激光拼焊技术:高效精准的汽车制造工艺,如何提升车身焊接质量?

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1.激光拼焊技术的基本概念

有一种技术叫激光拼焊技术,该项技术采用的是先进的激光技术以及设备,它会把一定数目、不同材质、厚度、涂层的钢材、铝合金等材料,借助自动拼合并焊接的方式,使其组成一块整体板材,再通过冲压制造,使之成为零部件,以此来满足因作用各异而对不同零部件所提出的不同材料性能、厚度以及抗腐蚀性等苛求。这一技术是在激光焊接技术成熟发展并得以应用的基础上衍生出来的现代加工工艺技术,它主要具备焊接速度较快、质量较高的特点,而且激光的精密性还确保了焊接效果的精准性,故而有着极高的生产效率。

2.激光拼焊技术在汽车车身焊接中的焊接方式

在激光拼焊技术出现且得以应用以前,传统的汽车车身制造,大部分采用一整块厚重的钢板,直接冲压来形成车身的零部件,这不但会致使焊缝质量比较低,而且容易致使汽车,由于自重太大而造成不必要的油耗。当下,激光拼焊技术于汽车车身焊接里,主要是用于加工前后门内板,以及前后纵梁、侧围、底板、轮罩还有背门内板等,其中门内板占比居多;并且依据零部件的构造,以及功能需求、材料性质也就是厚度等要素存在差异;接着汽车车身焊接所运用的激光拼焊技术,主要涵盖直线焊接、折线焊接、曲线焊接、多零件组合焊接等形式;随后利用激光设备通过拼焊方式,把不一样性质的材料焊接成拼焊板;再者,冲压形成最终所需的零部件;如此这般的工艺,让现代汽车既具备轻便的特点,又拥有节能的性能,。好比,极为常见的车门内板,得确保内板拥有一定韧性,还得保证其前后的材料拥有一定的抗撞击强度,传统工艺难以达成简易加工,耗费时间精力,然而激光拼焊技术却能够完美处理这一难题。

3.激光拼焊技术在汽车车身焊接中的优缺点

3.1 激光拼焊技术在汽车车身焊接中的优点

激光拼焊技术工艺的核心,在于充分发挥焊机的效力,以此实现高效能产出,也就是达成不同批次板料焊接流程的连贯作业,进而最大限度地降低生产成本以及能耗,最终实现降本增效。近年来,随着国内外在汽车车身焊接领域对激光拼焊技术进行广泛推广与应用,这一技术的优势愈发被凸显出来。

采用激光拼焊板技术方案,采用激光拼焊板与传统内板加加强板结构的模具制造方案,因冲压技术存在差异,采用激光拼焊板方案能节省冲压费用,进而降低成本,大约可节约6.5%的制造成本。两种方案的成本具体如在表1中、在表2中所示的那样 。

表1 采用激光拼焊板技术方案总成本

表2 采用内板+加强板结构方案总成本

首先,运用激光拼焊技术,针对成形之前的零部件,在事前开展焊接合成工作,如此一来,能在极大程度上促进车身焊接速度的提升,以及车身焊接质量的提高,还有车身装配精度的提升,并且能够降低车身的制造成本,减少车身零件数量,进而实现车身重量的减轻,同时还能简化装配工序与制造工艺。其次,节省焊接设备也就是冲压装置的使用,并且在冲压过程中合理地对材料加以利用,这样便能够降低能耗与废品率,提高原材料的利用率。在一方面,借助激光焊接技术去替代原本的加强板功能呀,经由挑选合适的材料厚度以及质量呢,对原本的车身结构予以了优化哟,提升了车身的抗碰撞能力、抗腐蚀性以及冲压成型率呀,在精简车身制造周期之际还提高了设计的灵活性呢;在另一方面,这项技术避开了密封胶的有害影响呀,提高了汽车制造的绿色环保性哟。

总体而言,激光拼焊技术于汽车车身焊接里成功得以应用,由此达成了汽车制造业经济以及社会效益的高度融合,具备着极大的优势。

3.2 激光拼焊技术在汽车车身焊接中的缺点

激光拼焊技术,对装配位置精确度要求特别高,要保证激光束于工件之上,不会出现位置偏移,不然的话,极有可能造成焊缝烧穿,且焊缝局部变窄,或者偏向一侧板材,出现缺陷问题。

激光拼焊技术 激光拼焊技术在汽车车身焊接中的应用 激光拼焊设备工艺流程_车门一体冲压和焊接

2)激光的能量转换效率一般不高于 10%,较其他方式过低。

3)激光设备以及与之相关的工艺系统,其价格十分昂贵并且对于生产技术所提出的要求是极为高的,首次投入使用的时候成本比较高,一般来说,1 条激光拼焊生产线的投入成本是 400 万美元至 500 万美元这样的范围,必须要达到汽车规模化生产的量级才能够达成该工艺的经济效益。

