激光焊接技术在汽车制造中的应用讲解
激光焊接技术在汽车制造中的应用
1、引言
激光焊接从上世纪60 年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近40 年的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电设备等领域，所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵，一次性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。其中，激光焊接在汽车制造领域中的许多成功应用已经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势，也为许多大功率激光器制造商和激光焊接设备制造商提供了更为诱人的经济效益前景。这也是激光焊接能够吸引国内外越来越多的科技人员从事研究和技术开发的原因。本文综述了近年来国内外激光焊接技术领域研究和应用的一些进展，并介绍了激光焊接在汽车零件和车身制造领域的典型应用。
2、激光焊接技术的进展
2.1 激光器技术
在汽车制造和其它工业生产中广泛应用的大功率激光器主要包括两类，CO2激光器和Nd:YAG 激光器，而大功率半导体激光器在焊接领域的研究还处于起步阶段。
(1 CO2激光器
用于大熔深激光焊接的CO2激光器一般以连续方式工作，主要包括快轴流和Slab 型两种类型。同快轴流激光器相比，Slab型激光器具有结构紧凑、气体消耗
量少、维护成本低的特点。目前世界上CO2激光器最大输出功率为45kW，工业生产中应用的激光器输出功率范围约在700W 至12kW 之间。
我国目前可以自主生产的快轴流激光器最大输出功率为3kW。
(2 Nd:YAG 激光器
Nd:YAG激光可以通过光纤传输，在柔性制造系统或远程加工场合更具有适应性。目前国外Nd：YAG激光器的最大输出功率达10kW，而包括汽车在内的工业生产中应用较多的则是3kW 和4kW 的Nd:YAG激光器。最近几年，半导体泵浦的Nd:YAG激光器制造技术有了飞速发展，最大输出功率已经达到和氙灯泵浦的Nd:YAG 激光器同样级别。例如，Trumpf 公司生产的氙灯泵浦Nd:YAG 激光器的输出功率最大为5500W，而半导体泵浦的Nd:YAG 激光器最大输出功率已达到6000W。
我国在大功率Nd:YAG 激光器技术方面还相当落后，目前还不能自主生产千瓦级Nd:YAG 激光器。
(3 半导体激光器
半导体激光器具有波长短、重量轻、转换效率高、运行成本低、寿命长的特点，是未来激光器发展的重要方向之一。国外学者已经开始了利用大功率半导体激光器进行铝合金焊接的研究工作，可以获得2mm 的焊接熔深。但半导体激光器面临的最大问题是光束模式差，光斑大，因此功率密度较低，这是半导体激光器今后用于工业生产必须解决的问题。
2.2 激光焊接过程监测与质量控制
激光焊接过程监测与质量控制一直是激光焊接领域研究和发展的一个重要内容，利用电感、电容、声波、光电、视觉等各种传感器，通过人工智能和计算机处理方法，针对不同的激光焊接过程和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝成
形质量监测等，并通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现高质量的自动化激光焊接过程。
图1 激光焊接过程检测原理示意图
(1 激光焊接过程监测
利用各种传感器对激光焊接过程中产生的等离子体进行检测是常用和有效的方法，如图1 所示。根据检测信号的不同，激光焊接质量检测主要包括以下几种方式：
1 光信号检测。检测对象为激光焊接过程中的等离子体（包括工件上方和小孔内部）光辐射和熔池光辐射等。从检测装置的安装来看，主要包括与激光束同轴的直视检测、侧面检测和背面检测。使用的传感器主要有光电二极管、光电池、CCD 和高速摄像机，以及光谱分析仪等。
2 声音信号检测。检测对象主要为焊接过程中等离子体的声振荡和声发射。
3 等离子体电荷信号。检测对象为焊接喷嘴和工件表面等离子体的电荷。
