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汽車行業(yè)中采用激光焊接的案例司空見(jiàn)慣，無(wú)論是白車身還是裝飾好的車，僅憑肉眼就能分辨的車身結(jié)構(gòu)就有頂蓋與后蓋，其他類似車門、門檻和齒輪等結(jié)構(gòu)雖不易被發(fā)現(xiàn)，整車也因?yàn)橛辛思す夂附拥馁|(zhì)量保障而變得更加輕便節(jié)油，也更加安全。國(guó)內(nèi)激光企業(yè)對(duì)激光焊項(xiàng)目垂涎欲滴，苦于系統(tǒng)平臺(tái)搭建、工藝穩(wěn)定性等關(guān)鍵問(wèn)題而望而卻步。華工激光法利萊，秉承多年從事汽車廠激光焊項(xiàng)目的豐富經(jīng)驗(yàn)，從技術(shù)應(yīng)用的角度講述了項(xiàng)目的技巧，本次應(yīng)相關(guān)汽車廠的邀請(qǐng)，就相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，作一個(gè)全面的技術(shù)交流，內(nèi)容問(wèn)答式進(jìn)行。
問(wèn)題一：激光焊接在汽車行業(yè)的典型應(yīng)用，包括車門，底板，白車身等有哪些優(yōu)勢(shì)？
法利萊：就激光焊而言，是利用激光的高集中度的熱量，熔化或不熔化填充材料而將被焊母材連接在一起的過(guò)程。激光的瞬間溫度可高達(dá)6000℃，能量密度高，是其他熱源能量的100~1000倍，可實(shí)現(xiàn)大的深寬比焊縫，熱影響區(qū)小，焊縫變形小，密封性能好是其主要特色。針對(duì)不同工藝，其功效有所不同。
從圖中可以看出，針對(duì)白車身，激光釬焊焊縫均勻美觀，可直接作為外觀件來(lái)展示，焊縫一致性和密封性好，同時(shí)也減少了后期涂膠的煩惱。
圖1 飾好的車頂激光釬焊與點(diǎn)焊效果比較
圖2 光釬焊頂蓋效果與點(diǎn)焊頂蓋效果
激光釬焊白車身頂蓋：
激光釬焊可明顯減少搭焊材料和密封條，以及密封膠的用量，減少工序；
激光釬焊外觀成型美觀，且為連續(xù)焊縫，密封性好；
激光釬焊熱量集中，一半作用于釬料，焊接變形小；
激光釬焊時(shí)與板材無(wú)力作用，不存在點(diǎn)焊引起的板壓痕和變形缺陷
激光拼板焊車門：
焊縫處的熱應(yīng)變值較低，熱影響區(qū)小，通過(guò)激光束的聚焦給工件邊緣提供焊接需要的高能量，聚焦點(diǎn)的直徑可以達(dá)到零點(diǎn)幾毫米，保留了材料的原有成形性能；
無(wú)需任何其他模具或工裝費(fèi)用，焊縫較狹窄且平整，消除成形過(guò)程的不利影響，避免了破壞工具、模具的危險(xiǎn)。
圖3 光拼板焊應(yīng)用于車門
圖4 光焊相對(duì)點(diǎn)焊的結(jié)構(gòu)變化
激光掃描焊門檻：
通過(guò)激光頭內(nèi)部鏡片移動(dòng)帶動(dòng)光斑的移動(dòng)，焊接速度快，最快可達(dá)50m/min；
可實(shí)現(xiàn)500mm長(zhǎng)焦距，大范圍焊接；
利用軟件編程焊縫軌跡，從而實(shí)現(xiàn)焊接形狀的多樣性；
圖5 光掃描焊門檻圖
圖6 掃描焊軌跡及焊接特性
問(wèn)題二：激光焊接有這么多優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)具體的白車身，激光焊接對(duì)車身結(jié)構(gòu)有什么具體要求？對(duì)相關(guān)零件有什么具體要求？
法利萊：激光焊接屬于精密加工，速度高、變形小、強(qiáng)度好，對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)件的裝配尺寸及結(jié)構(gòu)件本身的型面尺寸要求比點(diǎn)焊有很大提高，以激光釬焊為例，對(duì)車身結(jié)構(gòu)要求：
