壁可以将小孔内部庞大的热量都传递出来，这种高温的现象足够熔化小孔外侧的金属，并且还会随着激光光束位置而出现不断的前进。在此时，一直处在稳定状态的小孔和包围在小孔周围的熔融状态金属也会随之出现一定的移动。

3.2 钎焊

激光钎焊在对焊接区域中的焊丝表层进行高密度的激光照射的时候，会因为受到激光光束的高热量的影响，使得焊丝熔化成为熔融状态的金属。当焊丝出现熔化的现象之后就可以开展对焊接缝隙的连接工作。利用激光钎焊的方式来焊接可以让工件母材不受到激光侵蚀的影响，可以让焊接质量保持在更加稳定的状态当中，同时也能作对焊缝美观度的有效保证。在汽车的顶盖焊接当中对钎焊技术有了比较广泛的应用，并且也获得了不错的效果。

3.3 复合焊接

这种焊接方式的热源包括着激光，但是同时也包括着其他的辅助性热源。对于辅助性热源来说，它所发挥出的主要功能就是对上层材料进行直接的加热，这种方式比平常的焊接技术要更加容易保证好焊接表面温度的均匀性和稳定性。

4 激光焊在汽车顶盖焊接中的应用

将激光焊技术应用在汽车顶盖焊接当中需要一个完善的系统构造，这种系统的焊接热源需要选用的是激光，其中的运动系统主要是采用工业机器人的方式来展开具体的操作。

4.1 激光发生器

激光发射器指的就是能够产生激光并且具有耦合功能的设备，它能够将耦合后的激光做出输出操作，其性能的高低一般都与输出光束的质量和输出功率有着重要的联系。目前的汽车顶盖焊接当中普遍会采用两种类型的激光源，主要是YAG固体激光源和二氧化碳气体激光源，其中后者可以提供更加稳定且优质激光光束。

4.2 光纤和聚焦系统

在激光光束发生激光光源之后，一般都需要光线做好光束的传输工作，让其可以顺利的到达激光焊接头的位置上。除此之外，还需要对反射镜和聚焦镜等光学部件进行借用，通过这样的方式来实现对光束的聚焦处理，通过改变光束的传输方向和偏振状态来完成焊接工作。

4.3 焊接机器人

机器人系统的主要目的就是对焊接轨迹正常行走做好保证，同时还要对焊接参数做好合理调用，进而提供准确度高的电气信号类型。对于不同类别的激光焊接技术来说，因为受到不同焊接方法和焊接接头形式的影响，对于机器人系统的要求也是具有比较大的差异性，因此需要根据具体的情况来选用不同的机器人系统。

4.4 焊接头

焊接头能够利用光纤传导系统来实现对激光的校准和调整处理，让其可以转变为能够应用在实际的加工处理中的能量光束，让其具有更强的专业性。

4.5 焊接夹具

想要对焊缝位置的精准度和焊缝间隙的准确度做好保证，需要对焊接夹具进行积极的利用，通过做好零件尺寸的度量和装配，进一步的保证焊接质量。

4.6 自动化控制系统

想要实现对焊接过程的视频监视共和国能，让焊接机器人可以更加协调，需要对激光源安和焊接头之间的信号交换进行关注。自动化的控制可以让电气信号得到更加系统化的处理，而且完整的自动化系统可以实现对焊接操作的全局性控制。

4.7 独立工作间

激光光束中含有巨大的能量，通过激光源所产生的激光功率也是比较大的，这些会给工作人员造成一定的伤害。为了减少对工作人员的伤害，一般都需要在封闭的空间中开展激光焊接的工作。

5 结语

综上所述，激光焊技术的焊缝质量，不仅焊缝均匀、平整光滑，并且外形也非常美观，具有很多的优势特点，能够在很大程度上加大车身的焊接强度，对提升汽车的安全品质具有重要的作用。未来的激光焊技术将得到越来越多汽车制造企业的积极使用和推广，并且也会得到更深层次的研究，可以更好的服务于更多的工业生产当中。

参考文献：

[1]王晓兵，岳智，邓大伟，等.顶盖激光钎焊主要缺陷及关键影响因素的研究[J].时代汽车，2020（12）：118-120.

[2]左坚，韦加业，韦巧.激光焊接在汽车顶盖焊接中的应用[J].中国设备工程，2018（17）：94-95.

[3]刘建焕.一种新式激光焊接设备应用研究[J].时代汽车，2019（3）：121-123.

[4]杨文江，张丽芳，张宇.铝合金车身激光搭接焊焊缝表面质量改善试验研究[J].汽车工艺与材料，2020（5）：34-39.

[5]蒋志伟，张玉.6061铝合金光纤激光填丝焊工艺与性能研究[J].热加工工艺，2015（7）：189-191.