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激光白车身焊接中的技术革新

2016-08-24 11:52
蓝林笑生
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  从20世纪80年代德国大众汽车制造厂率先采用激光焊接白车身以来,激光作为一种优异的材料加工热源在汽车白车身焊接中应用越来越广泛。单就白车身中采用激光焊接最普遍的车顶,侧围和后盖上来说,在一些欧美系汽车制造厂已经成为一种标准化的加工工艺。例如奥迪汽车的车顶与后行李箱盖焊接已经完全放弃点焊,在车顶和后行李箱盖的设计上也完全放弃了针对点焊的大法兰和用于密封条的凹槽设计,进而采用法兰边更短,材料单一的法兰对接设计,在提高车身强度的同时满足了对车身轻量化和减少工艺步骤提高生产效率的要求。欧美汽车制造厂对激光焊接技术的成熟使用,已经使激光的白车身焊接不再是一种高端的焊接技术。在激光白车身焊接技术随着大众、奥迪等德系车刚刚进入我国汽车制造领域时,由于德系车厂当时对激光焊接的技术垄断,经过激光焊接的高强度车身一度成为他们在市场中宣传的亮点。

  近十年来我国的众多汽车制造厂也纷纷开始应用激光进行白车身的焊接,在亚洲已经走在日韩车系的前面。在对国外技术实行引进-模仿-国产化的道路上,我国汽车制造厂不断突破重重技术难题,在欧美车系对激光成熟应用的基础上,积累了自己的经验和成果。如江淮汽车的大尺寸、长行程的薄板结构件的焊接,就是在德系车激光站的基础上进行了适合自己工艺特点的改装后投产运行的。

  在我国汽车制造厂在激光技术的引进-模仿-国产化道路中,广州阿比泰克焊接技术有限公司作为Scansonic激光产品在中国的销售和服务总负责,在中德之间架起了一道技术交流的桥梁,多年以来不断将德系车在白车身焊接方面的经验和理念引进回国,并与我国本土汽车制造厂进行交流,从很多激光项目的调研阶段起就提供技术支持与项目可行性探讨,以公司在德国的强大工程师团队和16年的激光白车身焊接经验为基础,在很大程度上为国产汽车制造厂缩短了激光项目的前期调研时间,减少了研发经费,降低了使用风险。

  本文将向读者介绍激光在白车身焊接的使用发展历程中,在焊接过程中通过对激光光束的即时控制提高焊接精度而确保焊接质量,进而最大化的利用了激光焊接的优点做详细介绍。并对目前德系车制造厂在以提高生产节拍和车身轻量化的要求前提下,对激光在白车身焊接中提出的新的要求和设想,以及未来发展趋势和所取得的研究成果做了一定阐述。希望对读者和我国本土汽车制造厂在认识国外激光焊接技术和未来发展方向上有一定帮助,也欢迎大家与我们之间相互学习进行更多的技术交流,为提高我们自主品牌汽车在市场上的竞争力出一份力。

  激光焊接白车身薄板最显著的优点是能量集中,焊接速度快。但在高速的焊接过程中,如何确保焊接质量一直是所有汽车制造厂关注的焦点。

  不同焊缝搭接形式可采用的焊接工艺不同,焊接强度也有所不同,要分析如何在白车身焊接中得到满足各汽车制造厂所规定的焊缝强度,在此我们先总结一下目前汽车白车身焊接所采用的几种主要焊缝搭接形式和用于这些搭接形式的焊接工艺。

  焊接工艺上分为激光溶焊和激光钎焊

  激光溶焊具有功率密度高,加热集中,可以焊接高熔点材料,焊缝宽度小,直线性好,焊缝技术强度相对较高等优点。缺点是焊缝易腐蚀,焊接中熔孔稳定性要求高,焊接参数调节范围小,焊缝缺陷率很高,焊缝表面不平整,需后续打磨工序。

  激光钎焊的优点是,激光能量底,热影响和车身变形小,可焊接复杂的几何形状,镀锌层烧损少,焊缝不宜腐蚀,焊接参数调节范围大,焊接飞溅少,焊接状态稳定,焊缝缺陷率极低,焊缝成形美观,焊后仅需简单处理甚至无需处理。在无焊接缺陷的前提下对比溶焊所得到的焊缝强度略低,激光钎焊对焊丝和光斑以及焊点三处的相对位置精度要求高。

  白车身目前普遍采用的焊缝搭接方式有以下几种,双层/多层重叠搭接,角焊缝,法兰对接焊缝。

  不同的车身部位目前采用的搭接方式不同,主要是出于对母材材质,焊缝强度,外观以及焊接成本等因素的考虑。

  双层/多层重叠搭接

  目前采用最多的焊缝搭接形式,主要用于汽车A,B,C柱、车底、侧围、挡泥板等多个部位。这种拼接方式主要采用激光深熔焊,焊接精度要求低,形成的焊缝强度高,设备价格低,操作简单。但在焊接镀锌板以及表面带有油和水的材质时,由于镀锌层和水油气的挥发极易形成气孔甚至透洞等焊接缺陷。在焊接前大多需要对板材打锚,使板材间形成空隙,易于排出挥发气体。板材间空隙距离须确保在0.2–0.3毫米之间,空隙太小排气效果差,空隙过大焊缝易形成塌陷,这就对打锚设备精度提出很高要求,并增加生产工序,降低生产效率。

  为了提高焊接速度,目前市面上有多种飞行激光焊头,其所焊接的焊缝拼接多是双层叠加。

  角焊缝

  主要用于车门外框、车窗框、后行李箱盖等部位。这种拼接方式焊接部位位于上层板的截断面,焊接部位镀锌层,油和水的挥发气体有足够的排放空间,焊缝质量很大程度上得以改善。钎焊和熔焊均可采用。但激光光斑需要准确作用于焊接点,定位难度极高,所以在起始的激光焊接中,采用这种拼接方式不多。自2000年以来,Scansonic的接触式焊缝跟踪系统(ALO:AdapterLaserOptik)通过其所有的专利技术,已经解决了光斑和焊丝相对于焊缝焊点的定位问题,目前车场中大多采用的接触式焊缝跟踪系统都是此项专利技术。其使用率在90%以上。

  角焊缝相对于双层/多层搭接的另一个优点是法兰边较短,在当前车身轻量化的趋势中越来越多的被采用。

  在铝制车身的焊接上,角焊缝的采用极大的降低了热裂的风险。当采用叠加方式的焊缝时,板材被溶化的部位位于未溶化的板材之间,在溶化部位冷却过程中会在热胀冷缩的作用下向未溶化部位冷缩凝固,进而形成热裂。而采用角焊缝进行焊接时,冷凝过程更多是像双层板材的一侧移动,使热裂风险大大降低,但如何更有效的避免热裂现象,在本文后半段的德系车的激光焊接未来发展趋势中做进一步阐述。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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