汽车车身钣金修复技术 课件 8任务三激光焊接

任务三激光焊接安全性、舒适性、节能和环保一直是汽车工业发展的主题，激光焊接技术作为现代汽车生产中的主要加工方法之一，其发展也主要是围绕着这一主题进行的。由于激光焊接工艺优越性、效率高、柔性好等优势，随着汽车轻量化概念、安全性能观念日益增强，激光焊接在汽车工业领域将得到更多重视和广泛应用。激光焊接技术起源于20世纪80年代，某些高端汽车品牌开始使用该技术，其设备投资成本很大，且对冲压产品本身的质量要求很高，但是激光焊接具有区别于传统焊接工艺较多的优点，在当前能源和环境问题日趋严重的大背景下，越来越多的汽车品牌于近年逐步开始大规模应用。一、激光焊接的基本原理广义上的激光焊接在车身中主要指的是激光熔焊和激光钎焊两种方式，这里我们所说的激光焊接指的是狭义上的激光焊接-激光熔焊。激光熔焊指的是不需要填充物质，激光直接作用在工件上使母材快速熔化，再重新凝固结晶形成焊缝的一种焊接方式。当高强度激光照射在材料表面上时，部分光能将被材料吸收而转变成热能，使材料熔化、蒸发并沿着工件的厚度方向穿透形成狭长空洞，小孔随着激光光束移动形成焊缝，从而达到焊接的目的。激光焊接方式主要包括脉冲激光焊和连续激光焊，前者主要用于薄件材料和单点固定连续的焊接，后者主要用于厚板材料的焊接和切割，在车身制造中主要应用脉冲激光焊。任务三激光焊接当激光光斑照射到工件表面上的功率密度达到106W/cm2以上时，工件在激光的照射下被迅速加热，其表面温度在极短的时间内升高到沸点，使金属熔化和汽化。在液态金属中形成一个充满金属蒸气的细长孔洞。当金属蒸气的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不再继续加深，形成一个深度稳定的小孔，小孔周围就是焊接熔池，小孔随着激光而移动，小孔闭合后便形成焊缝，实现激光深熔焊接，如图8-3-1所示。图8-3-1激光焊接的基本原理任务三激光焊接二、激光焊接装置结构与优点1.激光焊接系统的结构激光焊接装置结构与激光钎焊装置结构大体相同，激光钎焊装置取消送丝系统模块（或停止该机构运行），即可构成激光焊接系统，如图8-3-2所示。图8-3-2激光焊接系统的结构任务三激光焊接2.激光焊接技术的优点激光焊接技术有如下优点：1）非接触加工，不需要对工件加压和表面处理，无电极、工具等的磨损消耗。2）功率密度大，功率密度可达105～107W/cm2，适合加工大厚度钢板，加工速率高。3）加热范围小，残余应力和变形小。4）不需要真空环境，不产生X射线，无加工噪声，对环境没有污染。5）容易实现远距离、多路同时或分时焊接。6）对厚度与性能相差较大的异种金属也可焊接。在车身制造过程中，激光焊接拥有减少材料用量，优化零件和模具数量，降低成本，减轻车身以及提高尺寸精度等优点。与其他焊接工艺相比，采用激光焊接技术的车身，可提高其50%的动静态刚度，从而显著减低车辆行驶过程中噪声和振动，改善乘员乘坐舒适性。大量采用激光焊接工艺的途安、速腾、迈腾在欧洲进行的NCAP碰撞试验中均获得了5颗星的最高安全性能标志。三、激光焊接的种类及应用应用在汽车白车身上的激光焊接通常有组焊、拼焊、穿透焊三种方式，如图8-3-3所示。任务三激光焊接图8-3-3激光焊接的种类1.激光组焊组焊主要有顶盖和侧围的连接、侧围组焊以及车门焊接。如福特、通用、沃尔沃和欧宝，均使用过组焊进行顶盖与侧围的连接，但随着技术的发展，激光钎焊越来越广泛地应用于这一部位的焊接，目前只有沃尔沃仍在坚持使用激光组焊；侧围方面福特SUV和轿车有使用激光组焊的车型，大众的很多车型也在使用。激光组焊的应用车型如图8-3-4所示。图8-3-4激光组焊的应用车型任务三激光焊接2.激光拼焊拼焊板（Tailor-weldedblank,TWB）是由不同强度、不同厚度或不同涂层的钢材焊接而成，由于激光焊接高效、焊缝成型好等优势，目前的汽车拼焊板都采用激光焊接而成。与普通钢板相比，拼焊板的优点主要有以下三个方面：①减轻车身重量应用焊接的方法优化板料的厚度，使车身重量降低，实现轻量化。②提高车身服役时间和碰撞性能使用激光拼焊，可以提高安全性能、驾驶性能、疲劳和耐蚀性能和车身刚性等。③降低成本使用激光拼焊，可以减少材料、减少加工程序和减少模具数量，使车身制造成本降低。采用激光拼焊板应用于车身制造，可以减少零件、模具及焊接工装数量，降低车身自重和成本，并提高产品的市场竞争力。主要应用在覆盖件居多，也有些使用在结构件上。图8-3-5为拼焊板在汽车白车身中的主要应用。任务三激光焊接图8-3-5激光拼焊板在汽车白车身中的应用汽车拼焊板按焊缝类型分类可以分为三种，即单条直线焊缝、复数直线焊缝、非直线焊缝，如图8-3-6所示。其中以单条直线焊缝类型应用最多，生产工艺也相对简单。非直线焊缝最复杂，一般根据冲压件成型后的形状设计焊缝，从而提高产品的强度和冲压性能。图8-3-6激光拼焊板的分类任务三激光焊接3.穿透焊由于现代汽车车身多采用镀锌钢板或优质高强钢，如果采用传统的点焊技术，由于三层板和镀锌的缘故，必须采用较大的焊接电流和焊接压力，其结果必然导致焊点质量下降和焊点变形严重，从而导致装配质量下降。就点焊本身而言，焊点的强度可以很高，但没有焊点的部分还是断续分离的。焊点容易变形，尤其是在焊接三层板连接、镀锌板连接和高强钢的连接时，焊接变形较大，导致焊点处的平整度降低及产生缝隙，而且点焊会造成焊接点周围的母材热影响区强度下降，车辆遭严重撞击时的断裂部位往往是在该处。车身B柱采用穿透焊，焊接厚度可以达到4mm，如图8-3-7所示。在焊接时，表面的锌会首先汽化。如果两层钢板贴得非常紧密，汽化后的锌蒸汽无法排出，冷却后将存留在焊缝中，这样会大大降低焊缝的强度，影响焊接质量。由于飞溅大，穿透焊的焊缝相对于激光拼焊和组焊更粗糙，但是强度比普通点焊要强得多。图8-3-7车身B柱的穿透焊任务三激光焊接四、激光焊接质量检测激光焊接质量主要包括外观质量、焊缝成形（焊缝宽度、焊瘤凸出、焊缝有效深度、背面断差和焊缝错边等）和力学性能等（对焊缝进行拉伸、杯突、硬度和弯曲等测试）方面的要求。外观质量检测如表8-3-1所示。表8-3-1外观质量检测序号缺陷形式缺陷特征检测方式缺陷评价及返修方式1烧穿单层母材焊穿目视不能接受有母材烧穿，否则必须报废2飞溅母材表面有可见飞溅目视条件接受不影响功能的飞溅，否则需要打磨返修3咬边母材有可