一汽-大眾超凡工藝：激光焊接

07-25

為轎車二廠最突出的技術，激光焊接工藝的大規模在車身應用是從一汽-大眾速騰和邁騰開始的。激光焊接技術以其較高的焊接速度、連接質量和高速焊接時電弧的穩定性，大大提高了激光焊接技術在車身製造領域的應用。1.概述從20世紀80年代開始，激光焊接技術開始運用於汽車車身製造領域，主要是應用於激光焊接車身。激光技術採用偏光鏡反射激光產生的光束使其集中在聚焦裝置中產生巨大能量的光束，使工件在瞬間熔化，從而實現焊接過程。激光焊接設備使用的激光器主要有兩大類：一類是固體激光器，又稱Nd：YAG激光器，主要優點是產生的光束可以通過光纖傳送。汽車工業常用輸出功率為3～4kW的Nd：YAG激光器；另一類是CO2激光器，分子氣體作工作介質，可以連續工作並輸出很高的功率，標準激光功率在2～5kW之間。目前，車身焊接主要有電阻點焊、MIG和MAG焊等方式。汽車製造過程中，激光技術主要用於車身不等厚板的拼焊和車身焊接。激光焊接主要用於車身框架結構的焊接，例如頂蓋與側圍的焊接，在一汽-大眾，傳統的電阻點焊已經逐漸被激光焊接所代替。激光焊接運用於汽車，可以降低車身重量並達到省油的目的；提高車身的裝配精度，使車身的剛度提升30%從而提高了車身的安全性；降低汽車車身製造過程中的衝壓和裝配成本，減少車身零件的數目並提高車身一體化程度。2.激光焊接原理激光焊接以激光棒為發射源，在弧光燈管的作用下，產生激光，通過光導纖維的傳輸到達加工鏡頭，再通過鏡頭的聚焦形成激光束，照射在被加工的工件上，通過激光熔化鋼板，並快速冷卻形成焊核，由機器人的軌跡移動，完成焊接。當激光光斑上的功率密度足夠大時(＞106W/cm2)金屬在激光的照射下迅速加熱，其表面溫度在極短的時間內升高至沸點，金屬發生氣化。金屬蒸汽以一定的速度離開金屬熔池的表面，產生一個附加應力反作用於熔化的金屬，使其向下凹陷，在激光斑下產生一個小凸坑。隨著加熱過程的進行，激光可以直接射入坑底，形成一個細長的「小孔」。當金屬蒸汽的反衝壓力與液態金屬的表面張力和重力平衡後，小孔不再繼續深入。光斑功率密度很大時，所產生的小孔將不再繼續深入。光斑密度很大時，所產生的小孔將貫穿於整個板厚，形成深穿透焊縫。小孔隨著光束相對干工件而沿著焊接方向前進。金屬在小孔前方熔化，繞過小孔流向後方，重新凝固形成焊縫。

激光焊接而成的鋼板1.

