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激光焊接技术在汽车零部件生产中的实际应用

秦伟民

柳州宝钢钢材部件有限公司,545616

摘要: 本文主要探讨激光焊接技术在汽车零部件生产中的实际应用,文章中分析了激光焊接技术的应用原理和优势,同时分析了激光焊接技术在汽车零部件生产中的具体应用,最后也探讨了激光焊接技术在汽车零部件生产中的发展。
关键词: 激光焊接;汽车零部件;生产
DOI:10.12721/ccn.2023.160444
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激光焊接技术是现代化焊接工艺,利用激光进行焊接,有利于提升焊接质量。在汽车零部件生产中,由于对零部件的生产精度有更高的要求,传统的焊接工艺已经不能够满足汽车生产焊接需求。因此,激光焊接技术开始应用到汽车零部件生产,并且已经成为了汽车零部件生产的主流焊接方式。在未来,汽车工艺不断进步,对于焊接技术的要求也将会更加严格。焊接工艺研究者,也应该注重激光焊接技术的创新研发。

1.激光焊接技术及其特点分析

1.1激光焊接技术简要阐述

激光焊接技术是一种熔融焊接方式,在其焊接中,主要是利用激光束能量进行焊接,焊接中,激光束能够对焊接接头位置产生冲击,冲击过程中光能转化为电能、化学能以热能,能量不断熔化金属并且使接头位置实现熔融焊接。

激光束能量研究早在1960年就开始,但是最早激光束采用闪光灯泡区激发红宝石晶粒,由于晶体热容量较低,激光束的输出能力也比较低。随着千瓦级连续CO2激光器焊接试验的成功,激光焊接技术在20世纪70年代初取得突破性进展。而在当前,激光焊接工艺已经非常成熟,现代激光焊接工艺利用平面光学元件进行激光导引,从而提升光束反射作用,提升焊接效率。

1.2激光焊接技术在汽车零部件生产中的应用优势分析

激光焊接技术在研发后受到了社会的广泛关注。尤其是汽车生产制造,十分看重激光焊接技术的应用特点,开始在生产中推广应用激光焊接工艺。

首先,汽车零部件生产制造过程中,应用激光焊接工艺,能够减少汽车零部件变形问题。汽车生产制造过程中,对于零部件的工艺要求非常高,部分零部件的精度要求在“0.00mm”级别,而采用传统焊接工艺容易造成焊接变形,同时焊接残留物较多,影响到汽车零部件生产制造精度。而采用激光焊接工艺后,可将入热量降到最低的需要量,热影响区金相变化范围小,且因热传导所导致的变形亦最低。

其次,汽车零部件生产制造工程中,零部件的材质比较多,不同位置的零部件需要采用不同的材质,才能够满足汽车生产需求。采用传统焊接工艺对焊接材料材质有要求,部分焊接工艺仅能够满足一种材质的焊接。而应用激光焊接工艺时,可焊材质种类范围大,亦可相互接合各种异质材料。

第三,汽车零部件生产需求量大,促进了焊接工艺的应用。现代汽车行业的需求量非常大, 也刺激了汽车零部件生产。而传统管道焊接工艺效率较差,无法满足焊接效率需求。而采用激光焊接工艺可以与汽车零部件生产的自动化工艺接轨,并且也可以利用PLC和微型电脑完成自动控制,提升了焊接工艺的应用效率。

2.激光焊接技术在汽车零部件生产中的具体应用

2.1激光焊接工艺在车身焊接中应用

激光焊接可以在车身焊接中应用。激光焊接具有焊接变形小,焊接效率高的特点,所以适合在激光焊接中具体应用。整个激光焊接工艺实施的过程中,工艺技术主要应用与车身拼装,焊接裁剪等环节。

普通的焊接原理其实就是将金属液化,然后冷却后溶为一起。汽车的车身是由上下左右四块钢板焊接而成的,普通的焊接都是点焊,通过一个一个焊点把钢板连接到一起。普通焊接工艺容易造成焊接工艺偏差,最大偏差甚至达到1mm,严重影响到焊接精度。