利用光电传感器检测激光焊接过程中等离子体光辐射强度的变化是激光焊接过程监测与控制的重要方法之一。国内外研究工作表明，利用光电传感器可以自动检
测出焊接过程中因激光功率、焊接速度、焦点位置、喷嘴至工件表面距离、对接间隙等工艺条件的波动引起的焊缝熔深和成形质量的变化，不仅可以诊断出诸如咬边、烧穿、驼峰等焊缝成形缺陷，而且在一定工艺条件下还可以检测焊缝内部质量，例如，气孔倾向的严重程度。
采用激光视觉传感器可以实时观察焊缝的成形质量，迅速及时诊断高速焊接中容易出现的咬边和气孔缺陷，同时可以在线测量焊缝的宽度变化。采用这种在线检测方法替代手动检查，大大减少了返修率，提高了生产效率，降低了成本。例如，在Nd:YAG 焊接系统中，采用Ar+激光作为辅助光源照亮焊接区，在CCD 前安装只允许Ar+激光通过的滤波片，就可以获得非常清晰的焊接熔池图象。这项技术在日本汽车制造领域已得到相当应用。
(2 激光焊接过程控制
激光焊接过程控制的主要内容就是对焊接工艺参数的控制。在激光焊接时，光束焦点位置是影响激光深熔焊质量最关键而又最难监测和控制的工艺参数之一。在一定激光功率和焊接速度下，只有焦点处
于最佳焦点位置范围时，才可获得最大熔深和良好的焊缝成形。偏离这个范围，熔深则下降，甚至破坏稳定的深熔焊过程，变为模式不稳定焊接或热导焊。但实际激光焊接时，存在多种因素影响焦点位置的稳定性，包括因非平面工件和焊接变形引起的焊接喷嘴－工件距离变化，激光器窗口、聚焦镜等元件热透镜效应引起焦点位置的变化，以及光束在飞行光路中不同位置引起焦点位置的变化等。如何迅速确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围，一直是激光焊接迫切要求解决而又难度很大的课题。
图2是清华大学研制的CO2激光焊接焦点位置的双闭环控制系统示意图。整个系统包括数控激光焊接机床(CNC、特殊设计的激光焊炬以及检测控制系统。焊接喷嘴－工件距离可以通过上下调节焊炬位置实现，而聚焦透镜位置则由电机驱动在焊炬内独立上下运动，实现焦点位置的调节。检测系统由电荷传感器(pcs喷嘴和装在喷嘴侧面的光学传感器(ps 传感器组成。焊接过程中，根据检测到的PCS 信号
变化，系统可以自动调节喷嘴至工件表面距离，保证在焊接过程中保持喷嘴－工件距离恒定；同时根据PS 信号调整聚焦透镜的位置，用于补偿因热透镜效应引起的焦点位置波动，使焦点位置始终处在最佳焦点位置范围。
图2 激光焊接焦点位置双闭环控制系统组成
图3显示的是这种质量检测与闭环控制的实验结果。双闭环控制实验在
450mm 长的弯板上进行，包括了上坡焊、平焊和下坡焊三种情况。图中焊缝A 为只采用PCS 信号单独控制焊接喷嘴－工件距离的实验结果，可以看出虽然喷嘴受控随工件斜率升降能保持喷嘴-工件距离不变，但由于热透镜效应的影响，焊接过程中焦点位置逐渐偏离最佳焦点位置，由稳定的深熔焊变为模式不稳定焊和热导焊。而焊缝B 则采用了双闭环控制，既控制了喷嘴-工件距离，又能自动调节透镜的高度，对焦点位置进行全闭环控制，补偿了包括热透镜效应在内的各种
因素的的影响，所以焊接过程中能始终保证熔深和熔宽均匀。
图3 焦点位置双闭环控制激光焊接样品
2.3 新型激光焊接工艺与方法
(1 双/多光束焊接
双/多光束焊接的提出最初是为了获得更大的熔深和更稳定的焊接过程和更好的焊缝成形质量，其基本方法是同时将两台或两台以上的激光器输出的光束聚焦在同一位置，以提高总的激光能量。后来，随着激光焊接技术应用范围的扩大，为减小在厚板焊接，特别是铝合金焊接时容易出现气孔倾向，采用以前后排列或平行排列的两束激光实施焊接，这样可以适当提高焊接小孔的稳定性，减少焊接缺陷的产生几率。
(2 激光－电弧复合焊
激光－电弧复合焊是近年激光焊接领域的研究热点之一。该方法的提出是由于随着工业生产对激光焊接的要求，激光焊接本身存在的间隙适应性差，即极小的激光聚焦光斑对焊前工件的加工装配要求过高，此外，激光焊接作为一种以自熔性焊接为主的焊接方法，一般不采用填充金属，因此在焊接一些高性能材料时对焊缝的成分和组织控制困难。而激光－电弧复合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小变形的优点，又具有间隙敏感性低、焊接适应性好的特点，是一种优质高效焊接方法。其特点在于：
?
