激光焊接因具有高能量密度、深穿透、高精度、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此受到航空航天、機(jī)械、電子、汽車、造船和核能工程等領(lǐng)域的普遍重視。尤其在汽車生產(chǎn)中，無論是車身組裝還是汽車零部件的生產(chǎn)，激光焊接都得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家50% ～70%的汽車零部件都是用激光加工完成的，其中主要以激光焊接和切割為主，激光焊接在汽車生產(chǎn)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝。
激光焊接應(yīng)用技術(shù)
1、汽車車身激光焊接技術(shù)
汽車車身是典型的薄板殼結(jié)構(gòu)，由低合金高強(qiáng)度薄鋼板經(jīng)沖壓、剪裁、整形制成覆蓋件，并經(jīng)焊接裝配而成。車身裝配中焊點(diǎn)可達(dá)幾千個(gè)，傳統(tǒng)焊裝采用的是電阻點(diǎn)焊工藝。電阻點(diǎn)焊工藝是用兩個(gè)電極從兩個(gè)方向壓緊工件，在兩塊搭接件上加壓并通電，使接觸面間形成焊點(diǎn)而將工件焊在一起。為滿足結(jié)合和外形要求，各焊點(diǎn)間要保持一定間隔。點(diǎn)焊時(shí)焊鉗在工件邊緣下進(jìn)行焊接，凸緣寬度需要16mm；而激光焊為單邊焊接，凸緣寬度只需5mm。把點(diǎn)焊改為激光焊，僅此一項(xiàng)每輛車就可節(jié)約鋼材40kg。
激光焊接形成的窄而深的焊縫容易使工件焊透。激光頭和待焊件之間無任何機(jī)械接觸，不存在加工機(jī)械應(yīng)力。激光焊縫的拉伸強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度與母材相當(dāng)，符合承載力要求，這樣可使構(gòu)件材料減薄，車身重量減輕。同時(shí)，由于激光焊接采用計(jì)算機(jī)控制，所以具有較強(qiáng)的靈活性和機(jī)動(dòng)性，可以對(duì)形狀特殊的門板、擋板、齒輪、儀表板等進(jìn)行焊接。加上光纖傳輸系統(tǒng)和機(jī)械手，就可實(shí)現(xiàn)汽車裝配生產(chǎn)線的自動(dòng)化。
2、激光拼焊技術(shù)
激光拼焊技術(shù)是激光焊接應(yīng)用于汽車制造業(yè)最成功、效益最明顯的一項(xiàng)技術(shù)。汽車工業(yè)最初應(yīng)用拼焊板時(shí)，主要是為了解決軋機(jī)軋出的鋼板板寬不夠的問題，通過拼焊技術(shù)來滿足汽車工業(yè)對(duì)寬板的要求。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，拼焊板向著差厚板方向發(fā)展，即可將不同厚度的鋼板拼焊，這時(shí)才真正達(dá)到了汽車鋼板拼焊的目的。發(fā)明激光拼焊板技術(shù)的蒂森克虜伯公司于1985年在奧迪100的生產(chǎn)制造中首次應(yīng)用了這一技術(shù)。激光拼焊技術(shù)是在進(jìn)行車身制造時(shí)，根據(jù)車身不同部位的性能要求，選擇鋼材牌號(hào)、種類、等級(jí)和厚度不同的鋼板，通過激光裁剪和拼焊，將車身某一部位如側(cè)圍、底板、車門內(nèi)門、支柱等(見圖1)拼焊起來再?zèng)_壓成形，目的是在保證車身強(qiáng)度的前提下，降低車身重量。這種技術(shù)具有一系列優(yōu)越性：
(1) 減少零件數(shù)量及大量沖壓加工的設(shè)備和工序。拼焊可以一體成形，根據(jù)不同部位對(duì)強(qiáng)度的不同要求，將不同厚度的板料焊在一起，再一次沖壓成形，同時(shí)可提高車身精度，減少大量沖壓加工的設(shè)備、工序和模具。
(2) 減輕構(gòu)件重量。由于采用不同鋼板拼接，對(duì)易腐蝕的部位可采用涂鍍層鋼板以提高使用壽命，對(duì)不承受載荷或載荷較小的部位可采用更薄的鋼板，而對(duì)承受載荷的部位可采用高強(qiáng)度鋼板，不再需要焊接加強(qiáng)筋，使車身結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，從而減少鋼材消耗和生產(chǎn)成本，減輕車身重量，最終降低汽車能耗。
(3) 提高構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量和可靠性。由于采用連續(xù)的焊接代替不連續(xù)的點(diǎn)焊、鉚接，車身剛度和緊固性、安全性得以很大提高。
(4) 為生產(chǎn)寬體車提供可能。由于軋機(jī)限制，不可能生產(chǎn)太寬的鋼板，而汽車對(duì)寬板的要求日趨緊迫。采用激光拼焊不失為一種有效而經(jīng)濟(jì)的工藝方法。激光拼焊使汽車造型更美觀、舒適。
在分析車身結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇少數(shù)幾種典型的鋼板拼焊成形，可提高材料利用率，省去二次加工過程，并大大減少模具數(shù)量。日本豐田汽車公司側(cè)圍生產(chǎn)線采用拼焊板后，零件數(shù)量減少66%，模具從20副減少為4副，材料利用率由40%提高到65%。采用激光拼焊，一臺(tái)中型轎車可減重9kg且不會(huì)影響其強(qiáng)度。
目前，國外大型鋼鐵公司都在大力發(fā)展激光拼焊生產(chǎn)線。安賽樂米塔爾已擁有激光拼焊生產(chǎn)線35條，其產(chǎn)品在歐洲市場(chǎng)占有率超過50%；意大利Solblank公司已有14條激光拼焊生產(chǎn)線投入生產(chǎn)，而且還準(zhǔn)備在英國及美國建立4條激光拼焊線；蒂森克虜伯已在印度尼西亞和美國(底特律)建立了激光拼焊合資公司；英國鋼鐵建成了能向汽車制造商提供拼焊板的專門中心(企業(yè)) ；美國和日本也都建立了類似的公司。目前，西歐生產(chǎn)的拼焊板占世界總產(chǎn)量的70% ，美國生產(chǎn)的占20% ，日本生產(chǎn)的占10%。
我國一些汽車制造廠家已經(jīng)在部分新車型中采用了激光焊接技術(shù)，如上海大眾在新上市轎車車身制造中采用了激光焊接技術(shù)；武漢華工激光工程公司為轎車前縱梁提供了幾百套不等厚激光焊板，焊接質(zhì)量達(dá)到了歐洲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。蒂森克虜伯鞍鋼中瑞激光拼焊板有限公司是鞍鋼首條直接面向汽車制造企業(yè)的激光拼焊板生產(chǎn)線，它標(biāo)志著鞍鋼在冷軋產(chǎn)品深加工領(lǐng)域邁出了重要一步。
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