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激光焊接与激光钎焊技术

时间:2023-11-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:激光焊接技术的逐渐成熟使得各大汽车厂商无一例外地将激光焊接应用到了汽车生产线上。欧洲各大汽车公司的激光焊接设备绝大多数用于车顶焊接。目前,激光钎焊已在车顶与侧围外板、后盖焊接上得到广泛应用。远程激光焊接正在成为可替代传统汽车白车身电阻点焊的一种新手段。根据调查,业界已安装的远程激光焊接设备超过60套,主要集中在欧洲和北美地区。

激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热,激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散,将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。在汽车工业中,激光焊接是一种新型的焊接方式,可以进行车身拼焊、焊接和零件焊接等。

激光焊接有焊接深宽比高、焊缝平整美观、焊后无须处理或只需简单处理、无气孔、可精确控制、定位精度高、易实现自动化等特点,因此激光焊接在汽车行业发展迅速,成为发展最快的焊接技术之一。

激光焊接的主要优点包括:热影响区金相变化范围小,可省掉填料金属,没有电极污染或受损的顾虑,焊接空间限制小,工件可放置在封闭的空间焊接,可焊接小型且间隔相近的部件,可相互接合各种异质材料,易于自动化进行高速焊接,没有回熔的困扰,不受磁场影响能精确地对准焊件等。

采用激光焊接可以给汽车制造业带来巨大的经济效益,如车身装配中的大量点焊,把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接,凸缘宽度需要16 mm,而激光焊接是单边焊接,只需5 mm,把点焊改为激光焊,每辆车就可以节省钢材40 kg。激光焊接技术的逐渐成熟使得各大汽车厂商无一例外地将激光焊接应用到了汽车生产线上。

美国是最早将高功率激光器引入汽车工业的,在美国汽车工业中心底特律地区有40余家激光加工站,用于汽车金属件的切割和齿轮的焊接,使汽车的改型从5年缩短到2年。美国通用汽车公司已经采用22条激光加工生产线,美国福特汽车公司采用Nd∶YAG激光器结合工业机器人焊接轿车车体,极大地降低了制造成本。2000年,美国三大汽车公司已经有50%的电阻点焊生产线被激光焊生产线所取代。在日本,激光焊接在生产线上的成功应用为世界所瞩目,如在汽车车身制造中采用将薄钢板实施激光焊接后冲压成形的新方法,现在已为世界上大多数汽车厂家所仿效。世界上很多著名汽车公司都建有专门的激光焊接专用生产线:德国的蒂森克虏伯钢铁公司的轿车底板拼焊生产线,大众汽车公司的齿轮激光加工生产线,奔驰汽车公司的18个厂房里有8个厂房安装了激光加工设备。

普通激光焊接工艺主要被用于车顶焊接,可以适应新的车身结构设计。欧洲各大汽车公司的激光焊接设备绝大多数用于车顶焊接。目前,大众汽车公司已在Audi A6、Audi A4、Golf和Passat等车顶采用了此项技术,宝马5系、欧宝Vectra车型以及瑞典沃尔沃汽车公司的一些车型生产中,对激光焊接更是趋之若鹜。

在激光钎焊过程中,钎料被填入接头缝隙中,无须在焊后涂胶及添加饰条,能够节省大量工艺成本。目前,激光钎焊已在车顶与侧围外板、后盖焊接上得到广泛应用。激光钎焊在焊接车顶与侧围外板时的缺点是:它对夹具定位的要求较高,每种车型均需要专门的夹具来对车顶侧围进行夹持(图5-49),以保证焊缝的精度,获得稳定的焊接质量。因此,激光钎焊夹具的柔性较差。

图5-49 车顶激光钎焊的夹具

远程激光焊接正在成为可替代传统汽车白车身电阻点焊的一种新手段。远程激光焊接为非接触式焊接,采用专门的镜头将激光聚焦在1~2 m远的焊接工件上,镜头由机器人驱动(图5-50),通过机器人移动和激光聚焦点的变化,灵活地实现各个部位的焊接。激光远程焊接技术发挥了单侧、非接触式激光焊接带来的技术和经济优势,并将其与高速扫描镜片带来的优势相结合,大大缩短了焊接时间,在整个焊接工艺流程中提高了总生产效率。

目前,对钢制镀锌构件和铝合金构件而言,激光焊接是比较合适的工艺选择。根据调查,业界已安装的远程激光焊接设备超过60套,主要集中在欧洲和北美地区。

图5-50 远程激光焊接设备

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