? 可降低工件装配要求，间隙适应性好。有利于减小气孔倾向。
? 可以实现在较低激光功率下获得更大的熔深和焊接速度，有利
于降低成本。
? 电弧对等离子体有稀释作用，可减小对激光的屏蔽效应，同时
激光对电弧有引导和聚焦作用，使焊接过程稳定性提高。
? 利用电弧焊的填丝可改善焊缝成分和性能，对焊接特种材料或
异种材料有重要意义。
激光与电弧复合焊的方法包括两种，即旁轴复合焊和同轴复合焊。旁轴激光-电弧复合焊方法实现较为简单，但最大缺点是热源为非对称性，焊接质量受焊接方向影响很大，难以用于曲线或三维焊接。而激光和电弧同轴的焊接方法则可以形成一种同轴对称的复合热源，大大提高焊接过程稳定性，并可方便地实现二维和三维焊接。目前，对旁轴复合焊的研究较多，而同轴复合焊的还处于研究阶段。在复合焊的应用方面，许多汽车制造商正将其用于新型汽车的制造。例如，在进行汽车车身拼焊时，利用3kW Nd:YAG激光焊接1.2mm 和0.7mm 厚的拼板时焊接速度最高为4.0m/min，采用复合焊后最大速度可达
7.4m/min，而允许的对接坡口间隙从原来的0.05mm 提高到0.15mm。国内近年来也开始了激光－电弧复合焊的初步研究。
3、激光焊接在汽车制造中的典型应用
汽车制造领域是当前工业生产中最大规模使用激光焊接技术的行业，从汽车零部件生产到车身制造，激光焊接已经成为汽车制造生
产中的最主要焊接方法之一。总体上讲，激光焊接在汽车制造中的应用主要包括三个方面。
3.1 汽车零部件的激光焊接
激光焊接在汽车制造中的应用始于变速箱的齿轮焊接，由于采用了激光焊接，焊接后的齿轮几乎没有焊接变形，不需要焊后热处理，而且焊接速度大大提高，因此很快得到了应用。国外到目前为止，激光焊接已经在汽车零部件生产中得到非常广泛的应用，包括尾气排放系统（歧管、排气管、消声器等）、变速箱双联齿轮、
减振器储油缸筒体、滤清器、车门铰链等。国内汽车领域应用激光焊接主要有变速箱齿轮和减振器储油缸筒的焊接。
3.2 激光拼焊技术
激光焊接在汽车制造应用最为成功，同时效益最为明显的一项技术就是汽车车身的拼焊技术。激光拼焊的目的是为了降低车身重量，即在进行车身的设计制造时，根据车身不同部位的性能要求，选择钢材等级和厚度不同的钢板，通过激光裁剪和拼焊技术完成车身某一部位的制造。激光拼焊技术具有下列优点：减少零件和模具数量；缩短设计和开发周期；减少材料浪费；最合理使用不同级别、厚度和性能的钢板，减少车身重量；降低制造成本；提高尺寸精度；提高车身结构刚度和安全性。
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。北美大批量应用激光拼焊技术是在 1993 年，当时美国为了提高美国汽车同日本汽车的竞争力而提出了
2mm 工程。到目前为止，世界上几乎所有的著名汽车制造商都大量采用了激光拼焊技术，所涉及的汽车结构件包括车身侧框架、车门内板、挡风玻璃窗框、轮罩板、底板、中间支柱等。 3.3 汽车车身激光焊接技术激光焊接在汽车制造中的另一个重要应用是汽车车身框架的激光焊接，其中一个典型例子就是汽车车身顶盖与车身侧板的焊接。传统的焊接方法为点焊，如图 4a 所示，但现在正逐渐被激光焊接所代替（图 4b）。比较两者可以看出，采用激光焊接后，顶盖和侧面车身的搭接边宽度减少，降低了钢板使用量，同时提高了车体的刚度。目前这种车身框架的激光焊接技术在各大汽车制造商的较新型车中都得到了非常广泛的应用，例如 Audi A2 车体框架是由铝合金材料焊接而成，比同样结构使用钢材可减少重量43kg，其中激光焊接的焊缝总长多达 30m。国内，上海通用的 Polo、上海大众Passat 车型和一汽 Bora 的制造中，也都采用了激光焊接技术。这是我国汽车制造业真正使用激光焊接技术的一个重要标志。
