激光拼焊板已廣泛應用于汽車(chē)制造業(yè)，采用激光拼焊板工藝不僅能夠降低整車(chē)的制造成本、物流成本、整車(chē)重量、裝配公差、油耗和廢品率，而且可以減少外圍加強件數量，簡(jiǎn)化裝配步驟，同時(shí)使車(chē)輛的碰撞能力、沖壓成型率和抗腐能力提高。此外，由于避免使用密封膠，也使其更具有環(huán)保性。

在汽車(chē)工業(yè)中，焊接是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節，采用恰當的焊接方式具有可以提高車(chē)身抗碰撞能力，降低車(chē)身的重量、造車(chē)成本和油耗以及簡(jiǎn)化總裝工序等優(yōu)勢。電阻栓焊是當今最普遍的焊接方式之一，但是專(zhuān)家預言在未來(lái)的5～10年中這種方式將被淘汰，而金屬填充保護氣焊也將失去其以往的重要性，與之相反，激光焊接成為熱門(mén)話(huà)題。對于已被使用數年的傳統焊接工藝來(lái)說(shuō)，很難再對其工藝過(guò)程、焊接速度和質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)；但對于激光拼焊來(lái)說(shuō)，卻有著(zhù)極大的提升空間。

激光焊接

1、過(guò)程及必要設施

激光(產(chǎn)生于被刺激的輻射放射物的光的放大作用)是一種特殊性質(zhì)的光，單色并且連貫，因此可以將光集中于要做鋼融解的一個(gè)微小斑點(diǎn)上。要創(chuàng )造激光輻射,就需要激光媒介。在將能量從外向內轉入到這個(gè)媒介中的同時(shí)，可以產(chǎn)生被刺激的分子。在諧振器中這束單色光將在兩個(gè)鏡子之間反射，由反射產(chǎn)生出時(shí)間和空間凝聚的光子，其中一個(gè)部分透明的鏡子能將這條射線(xiàn)反射出這臺諧振器。

針對大功率應用的重要激光器有兩種：二氧化碳激光器和釹：釔鋁石榴石激光器。二氧化碳激光器是氣體激光,即為產(chǎn)生出激光輻射所使用的媒介是氣體，刺激過(guò)程就是放電過(guò)程，二氧化碳激光的波長(cháng)為10.6mm。釹：釔鋁石榴石激光器是固體激光，激光放射媒介是釹原子在氧化鋁中的點(diǎn)陣。由于激光放射原子的密度比較高, 因此固體激光的大小比氣體激光要小，釹：釔鋁石榴石激光的波長(cháng)為1064nm，是二氧化碳激光的十分之一。

二氧化碳激光是現在比較強有力的激光，但釹：釔鋁石榴石激光的操控系統極具優(yōu)勢。由于二氧化碳激光的波長(cháng)為10.6mm，所以必須要安裝一個(gè)“陡坡”裝置，這就限制了可能的運動(dòng)方式。而釹：釔鋁石榴石激光的輻射可以用靈活的纖維質(zhì)光學(xué)波導進(jìn)行引導，因此可以允許激光發(fā)射頭進(jìn)行自由移動(dòng)。

2、優(yōu)勢及要求

激光焊接最重要的優(yōu)勢在于能夠將非常高的能量聚焦于一點(diǎn)，激光束打在兩個(gè)要焊接部分的邊緣，輸入能量把金屬加熱并將其融化。在激光束作用以后，溶化的材料將迅速冷卻。在這個(gè)過(guò)程中，有一小部分的數量將進(jìn)入被焊接的零件中。在焊接減少熱變形的同時(shí)，也減少了輸入的熱能量。減少因熱量影響的變形，并增加對準確性的糾正，可以節省大量金錢(qián)和時(shí)間。

然而，如何提高焊接速度和減少低能量輸入是目前面臨的挑戰。在被供熱的區域減少低能量輸入雖有它的好處：珠光體、馬氏體和奧氏體接縫結構的復雜鋼型不會(huì )大范圍改變結構，這一特點(diǎn)同樣適用于其它鋼，如被限定好碳沉淀的IF鋼；但另一方面也存在一些不足，少量的能量會(huì )導致快速冷卻，熱能將被導入冷卻部位。

為減少接縫的硬化，小心調整焊接的速度參數、激光功率、冷卻比率和焦點(diǎn)位置是非常重要的。而為防止金屬進(jìn)一步硬化，還需采用保護氣體加以保護，如氬氣和氦氣等不會(huì )在材料中發(fā)生任何熱反應的氣體。

激光光束的小光點(diǎn)尺寸引起的另一個(gè)問(wèn)題是切邊質(zhì)量，如果在兩個(gè)零件中間有要進(jìn)行焊接的接縫，激光束要保證通過(guò)材料時(shí)不會(huì )與其相接觸并將其融化。要避免這點(diǎn)，對零件精確性的要求非常高。目前，使用領(lǐng)域較普遍的是連接兩個(gè)零件的長(cháng)縫，這能夠在越來(lái)越多的車(chē)身空白處發(fā)現。

