试论激光焊接技术在汽车车身制造的应用.pdf

试论激光焊接技术在汽车车身制造的应用.pdf试论激光焊接技术在汽车车身制造的应用
闫东葛焱吕栋
长城汽车股份有限公司河北省 071000
摘要:激光焊接技术以其较高的焊接速度和优良的连接质量,大大提高了激光焊接技术在车
身制造领域的应用。在开发激光焊接新技术方面,激光焊接的发展以及大功率激光器的出现,
使得激光焊接技术进入了长期以来一直被传统焊接技术所垄断的汽车车身制造领域,由于激
光焊接技术运用于汽车车身能大幅度提高汽车的刚度、强度和密封性;降低车身重量并达到
节能的目的;使其在汽车车身的制造过程中得到了极为广泛的应用。
关键词:激光焊接;汽车车身;制造应用
中图分类号: 文献标识码:A 文章编码:
引言:汽车工业水平的高低在一定意义上可以反映一个国家工业水平的高低。激光焊采
用激光作为焊接热源,机器人作为运动系统。汽车工业的竞争就是汽车质量的竞争,生产成
本的竞争,经济效益的竞争。从 20 世纪 70 年代起,全球汽车制造企业之间的竞争越来越激
烈,企业在原来追求规模效益、降低生产成本、提高产品质量的基础上,把实现“以用户为
中心,快速响应市场,快速满足用户需求”作为加强自身竞争能力的主要目标。
一、激光焊原理
激光热源的特殊优势在于,它有着超乎寻常的加热能力,能把大量的能量集中在很小的
作用点上,所以具有能量密度高、加热集中、焊接速度快及焊接变形小等特点,可实现薄板
的快速连接。
当激光光斑上的功率密度足够大(>106/cm 平方)时,金属在激光的照射下迅速加热,
其表面温度在极短的时间内升高至沸点,金属发生气化。金属蒸气以一定的速度离开金属熔
池的表面,产生一个附加应力反作用于熔化的金属,使其向下凹陷,在激光斑下产生一个小
凹坑。
随着加热过程的进行,激光可以直接射入坑底,形成一个细长的“小孔”。当金属蒸气
的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后,小孔不再继续深入。光斑密度很大时,所
产生的小孔将贯穿于整个板厚,形成深穿透焊缝。小孔随着光束相对于工件而沿着焊接方向
前进。金属在小孔前方熔化,绕过小孔流向后方,重新凝固形成的焊缝如图 1 所示。
图 1 激光深熔焊原理
二、激光加工技术

三维激光切割技术,由于其本身具有加工灵活和保证质量的特性,在 80 年代就开始在汽
车车身制造中应用。切割时只需用平直的支撑块来支撑工件,因此,夹具的制作不仅成本低而
且快速。由于与 CAD/CAM 技术相结合,切割过程易于控制,可实现连续生产和并行加工,从而
实现高效率的切割生产。收稿日期:2000-03-30 切割车身板材,所使用的激光器主要有两大
类,即 CO2 激光器和 Nd:YAG 激光器,功率为 100~1500W。
影响激光切割工件质量的主要因素有:切割速度,焦点位置,辅助气体压力,激光输出功
率及模式。当采用高功率 CO2 激光器切割时,切割速度与材料厚度成反比,但在其它工艺参数
不变的情况下,切割速度可以有一个相对调节范围而仍能保持较满意的切割质量。图 2 示出
了由上、下两条曲线组合相应的切割速度允许的调节范围。

图 2 切割速度———材料厚度经验式示意曲线

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一,激光焊接的接头形