图 4 汽车车身顶盖与侧面激光焊接代替点焊 4、小结激光焊接在汽车制造领域的大量成功应用显示出激光焊接强大的生命力和非常广阔的应用前景。虽然我国激光焊接技术的整体应用水平还比较低，在激光器制造技术上还较发达国家落后许多，但是应当看到我国一些汽车制造厂家已经在部分新车型中采用激光焊接技术，而且从激光焊接技术本身研究的角度看，我国一些科研院所在一些具有特色的领域取得了具有特色的成果。随着我国汽车工业的快速发展，激光焊接技术一定会在汽车制造领域取得丰硕的成果和广泛的应用。
激光焊接应用讲解
激光焊接应用 一、激光焊接的主要特性。 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。 但是，激光焊接也存在着一定的局限性： 1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。 2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。 二、激光焊接热传导。 激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，使金属熔化形成焊接。在激光与金属的相互作用过程中，金属熔化仅为其中一种物理现象。有时光能并非主要转化为金属熔化，而以其它形式表现出来，如汽化、等离子体形成等。然而，要实现良好的熔融焊接，必须使金属熔化成为能量转换的主要形式。为此，必须了解激光与金属相互作用中所产生的各种物理现象以及这些物理现象与激光参数的关系，从而通过控制激光参数，使激光能量绝大部分转化为金属熔化的能量，达到焊接的目的。 三、激光焊接的工艺参数。 1、功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/CM2。 2、激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。 3、激光脉冲宽度。 脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。 4、离焦量对焊接质量的影响。 激光焊接通常需要一定的离做文章一，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。 离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池
自动焊接系统在汽车车身焊接生产中的应用郑明彬
自动焊接系统在汽车车身焊接生产中的应用郑明彬 发表时间：2019-11-18T15:32:49.797Z 来源：《工程管理前沿》2019年5卷12期作者：郑明彬[导读] 焊接技术在汽车制造业中的应用是非常广泛的，它是连接各个零件的重要桥梁，汽车本身的很多零部件都离不开各式焊接技术的应用和支持，对此焊接技术是随着汽车制造业的发展而不断创新的。 摘要：焊接技术在汽车制造业中的应用是非常广泛的，它是连接各个零件的重要桥梁，汽车本身的很多零部件都离不开各式焊接技术的应用和支持，对此焊接技术是随着汽车制造业的发展而不断创新的。其中的点焊等技术更是得到了高度推广。在汽车生产领域中，要选择多种新型焊接技术，本文对焊接新技术在汽车车身焊装中的运用作阐述。 关键词：焊接新技术汽车生产应用焊接技术作为现代汽车制造中的重要工艺方法，广泛应用在汽车的车身、车架、车厢、车桥、变速器、发动机中。焊接对汽车外观有直接的重要的影响，要是焊接质量不符合要求的话，严重时会引起车身发生漏雨，开动时有引起路面以及风力噪音产生的可能性。因此，为了提高汽车工业品牌，应该在汽车车身方面大力推广焊接新技术。1汽车车身的焊装工艺设计在汽车制造的四大工艺（冲压工艺、焊装工艺、涂装工艺、总装工艺）中，每一道工艺都对汽车制造质量产生重要的影响。而其中焊装工艺对于汽车产品的外观美观与否有着直接关联，这也是用户接触汽车产品最直接的印象。因此，必须重视车身焊装工艺的合理性与科学性，在有限的资源背景下，提高焊接工作质量，提升焊接工作效率。这就需要工艺设计人员熟悉和了解不同车体车身特性，加强与车身设计人员、内饰设计人员、焊接生产人员的多方沟通，为车身焊装工艺设计科学的可行性方案，保证焊装工艺设计的科学性与先进性。 