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激光焊接技术在汽车工业中的应用 |
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| 造车网 http://www.zaoche168.com/ 2009年06月09日 |
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激光焊接在焊接效率、焊接质量、材料利用率等方面都要优于其他焊接方法，因此，在汽车工业中得到了广泛应用，激光焊接可用于汽车零件如尾气排放系统、变速器双联齿轮、减震器储油缸筒和滤清器等的焊接，也可用于汽车车身的拼焊及汽车车身框架的焊接，在提高汽车的结构强度和生产效率的同时，降低了整车质量和生产成本，为汽车工业带来了显著的经济效益。
与常规焊接工艺相比，激光焊接具有热输入低、变形小、焊接速度快、焊缝强度高、重复性好并易于进行异种金属焊接等优点。随着激光器成本的降低、效率的不断提高、光束质量的持续改善以及激光焊接设备越来越向高精度、高稳定性和智能化方向发展，激光焊接技术在制造业特别是在汽车制造业中的应用越来越广泛。在国外，激光焊接技术在汽车工业中已成为标准工艺，该技术使汽车车身的制造效率更高、材料更节省，车身具有更轻的重量和更高的性能。
一、激光焊接的原理及特点
激光焊接是指当激光束触及金属材料时，其热量通过热传导传输到工件表面及表面以下更深处，在激光热源的作用下，材料熔化、蒸发并穿透工件的厚度方向形成狭长空洞，随着激光焊接的进行，小孔沿两工件间的接缝移动，进而形成焊缝。目前，激光焊接有两种基本形式：一种是传热焊（Conduction Welding），它是在工件表面吸收了入射激光后，通过热传导而形成一定体积的熔池来实现焊接的；另一种是深熔焊（Deep Penetration Welding），其特点是高功率的聚焦激光束使工件表面迅速蒸发而形成一个深穿型的圆孔空腔，而激光束进入孔内被进一步吸收并形成一个稳定的穿透性小孔，随着激光束与工件的相对运动，使小孔周围金属不断熔化流动、封闭、凝固而形成连续焊缝。
与其他的焊接方法相比，激光焊接具有以下特点：
*高的功率密度，功率密度可达105～107W/cm2；
*由于激光加热范围小，在相同的功率和厚度条件下，焊接速度较高；
*残余应力和变形较小；
*可进行远距离焊接。
二、激光焊接技术的发展动向
1.发展新型激光焊接工艺和方法
(1) 激光-电焊复合焊
激光-电焊复合焊是近年来激光焊接领域的研究热点。电弧焊的特点在于电源成本低、焊缝“搭桥”性好、易于通过填充金属改善焊缝结构；而激光束焊的特点在于熔深大、焊接速度高、热输入低、焊缝窄，但焊接更厚的材料则需要更大的激光电源。所谓的激光-电弧复合焊就是将激光束焊与电弧焊结合起来，同时作用于一个焊接区。由于采用激光束和电弧共同工作，焊接速度高、焊接过程稳定、热效率高以及允许更大的焊接装配间隙，并且激光-电弧复合焊的焊缝是由激光束焊和电弧焊共同形成的，因而降低了所需的激光束能量。因为激光器的效率很低（YAG激光器的效率仅为3%），这就大大降低了激光器的功率，从而降低了设备造价，所以采用激光-电弧复合焊比激光束焊更加经济。
目前，激光复合焊接的应用逐渐被生产企业所认同，国内外学者的研究扩展了它的应用领域，主要发展了激光与等离子弧复合焊接、双激光束焊接、激光与感应热源复合焊接等。在国外,德国ILT（激光科学技术研究所）和ISF（Ashen大学）共同开发研究了CO2激光及YAG激光与TIG或MIG电弧复合焊接法，日本大阪大学接合科学研究所、三菱重工株式会社等也进行了此方面的研究；在国内，甘肃工业大学材料科学与工程学院开发了YAG激光脉冲-MIG电弧复合焊接铝合金的新工艺，研究探讨了各规范参数对焊缝成型的影响规律及激光与电弧的复合作用，湖南大学激光研究所对较高功率密度的CO2激光-电弧复合焊接和在含1%CO2密闭室中低激光功率密度的CO2激光-电弧复合焊进行了对比研究。
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