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激光焊接在汽车零部件工业中的应用

2014-7-30

来源:未知

点击数: 9597 作者:未知

汽车行业是高新技术高度集中的行业，在各类加工工艺中，激光焊接是使用最多的激光加工技术，占激光加工15%的份额。汽车工业中的激光焊接技术热输入量小，材料变形量小，加工残余量小，零件刚性好，能很好地满足现在车身结构向减轻重量、提高刚性和抗冲击能力的方向发展的要求。激光焊接技术的逐渐成熟使得各大汽车厂商无一例外地将激光焊接应用到了汽车生产线上。
激光焊接技术对传统的汽车焊接工艺带来了冲击性的影响，各大汽车公司对此都抱有十分积极的态度，特别是在焊接铝材、用焊接件代替铸件以及全车身构架结构焊接方面，激光焊接技术有独特的优势。
1.齿轮零部件激光焊接
在汽车齿轮设计制造中，为了减小齿轮冷加工及热加工的难度，提高生产效率，经常将齿轮分为各自独立的两个部分加工。采用激光焊接连接代替齿轮花键连接的形式，可使空刀槽减小，齿轮体积减小，为车身减重、降低成本、提高生产效率有重要意义。
采用激光焊接技术进行齿轮零部件的焊接，可提高齿轮的产品精度，简化产品结构及制造工艺，能方便地满足产品开发与试制中零部件结构的不断调整及样件制造的需要，并有利于设计人员对产品结构进行合理布局，不断提高产品开发与制造水平。同时，由于激光焊接的齿轮件结构紧凑，精度和可靠性提高，可减少车辆故障率，并提高车辆操纵灵活性。激光焊接常用于变速器齿轮、气门挺杆、车门铰链、传动轴、转向轴、皮带轮、排气管、离合器等的焊接。
激光焊接为无接触加工，焊接速度快、热影响区小，焊接精度高，焊后齿轮加工量小，甚至不需要加工，焊缝一般具有相当或优于母材的力学性能，使得齿轮满足较大扭矩的传递。

图1.汽车变速器齿轮及行星架的激光焊接
图2采用zksx3004型光纤耦合输出全固态激光器对汽车飞轮总成激光焊接，齿圈和驱动盘体采用激光全圆周焊接，在保证了齿圈硬度不变的同时，满足了盘体分离力≥125KN要求，焊缝完整无变形，无凹坑、裂纹、咬边等缺陷，相比于原CO2激光器焊接工艺焊接效率提升超过30%。

图2.汽车飞轮总成激光焊接
零部件固定激光焊接
激光焊接易与计算机联机，能实现精确定位，实现自动焊接，适用于现代高柔性的生产过程，因而对于车体形状特殊零件进行焊接有独特优势。
激光焊接技术有效减少工件间的结合面宽度，降低了板材的使用量，提高了材料的抗冲击性和耐疲劳性，并可对异种材料进行焊接。在车身零部件制造中的应用大大减少了结构件的数量，从而减轻了汽车质量；提高了车身的尺寸精度和耐腐蚀能力，增加了汽车结构的可靠性、稳定性和安全性；在改善车身质量的前提下，不仅减少了装配工作量，而且还减少了成型工具、冲压机的工装投资以及运输、储存金属材料的费用，节约了制造成本。
图3采用zksx1004型光纤耦合输出全固态激光器对汽车减震架焊接，以激光焊接代替传统电弧焊，通过合理规划焊接和装配顺序，使焊缝在可靠性及外观方面均得到了较大的改进。图4 是采用zksx 3004对奔驰汽车天窗的焊接。

图3.汽车减震器支架电弧焊（左）和激光焊（右）对比图图4.奔驰天窗的激光焊接

铝合金零部件激光焊接
铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等优良性能，在很多领域已代替钢板材料焊接，可使结构重量减轻50%以上。目前在汽车制造业中被大量应用。
但由于其反射率高、热导率高、易氧化等特点，在激光焊接时极易产生气孔及裂纹，同时需要掌握好热输入量，以防焊接时熔池的塌陷或下漏。实践证明，纯铝及大部分非热处理强化铝合金在焊接时，通过正确选择焊接方法及控制工艺参数，可避免常见的铝合金焊接缺陷，这为激光焊接在铝合金件焊接的应用提供了突破口。
焊前做好铝合金表面去氧化膜和油污清理，以减小碳氢化合物的不良影响，焊缝背面使用垫板防止熔池的塌陷。另外，在不同铝合金的激光焊接中都发现存在一个激光能量密度阈值，低于此值，工件仅发生表面熔化，而一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高，因此铝合金激光焊接对激光器的输出功率和光束质量要求很高。图 5 是采用zksx 3004对汽车中滤清器的焊接。

图5.滤清器激光焊接
激光焊接技术在汽车领域的大量成功应用显示出了激光焊接及其强大的生命力和非常广阔的应用前景。随着激光器制造技术的发展，以及我国汽车工业的快速发展，激光焊接技术将会获得越来越广泛的应用。激光焊接技术及其他激光加工技术一定会在将来有更大的发展，成为汽车业中重要的加工方式.