车身的焊装过程实际上是零件的组合或部件组装，然后几个组件或零件形成一个整体。在焊装工作之前，应有详细焊装工艺文件来指导焊装工艺开展，保证每一批次焊装工艺质量，提高焊装效率。焊装工艺设计的焊装工艺卡，是指导焊装工艺装配与焊接的工作依据，同时，针对不同零部件焊装衔接工作，就根据焊装工艺要求、生产设备自动化程度、输送距离等，确定焊接每一道工序的生产时间，从而确保焊接工序科学有序地开展。汽车车身焊装工艺设计的要点主要有：一是焊装工序卡制定：根据车身设计要求，对焊装工艺的每一道工序提出详细要求，并对整个工艺流程中每个部件的装配与焊接顺序提出要求。二是提出满足一中规定的工序内容所需的通用焊接设备清单，清单应包含设备规格、型号和台数等。三是为完成满足产品特殊要求的工序、工步，确定专用设备仪器清单及其规格型号，提出相应的技术条件。 2激光焊接的技术方法2.1在车身装焊环节使用的激光焊接技术：该技术由电脑控制，所以不管是机动性还是灵活力都较好，对车身内板构件的焊接其效果是很不错的，比例对仪表板进行的焊接等。 2.2对汽车底盘位置的零部件实施的激光焊接：超过百种的零部件共同组成了汽车底盘，在进行不同厚度、种类以及等级的材料焊接时，可以利用激光焊接技术来将各种零件进行成形制作，以前无法完成的零部件的焊接通过激光焊接技术已经能够得到很好的完成，同时还能促使汽车的灵活性得到进一步提升。 2.3拼焊车身冲压件：关于零部件的制作，可以采取钢板激光拼焊技术实现，具体过程是将车身要求的不同材料以及厚度的钢板通过拼焊方式完成，然后进行剪切以及下料，在这个基础上采取激光拼接方式，最后通过冲压使之成形，比如对门槛进行的拼焊，通过该方式生产车身可以减轻车身重量，优化车身结构，使其更加合理。 3新电阻焊的技术工艺 3.1伺服点焊钳工艺 现今在点焊技术中的一个新型技术就是伺服点焊钳技术。通过伺服气缸以及伺服电机可以对焊接的实际行程以及其压力进行规划。伺服控制器既可以充当焊接机器人里的一部分控制系统，也可以当作单独的伺服控制器，通过它来让焊接压力经由反馈传感器生成可编程的伺服加压系统，这个过程可以为整个焊接过程中需要的动态焊接压力提供保证，产生最合适的电极压力。与一般的加压系统相比而言，伺服焊钳在加压过程中往往超过常规的五倍，还可以自行补偿由压馈等因素引起的压力波动，在实施强顶锻压力对钢材进行焊接时可以有效的满足要求。此外层数和厚度都不一样的工件，强度较高的钢板在点焊过程中可以确保点焊质量符合规定的标准。要是结合中频电阻焊技术以及机器人伺服点焊技术共同使用的话，往往会显示出更大的优点。 3.2一体式点焊钳工艺 一体式点焊钳是由点焊钳以及焊接变压器组合而成的。在焊钳内部集中变压器是该技术手段的主要优点，这不仅有利于节约电能，而且有利于避免焊接时出现的二次回路情况，此外还极大的减少了在电源容量方面的需求量，能极大的节约能源。 在机器人焊接方面一体式点焊钳技术的运用已经非常普遍。由于焊接质量的标准越来越高，各种各样的车身新材料的不断引进，在我国汽车生产领域，悬挂式的一体式点焊钳技术已经在很多汽车生产企业得到了大力推广，该方式是通过人工进行操作的，这样的话可以最大程度的确保操作人员的人身安全，而且操作起来也非常方便，能极大的节省能源。例如在上海大众p0lo车的焊接生产线上，一体式点焊钳已经得到了全部的应用。但是由于使用一体式点焊钳的成本很高，还有很多汽车制造公司没有完全采用，仅仅在分体式焊钳不能进行操作的时候才使用该技术手段。4胶接点焊工艺 点焊接头因为受载将给焊点位置带来很大的应力，尽管胶接接头在抗疲劳方面性能较好，可是其在静强度方面较差，严重的话接头性能会由于胶层变得老化而逐渐减弱。所以，为了进一步提高点焊接头在抗疲劳方面的性能，建议使用一种新工艺，也就是胶接点焊，该工艺可以将胶接以及电阻点焊有效复合，在工件将要进行点焊的位置涂抹部分胶接着开展点焊工作。通过这种方式可以有效的增强胶焊接头的静强度，还能提高胶接接头的抗疲劳性以及密封性等，并且提高了它的声学性能。该种新焊接技术手段一般在铝合金以及镀锌钢板方面使用较为频繁，由于其在对异种材料连接方面具有很大的潜力，因此具有广泛的前景，尤其是该技术可以完成目前连接工艺不能实施的连接工作。现今在我国，在很多的汽车车身生产企业中都开始使用胶焊技术。尤其是日本通过引进并对全胶焊接技术的使用制造出了小轿车。 5等离子的焊接工艺