頂蓋與側(cè)圍沖壓件變化，由原來(lái)翻邊變?yōu)闊o(wú)翻邊；
焊縫結(jié)構(gòu)的變化，頂蓋成50°角左右，折彎半徑1~2mm；
焊縫的間隙均勻且不大于0.3mm；
車身定位精度要求見(jiàn)表；
表1 身重定位精度要求
圖8 光釬焊頂蓋與側(cè)圍尺寸
表2 某汽車廠對(duì)頂蓋與側(cè)圍尺寸要求
問(wèn)題三：能否用具體數(shù)據(jù)談?wù)劙总嚿砑す夂竿顿Y回報(bào)分析？
法利萊：
以塑料基的頂蓋裝飾條為例，每臺(tái)車成本價(jià)格在單車50元以上，某些高檔的鋁基裝飾條為單車180元左右（根據(jù)高檔車于普通車的比例計(jì)算出）， 其成本節(jié)省量非常可觀（神龍數(shù)據(jù)）。
對(duì)于使用點(diǎn)焊而想借助激光焊的結(jié)構(gòu)，可減少15mm的接縫邊，由于可省去鑲邊，所以每輛車可消減150元的成本（大眾汽車數(shù)據(jù)）。
若四門內(nèi)板使用激光拼板焊，當(dāng)年產(chǎn)量達(dá)到30萬(wàn)時(shí)，則每輛車可以降低成本50元，若左右前縱梁應(yīng)用激光拼板焊，當(dāng)年產(chǎn)量達(dá)到22萬(wàn)時(shí)，則每輛車可以降低25元（江淮汽車數(shù)據(jù)）。
而使用激光焊僅需要水、氣、電、焊絲的消耗，除了前期設(shè)備投入，后期的使用維護(hù)費(fèi)用非常低廉，通常一套激光焊接系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行10年，因此其使用成本小而所能創(chuàng)造的效益非常高。另外，考慮到車型升級(jí)換代，同一套激光焊系統(tǒng)可繼續(xù)使用，只需要重新設(shè)計(jì)夾具就行。
問(wèn)題四：激光焊接作為一種革新的、先進(jìn)制造技術(shù)，應(yīng)用于白車身，對(duì)相關(guān)工裝及配套有什么要求？
法利萊：激光焊接是一種精密的加工工藝，對(duì)激光加工系統(tǒng)、車身定位及重定位精度、焊縫的裝配間隙都有要求，具體如下：
對(duì)激光加工系統(tǒng)的要求：主要體現(xiàn)在保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，目前多采用光纖激光器，配備光纖傳輸。為了維持激光功率的穩(wěn)定性，通過(guò)DI水冷卻，保證激光功率模塊在發(fā)光時(shí)的穩(wěn)定性，并通過(guò)TAB水保證DI水的運(yùn)行要求，對(duì)水的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括水溫、水流量、導(dǎo)電率等，同時(shí)對(duì)激光房還有使用溫度、濕度和參考露點(diǎn)的要求。傳輸光纖，通過(guò)對(duì)柔性的傳輸光路而使得激光應(yīng)用變得容易。但本身比較脆弱，自身折彎半徑不能小于200mm，使用過(guò)程中，通過(guò)橋架等結(jié)構(gòu)密封固定。
車身定位及重定位精度：激光焊接應(yīng)用于車身，是全自動(dòng)加工的過(guò)程。對(duì)車身的定位和重定位精度有較高要求，這就對(duì)機(jī)運(yùn)線的滾床和沖壓件的質(zhì)量以及裝配有較高要求。通常采用五道模或六道模工序控制車身沖壓質(zhì)量，采用帶定位銷的升降滾床來(lái)控制車身的重定位精度，并通過(guò)前道工序的加工質(zhì)量來(lái)保證激光焊縫的定位精度。因此，激光焊前期，需要在激光焊接前后工位對(duì)車身尺寸進(jìn)行3D測(cè)量。