3.激光焊接設備激光焊接設備主要由激光器、光導系統、焊接夾具、焊接機器人和焊接控制系統組成。(1)激光器：用於激光焊接的激光器主要有CO2氣體激光器和YAG固體激光器兩種。激光器最重要的性能是輸出功率和光束質量。從這兩方向考慮，CO2激光器比YAG激光器具有更火優勢，是目前深熔焊接主要採用的激光器。一汽大眾在汽車製造過程中應用的人多數光源功率在4000W左右。(2)光導和聚焦系統：光導聚焦系統由圓偏振鏡、擴束鏡、反射鏡或光纖及聚焦鏡等組成，實現改變光束偏振狀態、方向、傳輸光束和聚焦的功能。這些光學零件的狀況對激光焊接質量有極其重要的影響。在大功率激光作用下，光學部件，尤其是透鏡性能會劣化，使透過率下降，產生熱透鏡效應，同時表面污染也會增加傳輸損耗。(3)焊接機器人：由於激光熔焊、激光-MIG複合焊接技術方法的不同以及焊接接頭形式的不同，所以對焊接接頭的裝配精度要求也不同。搭接焊縫的激光熔焊和角焊縫的激光釺焊可以採用普通的焊接機器人。對於對接焊縫的激光釺焊和激光焊必須採用區別於常規機器人的絞臂式焊接機器人，通常設計焊縫自動跟蹤矯正系統。(4)焊接夾具：可以保證激光焊接時所連接板材或總成的精確定位，保證焊縫間隙，防止焊接變形，從而提高激光焊接接頭的質量。(5)激光焊接控制系統：控制系統主要包括焊接過程的視頻監視系統、機器人的焊縫自動跟蹤系統和矯正系統、送絲控制系統等。對於不同的激光焊接方式，控制系統的組成也有所相同。激光熔焊無需送絲系統、焊縫自動跟蹤系統和運行軌跡矯正系統。對於激光切割技術，往往還需要與激光在線檢測系統協同使用。4.激光焊接的優點(1)焊接強度高。相比傳統工藝的點焊，最直觀的特點就是以線代點完成對鋼板的焊接，通過使兩塊鋼板焊接熔核面積的增加，強度也自然隨之增加，並且激光焊接就能保證焊點連接達到分子層面的接合，焊接處強度等於一整塊鋼板的強度，經測試可以提高30%的焊接強度，這極大的提升了整車的安全係數。(2)焊接速度快，可以大大提高工作效率。在激光焊中，正常的焊接速度為40mm/秒，例如完成一條25mm的普通激光焊焊縫，所需的時間只有0.5秒左右。這樣的焊接速度是其他焊接工藝所無法比擬的，所以能最大限度的提高單位時間內的工作效率。(3)零件焊接變形小。由於激光焊光束的焦點直徑只有0.6mm,每條激光焊焊縫的寬度只有大約1.5-2.0mm，激光焊接時只是將微小區域的板材通過熔化連接在一起，其他部分幾乎不受任何影響。而且在極短的時間內完成了整個熔化連接過程，然後迅速冷卻，對鋼板的形變及物理特性改變較小，不像其他焊接方式如：點焊，MAG焊等，這樣能更好地保證整車的剛度及車身焊接尺寸。(4)對衝壓件質量提出更高的要求。由於激光焊接時要求被焊接的兩層鋼材位置公差不大於0.2毫米，超過這個公差，就會出現焊穿、虛焊等焊接缺陷，而且在焊接面又沒有像點焊等其他焊接方式那樣的夾緊裝置，這樣對衝壓件的尺寸就提出的更高的要求。而尺寸精度高，穩定性好的衝壓件，又為提高車身製造質量提供了良好的保證。(5)焊縫美觀。激光焊焊縫外觀質量明顯優於其他焊接方式，例如頂蓋處的激光焊，如採用傳統焊接方式則需在總裝時加裝飾條以掩飾焊點，而採用激光釺焊則只需在焊接後稍加打磨便可獲得良好的外觀質量，總裝時不需加任何裝飾條。5.速騰激光焊接技術的特點目前速騰擁有在同級車中最長的長達33.2米激光焊接縫，其中最長的激光焊縫位於頂蓋處，1.6米長一次焊接成型，保證了其整體尺寸的精確性、車身強度和剛性。速騰的激光焊接主要是在車身的頂蓋和側圍的連接、底板不等厚板的拼接、車門內板不等厚板的拼接、底板與側圍、後圍板、前後風窗口以及門框等連接處。在外觀上，採用激光複合釺焊的車頂只有一條細緻平滑的焊縫，直接作為外表面而增加了車身的流線視覺效果。而採用傳統點焊工藝的車頂則有兩條橡膠密封條。6.目前一汽-大眾作為國內知名的汽車製造企業，一直以技術領先引導國內汽車製造技術的發展方向，激光焊接技術的開發與利用，是一汽-大眾車身製造水平發生質的飛躍的重要標誌。激光焊接技術作為目前最為先進的焊接方法之一，實現了較高焊接速度與良好焊接質量的完美結合。具有寬廣的應用範圍和高效的特性，同時縮短了生產時間，提高了生產率，使一汽-大眾的產品更具較強的信任度和市場競爭力。激光焊接而成的鋼板2

已放置完畢

激光焊接時需要關門，以防傷人已經有害氣體外泄。狀態可從旁邊的監視器上看到。

頂棚的激光焊縫。