激光焊接分析
一、原理 原理分类： 热传导型焊接：功率密度小于104~105W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；热传导型激光焊接，需控制激光功率和功率密度，金属吸收光能后，不产生非线性效应和小孔效应。激光直接穿透深度只在微米量级，金属内部升温靠热传导方式进行。 激光深熔焊接：功率密度大于105~107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“小孔”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 1.透射或反射镜聚焦后可获得直径小于0.01mm、功率密度高达106~l012W/cm2的能束。 2.微观上是一个量子过程，宏观上则表现为反射、吸收、加热、熔化和汽化等现象。激光焊时,激光照射到被焊接件的表面，与其发生作用，一部分被反射，另一部分进入焊件内部。 3.加热：光子的能量→晶格的热振动能，温度升高，达到2500℃。 熔化和汽化：当功率密度大于106W/cm2时，被焊材料会产生急剧的蒸发。被焊材料蒸发，
①光束焦斑 ②透镜焦距，最短焦深多为焦距126mm； ③焦点位置，通常焦点的位置设置在工件表面之下大约所需熔深的1/4处。 2.材料吸收值 （1）材料的电阻系数，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化； （2）材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响； 3.焊接速度 提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。（需要一个速度范围） 4.保护气体 （1）使工件在焊接过程中免受氧化；
（2）保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射； （3）驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽； 等离子云对熔深的影响在低焊接速度区最为明显。当焊接速度提高时，它的影响就会减弱。吹气方法学问大啊！ 5.焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制。 起始和终止端产生凹坑，为了防止这个现象发生，可对功率起止点编制程序，使功率起始和终止时间变成可调，即起始功率用电子学方法在一个短时间内从零升至设置功率值，并调节焊接时间，最后在焊接终止时使功率由设置功率逐渐降至零值。 6.焊缝形状 （1）直线型 （2）正弦型 （3）摇摆型：稳定性高±15% 7.焊缝长度
车身激光焊接接头设计型式与质量评价标准
车身激光焊接接头设计型式与质量评价标准 一汽大众汽车有限公司规划部 韩立军 简介：激光焊接技术以其较高的能量密度、较快的焊接速度、较高的电弧稳定性和优质的焊缝成型在汽车车身制造过程中得到广泛应用，一汽大众迈腾车身的激光焊缝总长度达42m 。激光焊接技术的使用使车身的前撞、后撞、侧撞都能符合较高的设计要求，但在产品设计过程中，对焊接接头的设计和焊缝质量的评价标准以及焊后焊缝的返修也相应提出更高的要求。 关键词：车身；激光焊接；接头型式；质量评价标准 中图分类号：TG453 文献标识码：A 0 前言 从20世纪80年代开始，激光技术开始运用于汽车车身制造领域，主要是运用激光焊接车身。