激光拼焊在汽車制造工藝中應(yīng)用

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激光拼焊是采用激光能源，將若干不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材、不銹鋼材、鋁合金材等進(jìn)行自動拼合和焊接而形成一塊整體板材、型材、夾芯板等，以滿足零部件對材料性能的不同要求，用最輕的重量、最優(yōu)結(jié)構(gòu)和最佳性能實(shí)現(xiàn)裝備輕量化。汽車行業(yè)坯料的生產(chǎn)設(shè)計(jì)初期基本都是通過落料或是擺剪來實(shí)現(xiàn)坯料降本的。隨著激光拼焊的技術(shù)成熟及推廣，激光拼焊也逐步成為汽車行業(yè)降低坯料制造成本，提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化模具生產(chǎn)工藝的一項(xiàng)重要技術(shù)。

一、激光拼焊與傳統(tǒng)電阻焊對比的優(yōu)點(diǎn)

激光拼焊技術(shù)在汽車生產(chǎn)制造中的主要優(yōu)點(diǎn)是，在激光焊接中，材料是對接而不是搭接，詳見圖1。激光焊接相對于傳統(tǒng)的電阻搭接焊，其焊縫優(yōu)點(diǎn)有：(1)焊縫區(qū)域體積小，例如，焊縫寬度不超過0.5～1mm。(2)不增加焊縫高度。(3)對沖壓成形性能影響較小。(4)在焊縫上附加鍍鋅后，可保持其陰極保護(hù)功能。(5)焊接過程中，熱影響區(qū)小。(6)焊縫強(qiáng)度高(激光拼焊焊接完成后，焊縫區(qū)域的強(qiáng)度指標(biāo)非常重要，需對焊縫區(qū)域進(jìn)行抽樣，我們通過破壞性抗拉強(qiáng)度測試即“杯突”測試，來檢驗(yàn)焊縫區(qū)的拉伸成形性能。一般來說抗拉強(qiáng)度σ(焊縫)＞σ(母材))。激光拼焊板工藝與傳統(tǒng)電阻焊搭接工藝的產(chǎn)品相比有諸多優(yōu)勢：整車制造體現(xiàn)在降低制造及物流成本、減重、縮小裝配公差、降油耗和廢品率等，減少零件數(shù)量，簡化了裝配工藝，同時(shí)提升車輛的抗碰撞能力，沖壓成形性好。此外，還可減少密封膠的使用，利于環(huán)保。

二、激光拼焊在汽車常用零部件制造上的應(yīng)用

舉例說明，目前激光拼焊的生產(chǎn)零部件應(yīng)用最廣的是四門內(nèi)板(激光焊縫用紅色線框標(biāo)出)，具體如圖2所示。圖2(a)為某車型左右前門內(nèi)板，厚度不等且板料牌號不同，B170P1/DC06激光拼焊板，最厚板料為1.4mm，最薄板料為0.7mm。圖2(b)為某車型左右前門內(nèi)板，厚度不等且板料牌號不同，B170P1/DC06激光拼焊板，最厚板料為1.2mm，最薄板料為0.7mm。激光拼焊板的應(yīng)用，提高了整車四門匹配的精度，節(jié)約整車匹配調(diào)整時(shí)間、降低人工成本，并且減少了四門總成件的重量，減少焊接線壓合前需做的密封工作，提高焊接生產(chǎn)效率及總成交付質(zhì)量，有利于保護(hù)環(huán)境。此外，通過將不同厚板拼焊提高了門鉸鏈的剛性，同時(shí)增加了整體門總成強(qiáng)度。使某車型的匹配公差精度提高，整車外觀美觀提高很多，讓人有更好的視覺感受，也提高了市場競爭優(yōu)勢。給車企帶來降本、增效、工藝優(yōu)化等利益，也對環(huán)境保護(hù)做出了一定的貢獻(xiàn)。

三、激光拼焊的工藝現(xiàn)狀

目前激光拼焊在車企的工藝應(yīng)用主要體現(xiàn)在汽車結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)中，需要從需求不同強(qiáng)度，不同性能，用于不同位置降低制造成本、減輕車身重量、提高生產(chǎn)效率、保護(hù)環(huán)境等多方面著手。目前激光焊接正在逐步替代傳統(tǒng)的焊接工藝。激光拼焊給車企制造帶來了新的產(chǎn)品解決方案并給質(zhì)量提高及成本降低創(chuàng)造了新的機(jī)會。但是其工藝需要與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、沖壓工藝和模具制造等相關(guān)技術(shù)緊密結(jié)合，才能有效地保障制造出滿足結(jié)構(gòu)需求及性能要求的、工藝合理的、低成本的滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。同時(shí)激光拼焊也存在技術(shù)缺陷，例如：氣孔、斷弧、表面多余顆粒及焊縫不均勻、錯(cuò)邊、偏向一側(cè)板料、局部變窄、未焊透、燒穿等，質(zhì)量缺陷也困擾產(chǎn)品的開發(fā)及生產(chǎn)。不過我們可以通過使用高精密檢測設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，避免此類質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生。為了更好地將激光拼焊工藝在車身制造中推廣及應(yīng)用，某車企提出，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制件材料利用率低、車身制造困難、不同位置需求強(qiáng)度不同的制件要進(jìn)行獨(dú)立分析，有效合并相關(guān)聯(lián)制件，以最大程度減少制件的零件數(shù)量、焊接工序、裝配工序等。推進(jìn)汽車輕量化在汽車制造中的應(yīng)用，降低汽車重量，減少后期排放。舉例分析，圖3為某車企通過激光拼焊在某車型天窗安裝板上的應(yīng)用(激光焊縫用紅色線框標(biāo)出)。天窗安裝板前期開發(fā)是通過落料-沖壓成形，現(xiàn)將落料改為激光拼焊，直接創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為每單件制造成本節(jié)約52元。

四、激光拼焊的未來發(fā)展

激光拼焊較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值對車企有很大的誘惑，未來激光拼焊工藝將在汽車制造中有很大的發(fā)展空間，也會逐步應(yīng)用在車身焊接上以取代傳統(tǒng)的焊接工藝。高自動化、高智能化的生產(chǎn)線正在推動著車企替換原有的傳統(tǒng)焊接工藝，同時(shí)推動汽車制造步入全自動化的生產(chǎn)制造。激光拼焊不僅僅用于結(jié)構(gòu)件的焊接，還將隨著技術(shù)水平的提升及高精密檢測儀器的使用，逐步應(yīng)用于覆蓋件的制造。減少模具的開發(fā)成本及降低車企開發(fā)的投資成本，為車企創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

五、結(jié)束語

(1)激光拼焊技術(shù)在車企零部件制造中屬于關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)激光拼焊板也是非常成熟的產(chǎn)品。(2)激光拼焊也可以通過鋼帶的技術(shù)形式，以其高焊接速度及高裝卸效率帶來制造成本的降低，同時(shí)也可以為零部件減重。(3)國外鋼鐵公司及國內(nèi)一些鋼鐵公司已具有豐富的鋼材深加工生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可根據(jù)不同車企用戶的需求生產(chǎn)出滿足汽車設(shè)計(jì)和制造要求的產(chǎn)品。

作者:孫春玲 單位:天鶴汽車模具有限公司