焊縫的裝配間隙：對(duì)于激光熔焊，鍍鋅板的裝配間隙為0.1~0.15mm，以保證焊接時(shí)鍍蒸氣容易逸出；非鍍鋅板的裝配間隙為<0.1mm；對(duì)于激光釬焊，裝配間隙控制在0.3mm以內(nèi)。這就對(duì)工裝的裝夾效果提出挑戰(zhàn)。
問(wèn)題五：白車身激光焊與傳統(tǒng)點(diǎn)焊的比較，有哪些優(yōu)勢(shì)和不足？
法利萊：激光焊的主要特性是熱量集中，能實(shí)現(xiàn)大的焊縫深寬比，速度快能減小變形，且是一種無(wú)接觸的焊接，光纖激光器基本上免維護(hù)，具體應(yīng)用于汽車，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)以下方面：
- 激光焊接速度快，焊接熱量集中，能實(shí)現(xiàn)大熔深的窄焊縫；
- 線能量的控制，能實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中小變形或無(wú)變形；
- 激光焊密封性好，能減少車在行駛中的噪音；
- 激光焊接是無(wú)接觸或無(wú)壓力焊接，過(guò)程中不會(huì)對(duì)板材本身造成影響，也不會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)焊時(shí)容易造成的板材機(jī)械扭曲和波浪邊緣等缺陷；
- 激光焊能消除點(diǎn)焊的易損件更換。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)點(diǎn)焊所用的6mm電極帽的焊縫強(qiáng)度，等效激光熔焊焊縫長(zhǎng)度為20mm（熔寬小于1mm時(shí)），即說(shuō)明焊縫長(zhǎng)度大于20mm，其強(qiáng)度就高于點(diǎn)焊強(qiáng)度。
點(diǎn)焊強(qiáng)度等效激光熔焊焊縫長(zhǎng)度的強(qiáng)度試驗(yàn)
不足：
- 激光焊光斑小能量集中，對(duì)沖壓件要求高；
- 激光焊返修比其他焊接困難；
- 激光焊工藝涉及光學(xué)、材料、電氣、機(jī)械等，對(duì)操作人員的要求高；
- 激光器、激光頭等核心設(shè)備價(jià)格昂貴，初期投資相對(duì)較高。
問(wèn)題六：白車身激光焊項(xiàng)目過(guò)程，對(duì)人員和設(shè)備的要求？
法利萊：白車身激光焊，按焊接工件分布特性，可以分為主線焊接件和非主線焊接件，主線焊接受前后機(jī)運(yùn)線約束，不能隨意停機(jī)，因此，對(duì)人員和設(shè)備要求最高。非主線焊接件，也需要滿足相應(yīng)時(shí)間節(jié)拍（即CT）和焊接質(zhì)量要求，對(duì)人員和設(shè)備的要求也比常規(guī)點(diǎn)焊和氣保焊嚴(yán)格。另外，考慮到很多新建生產(chǎn)線，車身質(zhì)量是穩(wěn)定提升的過(guò)程，也相應(yīng)將此項(xiàng)內(nèi)容作為考慮點(diǎn)之一。我們提供設(shè)備的同時(shí)，也輸出設(shè)備操作和調(diào)試相關(guān)培訓(xùn)，確保在公司技術(shù)人員撤離現(xiàn)場(chǎng)汽車廠技術(shù)人員能夠銜接。
表1 白車身不同階段人員要求
對(duì)設(shè)備的要求，主要體現(xiàn)在設(shè)備的穩(wěn)定性，功能安全性，因?yàn)榧す饧庸ぴO(shè)備昂貴，需要系統(tǒng)具備一定的防錯(cuò)和防誤操作能力。備品備件明確采購(gòu)周期，易損件提供跟換時(shí)間經(jīng)驗(yàn)等。
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