激光焊接技术在汽车领域的应用
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摘要：本文主要介绍了激光焊接技术的发展现状以及基本原理，阐述了激光焊接技术的特点及其在汽车工业中的应用，由于激光焊接技术具有焊接质量高、生产效率高，易于实现自动化，因而激光焊接技术已广泛应用于汽车工业中，但是激光焊接设备投入较大等问题也限制了激光焊接技术在更广泛领域的应用。
关键词：激光焊接；汽车；发展
Abstract: This paper mainly introduces the current situation of the development of laser welding technology and basic principle, expounds the characteristics of laser welding technology and its application in the automobile industry, because the laser welding technology has the advantages of high welding quality, high production efficiency, easy to realize automation, thus the laser welding technology has been widely used in automotive industry, but the equipment investment the problems of laser welding also limits the application of laser welding technology in the wider area.
Key words: laser welding; automobile; development
中图分类号: TG456.7
激光焊接技术是一种重要的材料连接方法，早在1964年就有人开始在薄小零件的焊接中应用激光焊接技术，激光焊接因其具有高密度能量、穿透能力强、焊接精度高、焊接柔性大等优点，在航空、航天、电子、汽车、轮船等领域得到了广泛的应用。20世纪90年代初，欧美等国家已把激光焊接技术应用在农业等行业中。在汽车工业中，无论是车身的组装，还是汽车零部件的生产，激光焊接技术都得到了广泛的应用[1]。
几十年来，我国科研工作者也对激光焊接技术开展了广泛而深入的研究，在焊接工艺优化、焊接接头组织性能演变机制等方面取得了大量研究成果。激光焊接技术具有其他焊接技术无法比拟的优势和特点，与其他焊接技术相比，激光焊接技术焊接速度快、深度大、变形较小。焊接设备组成较简单、搭配灵活，同时激光焊接的应用范围较广，能对各种易焊和难焊材料实施焊接[2]。但是，激光焊接技术对焊接设备精度的要求也较高，对技术人员的操作水平要求也高，激光焊接设备的成本代价也比其他焊接设备的成本要高出很多[3]，这在一定程度上阻碍了激光焊接技术的应用范围。但随着激光焊接技术的不断发展运用和技术的成熟，激光焊接已经成为很多领域的必备工序。
1. 激光焊接技术的原理及特点
激光是一种发散性极小、能量密度极高的光源。利用激光这种特有的特性，将经过偏光镜反射的集中在聚焦装置中的高强度激光光束照射到需要焊接的材料或工件表面，高强度的光能被材料吸收利用，转化为热量并将照射材料融化，从而实现材料或工件的连接，这就是激光焊接技术的基本原理[4]。与传统的焊接技术相比，激光焊接技术具有很多优点，由于激光光束高度的收敛集中，可以进行较深的焊接，焊接时焊缝的宽度也就相应的很窄，接头区中高温区域的缩小使工件的变形率降低，极大程度地提高了加工精度；激光焊接时，激光光束照射到焊接工件上，释放出极高的热量，即使是熔点很高的材料，照射部位也能被瞬间融化，这样就提高了焊接速度，且焊接后工件接头区域的表面平整完好，基本上不用进行二次清理，节约了冗余工序和相应的成本；另外，激光光束比较容易操控，可以精确的定位到焊接区域，易于进行高自动化程度的焊接作业。
2. 激光焊接技术在汽车工业中的应用
2.1激光焊接在汽车制造中的应用
在汽车制造中，激光焊接技术主要应用于汽车车身的制造和汽车相关零部件的制造[5]。采用激光拼焊工艺获得的焊接接头质量优良，且焊缝转接也较为平稳，可以大幅改善汽车零部件的抗冲击性和抗疲劳性能。激光焊接技术应用于汽车车身制造中可以减轻结构件和零配件的使用数量，减轻整车重量，节约制造成本。近年来，发达国家在家用轿车制造中近60%的零部件已采用激光焊接技术，广泛应用于变速齿轮、半轴、传动轴、离合器等汽车部件的制造[6]。
2.2激光焊接应用现状
把激光焊接技术应用于汽车工业中最早的国家是德国。早在90年代中期，德国奥迪汽车公司就已经有三百多万辆轿车安装上了用激光焊接的底板和车身辅助构架。目前，在车身结构焊接方面处于世界领先地位的是德国大众汽车公司，该公司生产的的包括Golf、Passat、Polo等在内的多种车型的车顶、车门等主要部位的焊接几乎全部采用激光焊接技术，有效实现了减噪，也使得车身的结构设计更加安全。尽管目前激光焊接技术已经发展到了相当高的水平，但是人们对于激光焊接技术更深层次的探索从未停止过，国外已经着手开始研究新的项目——用远程激光焊来焊接柔性车身。相信激光焊接技术会伴随汽车工业的发展而不断更新和进步，并促进汽车工业的进一步发展。
目前，激光焊接技术在汽车工业，特别是中高档汽车工业的生产中的应用已经比较普遍。宝马、凯莱斯勒一奔驰、通用、福特、大众、丰田、亚菲特等各大汽车公司，都已经建立了自己的激光加工生产线。仅美国通用公司就拥有200多台激光器。激光焊接主应用于车身框架的拼焊和汽车零部件的焊接。比如，为提高汽车车身机构的稳定性和安全性，在汽车顶盖和侧面车身的焊接基本上已经全部采用激光焊接技术，传统的电阻焊已逐步被淘汰。变速器齿轮、气门挺杆和车门铰链等零部件，也已广泛地采用了激光焊接技术，提高了这些部件的质量和精度，也使得汽车整体性能有所提高[7]。
3. 激光焊接技术在汽车工业中应用所面临的问题
当前，激光焊接技术在汽车工业中的应用也面临一些问题。第一，激光焊接一次性的设备投入要比传统焊接的设备投入要高得多，焊接过程中单位时间内的的成本也比传统焊接高，一些规模相对较小的汽车公司就无力承担这些昂贵的设备投入，影响了激光焊接技术的普及和应用。第二，在激光焊接中实现利用计算机进行结果预测和质量监管的技术问题有待进一步研发和提高。由于激光焊接速度快、精密度高，在焊接前准确预测焊接结果并实现对焊接质量的有效控制是提高激光焊接效率和焊接质量、节约成本和工序的关键所在，这项技术目前还不能够完全实现，激光焊接研究工作者仍需在这些方面进行进一步的探索研究[8]。
参考文献:
[1]李晓娜,许先果,边美华.激光焊接在汽车工业中的应用[J].电焊机,2006,36(4):47-49.
[2]李亚江,王娟,刘鹏.特种焊接技术及应用. [M].北京: 机械工业出版社, 2004
[3]陈根余,陈建明,梅丽芳,王祖建.汽车白车身激光焊接生产线单元设计及分析[J].激光技术,2011,36(1):7-10.
[4]丁志宏 激光技术在金属加工中的应用[J].现代制造,2003 (11):34-37.
[5]张旭东,陈武柱.激光焊接技术进展及其在汽车制造中的应用[J].世界汽车,2003 (7):53-56
[6]汤旭东,徐平.汽车车身制造的激光焊接应用[J].自动化博览,2012 (3):48-51.
[7]杨旭乐,魏庆丰,王 艳,肖子润.汽车零部件的激光焊接技术[J].现代零部件,2002(5):24-25
[8]李铸国,吴毅雄,林涛等.复杂汽车零部件精度焊接成型质量保证系统[J].焊接学报,2001,22 (5):65-68
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