激光拼焊板

1.激光拼焊板的優(yōu)勢

德國蒂森克虜伯激光拼焊板有限公司從1985年開(kāi)始生產(chǎn)拼焊板，激光拼焊技術(shù)的出現使得汽車(chē)生產(chǎn)制造從整車(chē)制造商向材料供應商轉移。目前，激光拼焊板主要應用于汽車(chē)制造業(yè)。在激光焊接中，材料是對接而不是搭接，這將帶來(lái)如下焊縫特性：

（1）降低焊縫區域的體積，例如，焊縫寬度不超過(guò)0.5～1mm；

（2）不增加焊縫高度；

（3）對沖壓成形性能影響較??；

（4）在焊縫上附加鍍鋅后，可保持其陰極保護功能；

（5）焊接過(guò)程中，熱影響區小。

完成焊接后，焊縫區域的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)強度是非常重要的指標，因此，還需對焊縫區域抽樣，進(jìn)行破壞性抗拉強度測試（杯突測試），以檢驗焊縫區的拉伸成形性能。一般來(lái)說(shuō)，焊縫的拉伸強度比母材的強度要高。

激光拼焊板工藝與傳統點(diǎn)焊搭接工藝的產(chǎn)品相比有諸多優(yōu)勢：不僅降低了整車(chē)的制造成本、物流成本、整車(chē)重量、裝配公差、油耗和廢品率，而且減少了外圍加強件數量，簡(jiǎn)化了裝配步驟及工藝，同時(shí)使車(chē)輛的碰撞能力增強，沖壓成型率及抗腐能力提高。此外，由于避免使用密封膠，也為環(huán)保帶來(lái)利益。

2.激光拼焊板的應用

拼焊板已被廣泛的應用于車(chē)身部位，ULSAB（世界輕質(zhì)鋼制車(chē)身協(xié)會(huì )）的最新研究結果表明：最新型的鋼制車(chē)身結構中，50％采用了拼焊板制造。

當激光拼焊技術(shù)應用于車(chē)身側圍的制造，不再需要任何加強桿、加強筋及附屬的生產(chǎn)工藝，則重量和部件數量都會(huì )得到減少，而高延展性材料的應用也會(huì )使抗撞擊能力得到改進(jìn)。同時(shí)，也不再需要加強板，在B柱上，拼焊板的應用可大大降低累積公差。

激光拼焊板的采用，不僅提高了車(chē)門(mén)部件制成品質(zhì)量的穩定性，使車(chē)門(mén)部件的調校不再是個(gè)難題，同時(shí)可降低部件的重量，而且原有接縫處密封措施的省略，也使其更具有環(huán)保性。此外，拼焊板在車(chē)門(mén)上的應用還使鉸接區域的剛性得到整體加強，車(chē)門(mén)的配合公差得到大幅改善。重量降低、生產(chǎn)工藝得到優(yōu)化，則必然使成本下降。

奧迪A6的車(chē)身強度和鋼度一直備受贊揚，國產(chǎn)全新奧迪A6L在原有基礎上進(jìn)行了再次改進(jìn)：采用了激光拼焊技術(shù)的車(chē)身設計（如圖3）。新奧迪A6L經(jīng)過(guò)強化的車(chē)身，其抗扭轉強度提高了34%。配合全新的車(chē)身、底盤(pán)設計加之采用先進(jìn)激光焊接技術(shù)的堅固車(chē)身結構，使國產(chǎn)全新奧迪A6L在遭遇碰撞時(shí)，預測的車(chē)身變形區、側面防撞保護梁以及合理的車(chē)內空間結構等能夠為乘客提供有效保護。這些看不到摸不著(zhù)的設計和選材不但能降低車(chē)輛的制造成本和重量，還能在關(guān)鍵時(shí)刻最大限度地保護乘客的生命安全。

3.質(zhì)量管理

（1）焊接檢測

質(zhì)量檢測和保障系統為生產(chǎn)高質(zhì)量的拼焊板提供保證，拼焊板的生產(chǎn)過(guò)程采用自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，以確保安全、經(jīng)濟的生產(chǎn)，這就需要現代化的檢測儀器。早在1985年，德國蒂森克虜伯激光拼焊板有限公司開(kāi)始生產(chǎn)拼焊板的時(shí)候，就已經(jīng)采用監測系統，現在，這套系統已經(jīng)更完善。在焊接激光頭的后面安裝一個(gè)焊縫監測系統，用來(lái)監測焊縫的質(zhì)量，以保證焊縫符合質(zhì)量要求。等離子體監測系統被用來(lái)監測焊接過(guò)程的穩定性，計算機輔助系統可以在焊接過(guò)程中處理傳感器提供的信號。

