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激光焊接技術在汽車制造中的應用分析

2018-07-03

激光焊接因具有高能量密度、深穿透、高精度、順應性強等長處而受到航空航天、機械、電子、汽車、造船和核能工程等領域的普遍重視。尤其在汽車消費中,無論是車身組裝還是汽車零部件的消費,激光焊接都得到了廣泛的應用。據有關資料統計,歐美工業發達國家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,激光焊接在汽車消費中已成為標準工藝。
激光焊接應用技術
1、汽車車身激光焊接技術
汽車車身是典型的薄板殼結構,由低合金高強度薄鋼板經沖壓、剪裁、整形制成覆蓋件,并經焊接裝配而成。車身裝配中焊點可達幾千個,傳統焊裝采用的是電阻點焊工藝。電阻點焊工藝是用兩個電極從兩個方向壓緊工件,在兩塊搭接件上加壓并通電,使接觸面間形成焊點而將工件焊在一起。為滿意結合和形狀要求,各焊點間要保持肯定間隔。點焊時焊鉗在工件邊緣下進行焊接,凸緣寬度需要16mm;而激光焊為單邊焊接,凸緣寬度只需5mm.把點焊改為激光焊,僅此一項每輛車就可節約鋼材40kg.
激光焊接形成的窄而深的焊縫輕易使工件焊透。激光頭和待焊件之間無任何機械接觸,不存在加工機械應力。激光焊縫的拉伸強度和疲勞強度與母材相當,符合承載力要求,這樣可使構件材料減薄,車身重量減輕。同時,由于激光焊接采用計算機控制,所以具有較強的靈活性和機動性,可以對形狀特別的門板、擋板、齒輪、儀表板等進行焊接。加上光纖傳輸系統和機械手,就可完成汽車裝配消費線的自動化。
采用拼焊板的汽車零部件
2、激光拼焊技術
激光拼焊技術是激光焊接應用于汽車制造業最成功、效益最明顯的一項技術。汽車工業最初應用拼焊板時,主如果為了解決軋機軋出的鋼板板寬不夠的問題,通過拼焊技術來滿意汽車工業對寬板的要求。伴著汽車工業的發展,拼焊板向著差厚板方向發展,即可將不同厚度的鋼板拼焊,這時才真正達到了汽車鋼板拼焊的目的。發明激光拼焊板技術的蒂森克虜伯公司于1985年在奧迪100的消費制造中首次應用了這一技術。激光拼焊技術是在進行車身制造時,根據車身不同部位的性能要求,選擇鋼材牌號、種類、等級和厚度不同的鋼板,通過激光裁剪和拼焊,將車身某一部位如側圍、底板、車門內門、支柱等拼焊起來再沖壓成形,目的是在保證車身強度的前提下,降低車身重量。這種技術具有一系列優越性:
(1)減少零件數量及大量沖壓加工的裝備和工序。拼焊可以一體成形,根據不同部位對強度的不同要求,將不同厚度的板料焊在一起,再一次沖壓成形,同時可提高車身精度,減少大量沖壓加工的裝備、工序和模具。
(2)減輕構件重量。由于采用不同鋼板拼接,對易腐蝕的部位可采用涂鍍層鋼板以提高運用壽命,對不承受載荷或載荷較小的部位可采用更薄的鋼板,而對承受載荷的部位可采用高強度鋼板,不再需要焊接加強筋,使車身結構大大簡化,從而減少鋼材消耗和消費成本,減輕車身重量,最終降低汽車能耗。
(3)提高構件結構質量和可靠性。由于采用連續的焊接代替不連續的點焊、鉚接,車身剛度和緊固性、安全性得以很大提高。
(4)為消費寬體車提供可能。由于軋機限制,不可能消費太寬的鋼板,而汽車對寬板的要求日趨緊迫。采用激光拼焊不失為一種有效而經濟的工藝方法。激光拼焊使汽車造型更美觀、恬靜。
在分析車身結構的基礎上進行優化想象,選擇少數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,并大大減少模具數量。日本豐田汽車公司側圍消費線采用拼焊板后,零件數量減少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,一臺中型轎車可減重9kg且不會影響其強度。
目前,國外大型鋼鐵公司都在大力發展激光拼焊消費線。安賽樂米塔爾已擁有激光拼焊消費線35條,其產品在歐洲市場占有率超過50;意大利Solblank公司已有14條激光拼焊消費線投入消費,而且還準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);美國和日本也都建立了類似的公司。目前,西歐消費的拼焊板占世界總產量的70,美國消費的占20,日本消費的占10.
我國一些汽車制造廠家已經在部分新車型中采用了激光焊接技術,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;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,焊接質量達到了歐洲想象標準。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的激光拼焊板消費線,它標志著鞍鋼在冷軋產品深加工領域邁出了重要一步。

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