汽车制造中焊接技术现状
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车身焊装的新技术——激光焊接
摘要:激光焊接作为目前车身焊装工艺的最先进技术,本文主要介绍激光焊接技术在车身焊装的特点、应用、发展趋势及其发展历史以及该行业在国内和国外的现状
汽车制造中焊接技术现状及激光焊接概况
焊接是现代机械制造业中一种必要的工艺方法,在汽车制造中得到广泛的应用。
汽车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。
在汽车零部件的制造中,传统焊接方法有点焊、凸焊、缝焊、滚点(凸)焊、焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊、钎焊、摩擦焊等各种焊接方法中,由于点焊、气体保护焊、钎焊具有生产量大,自动化程度高,高速、低耗、焊接变形小、易操作的特点,所以对汽车车身薄板覆盖零部件特别适合,在汽车生产中应用最多。
但是近年来,世界上最新出现了激光焊接技术,并且发展得很快,目前国内大众车系已经引入了这种先进的制造工艺。
与目前传统的点焊工艺不同,激光焊接可以达到两块钢板之间的分子结合,通俗而言就是焊接后的钢板硬度相当于一整块钢板,从而将车身强度提升30%,车身的结合精度同样大大提升。
当然,激光焊接的实际使用意义并不仅于此。
一般来说,车辆在道路上行进时来自地面的颠簸会转换成每分钟上千次的扭曲运动考验车身,如果车身结合精度、强度不够,轻则车内异响频频、噪音大,严重的可能导致安装在车辆上的零部件如变速箱、前后桥的损坏或者车身断裂。
事实上,无论多好的路况,我们的座驾都在不断进行高强度扭曲运动,而且随着速度提升、路程增加,这种考验会越来越严峻并直接关乎驾乘者的安全。
汽车工业是激光加工应用最多的领域之一。
据有关资料统计,在欧美工业发达国家中,有50%~70%的零部件都是采用激光加工来完成的。
尤其是近年来发展很快,1998年全世界约有3000多台激光加工机用于汽车工业,而且每年还有数以百计的激光加工机投入使用。
究竟什么是激光焊接呢?
激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的
光束,如果焦点靠近工件,工件就会在几毫秒内熔化和蒸发,所以这一效应可用于焊接工艺。
激光焊接的特点是被焊接工件变形极小,几乎没有连接间隙,焊接深度/宽度比高,因此焊接质量比传统焊接方法高。
但是,如何保证激光焊接的质量,也就是激光焊接过程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容,包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器,通过电子计算机处理,针对不同焊接对象和要求,实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目,通过反馈控制调节焊接工艺参数,从而实现自动化激光焊接。
所以说,激光焊接是一门技术性非常强的先进制造工艺。
激光焊接的独特优势:
能量密度高、焊接速度快、焊接质量高(深宽比可达2-2)、焊缝组织致密、强度高;
热影响区小、焊后材料变形小;
容易实现自动化,提高生产率;
可焊接难以接近部位,实行远距离焊接;
与数控工作配合,可实现复杂曲面和薄壁异形管的焊接;
无污染与任何腐蚀;
激光还可用于不同型号、异形金属之间的焊接。
行业现状
德国大众最早于1985年将激光拼焊用于Audi车型底盘的焊接,日本丰田于1986年采用添丝激光焊的方法用于车身侧面框架的焊接。
北美大批量采用激光拼装焊技术是在1993年,当时美国为例提高美国汽车同日本汽车的竞争力而提出了2mm工程。
世界汽车制造商对拼焊板的需求大大促进了拼焊板的生产。
法国阿赛洛现激光平焊生产线已达到35条。
而且欧洲许多冶金公司也都在生产这种拼焊板。
其中,意大利Sollank公司在不断扩大产能,其子公司Solblank公司已经投入了14条生产线,而且还准备在英国及美国建立4条激光拼焊线,每条的产能将达到2万t/年。
一些大型冶金联合企业也正在加快在其他国建组建合资公司的步伐。
德国Tissen冶金公司就建立了主要为凯迪拉克轿车新车型提供激光焊接车门及其
他板件的合资公司。
“英国钢铁”建成了好几个能向汽车制造商提供拼焊板的专门企业,而且产能达到了12.5万t/年,并向土耳其丰田汽车公司提供拼焊板。
美国及日本也都建立了类似的独立的专门公司。
目前,西欧生产的拼焊板占世界总产量的70%,美国生产的占20%,日本生产的占10%,其中每年由装配—焊接流水线生产的大约有2.9亿件,由单个机床及成套设备生产的有1亿。
中国的激光拼焊板技术应用起步较晚,直到2002年10月25日,我国第一条激光拼焊板专业化商业生产线才在武汉正式投入运行,作为全球最大拼焊板制造供应商的德国蒂森克虏伯集团拼焊板有限公司在海外的第八家公司(在亚洲的第一家)。
武汉蒂森克虏伯中人激光拼焊有限公司引进蒂森克虏伯公司生产的8kWCO2只限连续激光焊接生产线(Linear laser welding lines),并采用蒂森克虏伯拼焊板公司的全套专有技术和质量控制体系进行生产和工艺开发,该线最小工件间距为50mm,焊接速度可达10m/min,年生产能力可达20000吨(一条线)。
目前,国内激光拼焊板需求量迅速上升,国产高品质车型,如:帕萨特、别克、奥迪、雅阁等都开始采用激光拼焊板。
基于这种情况,宝钢集团在2004年11月和12月相继在上海和长春成立了激光拼焊板生产公司。
并且第一钢铁巨头阿赛洛公司联手宝钢集团和上海大众公司合资建设一条最先进的激光拼焊板生产线也如期投入生产。
结论
随着激光性能的不断提高、激光焊接设备的不断更新,以及人们对激光焊接工艺的不断更新,以及人们对激光焊接工艺的不断深入研究,焊接质量也得到了显著的提高,激光焊接在汽车工业的应用也越来越广泛,在汽车工业中已经成为了一种比较成熟的工艺。
国内的几款采用激光焊接技术的轿车在采用激光焊接后整车性能得到极大的提高,而这一点也正成为厂家及经销商在提高整车安全性上大力宣传的卖点,也是目前这几款车去的消售业绩的一个因素。
综合诸多因素,在现阶段在汽车工业中推广激光焊接技术的应用将是一个趋势,也很有必要!。