4)焊件的最大可焊厚度存在上限,在生产操作里,对于工件涉及渗透厚度远远超过19mm的情况,不建议采取使用激光焊接这种做法。

5)激光拼焊技术效果,还受板材金属性能影响,还受冲压性能等多方面因素影响,像铝、铜及其合金等高反射性及高导热性材料的焊接性,会受到激光影响,其生产工艺特性要求产品设计专业领域技术人员,与选材专业领域技术人员,和冲压专业领域技术人员,以及焊接等相关多方面专业领域技术人员通力配合,才能够在实现生产基本要求的前提下控制成本,进而达到最佳的经济效益。

4.激光拼焊设备及激光拼焊技术生产工艺流程

4.1 激光拼焊设备

激光拼焊时所用到的生产设备,主要涵盖三大板块,其一,是传送装置,像上料车,下料机器人,传送带等;其二,为激光焊接设备,含有定位装置,以及激光焊机设备;其三,则是检测装置,包括检测机器人,还有无损检测装置。

4.2 激光拼焊技术生产工艺流程

针对车身各部分,因不同功能、不同特征,对车身零部件拼焊板予以设计,旨在达成车身各部位材料强度的相对平衡,充分借助不同材质板材的物理化学特性,保障焊接质量,保证拼板焊缝精准度,让其处于后续冲压工序产生最小限度拉力的位置,从而实现节约耗材、降低废料率、提升板材使用效率的目标,此为设计拼焊板。

(2)挑选拼焊板材料,拼焊板材料的性质对其效果起着极其关键的作用,一般选用硬度较低的冷轧低碳钢用于拼焊加工,之后还需要深拉工序,针对0.65mm至2.5mm厚度的板材。在实际生产里,常常选择高强度的薄钢板作为车身焊接的拼焊板材料,主要是鉴于这类材料具备极佳的金属塑性以及焊接性能。此外,用于潮湿环境之中的拼焊板材料,通常选择采用双面镀锌高强度钢板。

放置选取的符合要求的能够用于制作的材料板材,在对应的诸如冲压机、冲剪机又或者激光等剪裁设备装置之上,把它裁剪成设计确定的尺寸以及形状规格,为了保证后续的无缝拼焊工序能够完美地得以实施,这个步骤必须要确保裁剪精准无误。

激光拼焊时,对工艺精度要求极高,要保证让激光束精确地射入焊缝,且不与焊缝接触,焊缝宽度得和拼焊板材料厚度一样,还要有较强塑性。另外,为确保焊缝质量,去避免出现硬化或其他缺陷,要认真核对相关参数,像拼焊速率、激光功率、对焦的位置等等,而且要用氩气、氦气等不容易发生热反应的保护气体。

(5)检验激光拼焊后的板材,即对拼焊板进行质量抽查,因为激光拼焊后极易产生质量缺陷,特别是要通过物理力学性能测试重点检测焊缝的塑性和强度,以此确保其能支持后续深拉加工。比如说,借助焦点X光透视或者利用电磁声学法的横向偏振平面波检测激光拼焊板的焊缝缺陷,采用机械试验或液压压延试验检测其冲压拉深能力。与此同时,还要评估不同厚度板材、焊缝高出板材的状况、冲压操作以及冲压时伴随的热处理之后焊区强度变化等各类因素的影响程度。

(6)汽车车身成品件由拼焊板冲压制成,要在详细分析拼焊板厚度、各金属部件机械性能、焊缝性能以及冲压时焊区变化的基础上,对拉深模具进行优化设计,使焊区与模具间保持足够大夹角,防止厚度较低的拼焊板在冲压拉深加工时出现断裂缺陷。

5.国内外激光拼焊技术在汽车车身焊接中应用的发展现状

此刻,伴随近些年来我国一步一步加大对该项技术的投入,同时推进其应用,激光拼焊技术的发展实现了质的跨越,从以往主要依赖进口激光拼焊板,逐渐转变为能够自己生产和销售,激光拼焊技术已成了我国汽车制造业振兴的一种重要技术方式之一。我国有一些大型的中高档汽车制造商,像上海大众、长安福特这类,它们已经纷纷积极地把激光拼焊技术运用到实际生产当中,并且还在持续不断地加强和国外那些有着丰富生产经验的技术强国展开合作,借助多种途径和方式来提升我国的激光拼焊技术水平,进而不断拓展市场规模。然而,跟发达国家相比较,依旧存在着较大的技术差距。

6.结束语

在当下这个科技与经济呈现高速发展态势的日子里,激光拼焊技术属于一项关键的新型加工工艺,它已然在众多制造领域当中获得了广泛的运用。鉴于目前我国所积极倡导的秉持节能、环保理念的绿色科学发展观,未来会有数目越发增多的技术将投入到汽车制造领域的研究工作当中,目的在于提升汽车加工工艺的水平,与此同时还能给汽车产品设计、质量改进以及成本降低这件事情提供全新的思路以及办法。激光拼焊技术,是未来车身焊接技术里重要的发展方向,它不但是汽车制造厂商不能缺少的核心技术竞争力且是汽车行业朝着智能化、轻量化方向发展必须要经过的道路,是必不可少之途。