而采用激光焊接的方式进行车身焊接,在焊接中,利用激光产生的高温将钢板分子结构打乱,并且在空间内实现分子重熔,继而实现两块金属板的焊接。在焊接过程中,主要利用偏光镜反射增加激光能量,并且焊接中,激光束在聚焦点上的直径为0.2-0.6毫米范围内,可得到超过106-108瓦/平方厘米的光强,焦点接近工件,工件表面达到熔化结合的物理变化。采用激光焊接工艺的车身,车身的精度更高,整个焊接工艺实施后,可以通过控制激光焊接光斑的方式控制焊接精度,一般工艺中,焊接光斑精度可控制在0.1-0.5mm范围内,而整个焊缝宽度的精度能够控制在0.5-1mm。另外,采用激光焊接车身的方式焊接速度也更快,焊接中产生变形的几率更小。

2.2激光焊接在汽车其他零部件生产中应用

激光焊接技术已经成为现代汽车零部件生产工艺中应用的主要方法,该焊接技术已经开始在汽车零部件生产中广泛应用,在本文探讨中,以导向管安装支架,汽车换挡轴焊接为例,总结了激光焊接工艺的具体应用。

(1)导向管安装支架工艺

激光焊接技术在导向管焊接工艺应用的过程中,能够提升焊接工艺效果。传统的焊接工艺中,焊接精度比较差,并且焊接效率较低。同时焊接的难度较大,在焊接实施的过程中,工件焊道为角接焊缝,要求焊道有效熔深达板厚80%;工件表面有大量的防锈油,不利于焊接。在整个焊接工艺实施完成后,可以完成各项焊接工艺质量优化。相关实践表明,应用激光焊接工艺后,能够提升导向管安装支架效果。整个导向管安装的过程中,部分汽车厂家提出光纤激光器+激光出射头的焊接工艺,进行焊接工艺实施过程中,该工艺能够对小精密零件进行焊接,并且采用人工位布局焊接技术,生产效益相对比较高。利用该工艺进行焊接中,使得导向管安装支架工艺产品合格率达到90%,产品的生产速度也能够到达14s/PCS。

在应用激光焊接技术时,焊接时出光角度与工件边缘尽量贴近在20度左右;夹具工装设计保证夹紧强度时尽量避免与工件及激光干涉;选取合适的入射角度,不断优化激光功率,焊接速度,离焦量等工艺参数;可选配激光清洗,清除表面油污氧化物等,利于更好的焊接品质。

(2)汽车换挡轴激光加工工艺

汽车换挡轴焊接加工也是整个车辆零部件加工的重要方式,对于整个焊接加工应用有非常重要的作用,在整个汽车换挡轴焊接加工中,采用传统焊接方式效果较差,焊接过程中,产品的总成组成零件较多,需要分多道工序进行焊接。工件表面油污焊接容易起气孔。所以,在现代汽车零部件生产中,提出了激光焊接工艺,在焊接过程中,也建议采用光纤激光焊接设备,并且配备6轴焊接机器人,完成整个焊接[1]

而在实际的焊接工艺应用过程中,选用机器人,配备多套自动焊接夹具;全封闭焊接防护房,配备房体除尘系统,确保人工操作区域安全无污染。通过激光焊接工艺应用,换挡轴焊接加工的产品合格率能够达到98%以上。并且焊接中,焊接速度也提升为20s/PCS[2]

3.汽车工艺进步促进激光焊接技术优化探讨

通过上述研究可以发现,汽车工艺的进步促使激光焊接技术应用发展,而激光焊接技术的应用也促进了汽车工艺发展,二者相互影响。而在当前汽车行业大发展的背景下,汽车生产对于零部件的生产要求越来越高。所以,在整个零部件生产的过程中,还需要对激光焊接技术进一步优化。如,现代激光焊接工艺技术正在朝智能化激光焊接流水线方向发展,利用智能化技术提升激光焊接作业精度和效率,而流水线作业也加快了焊接工作速度,能够保证各项焊接良好完成[3]

结束语

本文针对汽车零部件生产中的激光焊接技术应用进行研究。在未来汽车零部件生产中,采用激光焊接技术是主流方向,汽车生产企业更应该注重对汽车激光焊接技术继续革新,才能够保证焊接工艺良好完成,也可以提升焊接效果。

参考文献

[1]刘帅. 激光焊接技术在汽车零部件生产中的实际应用[J]. 时代汽车, 2021(18):2-2

[2]高翔. 激光焊接技术在汽车零部件生产中的实际应用[J]. 汽车周刊, 2022(3):2-2

[3]张敏, 宋昊, 高翔,等. 激光焊接技术在汽车试制及小批量生产中的应用[J]. 金属加工:热加工, 2021(11):4-4