激光拼焊板需要全自動(dòng)或半自動(dòng)的經(jīng)濟型生產(chǎn)線(xiàn)，同時(shí)要采用現代技術(shù)來(lái)監測焊接過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量。為了滿(mǎn)足這些新的全自動(dòng)生產(chǎn)任意拼接板的生產(chǎn)過(guò)程的要求，蒂森焊接技術(shù)有限公司、蒂森克虜伯鋼鐵有限公司的研究部門(mén)、蒂森克虜伯激光技術(shù)有限公司以及蒂森諾邦有限公司在前期階段就提出了焊縫質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程管理自動(dòng)評估的不同可能性，而開(kāi)始經(jīng)營(yíng)的第一個(gè)激光拼焊板工廠(chǎng)生產(chǎn)的第一塊激光拼焊板就使用于奧迪100的底板上。近年來(lái)，這個(gè)技術(shù)在不同階段得到了進(jìn)一步發(fā)展并被改進(jìn)，它不僅可以控制焊接過(guò)程本身，而且可以用這項根據現有系統開(kāi)發(fā)的最新一代技術(shù)來(lái)評估焊縫。其監測系統不僅能在高速焊接過(guò)程中監測焊縫幾何形狀上的缺陷，而且還能檢測極小的孔洞。

（2）評估系統

蒂森 LAM (激光應用管理)與焊縫檢查系統相結合，不僅能查出趨向瑕疵，譬如不規則的幾何縫隙(縫隙入射, 邊緣位移, 根下陷)，而且還能查出小程度的瑕疵, 譬如氣孔和孔洞。光條紋和等離子傳感器系統的結合已經(jīng)以最佳狀態(tài)作為補充。

因此高測量率能保證在高焊接速度情況下，安全地查出輕微的有瑕疵的可能性。

一個(gè)電腦輔助的評估系統能自動(dòng)評估傳感器信號，包括在焊接過(guò)程期間。從而確定是否相關(guān)測量點(diǎn)的條件符合指定的要求, 或者是否導致接縫質(zhì)量下落的偏差已經(jīng)發(fā)生。在焊接過(guò)程期間, 焊縫的溫度由紅外測量登記。各任意拼接板被評估的傳感器數據記錄被存放在一個(gè)短協(xié)議中，這意味著(zhù)允許這個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量用文件來(lái)證明。

一個(gè)完整的錯誤偵查系統可警告操作員在全自動(dòng)焊接設施中發(fā)生的所有機械缺點(diǎn)，這個(gè)質(zhì)量管理和監控系統被擴大為針對非線(xiàn)性激光焊接生產(chǎn)的新設備概念。傳感器安置在焊接頭前能夠查出將要被焊接板料的連接邊緣，不僅允許查明連接邊緣的確切位置, 而且允許測量板料之間的重疊。當查明的重疊測量超出一個(gè)被預定的極限值時(shí)，將會(huì )警告操作員, 并且自動(dòng)整理出空隙。另外，運用這種設備，連接邊緣的偵查信號也被用于精確地辨別和調整連接邊緣的激光束。

4.技術(shù)趨勢

未來(lái)激光焊接技術(shù)將會(huì )采用哪種方式？答案有兩個(gè)：一種是演變, 改進(jìn)現有技術(shù)。這意味著(zhù)針對發(fā)展激光焊接將會(huì )有一種新的激光源——纖維激光，這是一種設有靈活的纖維諧振器的激光，輸入能量比率遠遠高于輸出能量，整個(gè)設備將比較緊湊。大功率纖維激光的另一個(gè)好處在于模件建造，許多功率大約為300～500W的纖維諧振器，如果發(fā)生技術(shù)漏洞，更換一個(gè)合適的模塊非常容易。在這種情況下，由于激光工作的時(shí)間比較長(cháng)，因此也不需要配備一個(gè)訓練有素的技術(shù)員。

另一種是在一些以電阻螺柱焊接為主的地區介紹的激光焊接方式——“交替龍門(mén)焊接”，當焊接時(shí)間超過(guò)50%的工作時(shí)間時(shí)，激光焊接裝置更為節省。在應用方面, 現在正在應用電阻螺柱焊接，解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是一種規定有兩個(gè)焊接交替配置的激光。當一個(gè)配置的焊接正在運行時(shí),另一個(gè)配置處處理頭向下一個(gè)焊接位置移動(dòng)，在這以后激光將轉至另一個(gè)焊接配置，這項技術(shù)已由蒂森克虜伯引進(jìn)。

然而，除此之外針對汽車(chē)制造商也將會(huì )出現完全新式的使世界焊接領(lǐng)域發(fā)生革命性變化的焊接技術(shù)，如摩擦焊接。它的優(yōu)勢是只需能夠焊接兩個(gè)零件必要的低能量輸入即可，而熱量變形較低。由于溫度非常低, 因此，焊縫不會(huì )比材料堅硬。但也有不足之處：高強度壓力和快速自轉要求必須要很好地固定住金屬零件。目前，只有幾家公司采用這項技術(shù)來(lái)焊接鋁。但無(wú)論從哪個(gè)角度來(lái)說(shuō)，激光拼焊技術(shù)將會(huì )是未來(lái)車(chē)身焊接技術(shù)的發(fā)展方向！