激光焊接设备使用的激光器主要有两大类：Nd:Y AG 固体激光器，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送； CO 2激光器，可以连续工作并输出很高的功率。 在开发激光焊接新技术方面，激光技术在车身制造过程中经历了不等厚板激光拼接技术、车身激光焊接技术、激光复合焊接技术的发展历程。与单一的激光熔焊技术相比，激光混合焊接技术具有显著的优点：高速焊接时电弧焊接的较高的稳定性、更大的熔深、较大缝隙的焊接能力、焊缝的韧性更好、通过焊丝可以调整焊缝组织结构等。焊缝的设计型式和焊缝标准的评价随着激光焊接技术的发展也不断进行着改变与完善，特别是近些年镀锌板、三层板和超高强钢板的广泛应用，对接头的设计型式提出了更高的要求，焊缝标准的评价也不断细化和优化，这不仅为制造优质的焊接车身提供了保证，也为焊缝的返修提供了理论依据。 目前，一汽大众公司在Audi C6、Golf A6、宝来、速腾、迈腾、Model X 等几乎所有品牌车型的车身制造过程中都不同程度地采用了激光切割、激光熔化焊接、激光复合焊接等先进的制造技术（如表1）。由于焊接部位不同，焊接接头的型式与评价标准也不尽相同，焊缝存在的焊接缺陷也不同，从而导致焊缝返修标准也存在一定差别。 表1 一汽大众车型激光焊接部位数据统计 以一汽大众迈腾车身为例，车身激光焊缝总长度高达42m ，焊缝的接头型式涉及顶盖激光钎焊时的对 接接头、前后风窗上沿的搭接I 型接头、后流水槽处的搭接角焊缝以及前端的角接角焊缝等诸多形式。由于焊缝的型式不同，激光焊接时的焊接方法、参数、评价标准和焊后返修的标准均有所不同（如图1）。 CADDY BORA A5 BORA A4 GOLF A4 AUDI C5 AUDI C6 AUDI B6 顶盖设备 V V V V V V 前端V V 白车身V 密封槽－侧围 V note: 侧围V 车门V 后盖 V V 221 1 1 1 应用工位 主焊 合计（27台） 1 表示HL4006D 表示HL3006D
工业机器人在汽车焊接中的应用
工业机器人在汽车焊接中的应用焊接技术作为制造业的传统基础工艺与技术，在工业中应用的历史并不长，但它的发展却是非常迅速的。焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备，是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人，主要用于工业自动化领域，其广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械等行业，在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程都有广泛应用，其中应用最多的以弧焊、点焊为主。 典型的焊接机器人系统有如下几种形式：焊接机器人工作站、焊接机器人生产线、焊接专机。焊接机器人系统一般适合中、小批量生产，被焊工件的焊缝可以短而多，形状较复杂。柔性焊接线特别适合产品品种多，每批数量又很少的情况下采用。焊接专机适合批量大、改型慢的产品，对焊缝数量较少、较长，形状规矩的工件也较为适用，至于选用哪种自动化焊接生产形式，需根据企业的实际情况而定。 在汽车领域的典型应用 纵观整个汽车工业的焊接现状，不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为：发展自动化柔性生产系统。而工业机器人，因集自动化生产和灵活性生产特点于一身，故轿车生产近年来大规模、迅速地使用了机器人。在焊接方面，主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人。特别是近几年，国内的汽车生产企业非常重视焊接的自动化。如一汽引进的捷达车身焊装车间的13条生产线的自动化率达80%以上，各条线都由计算机(可编程控制器PLC-3)控制，自动完成工件的传送和焊接。焊接由R30型极坐标式机器人和G60肘节式机器人共61台进行，机器人驱动由微机控制，数字和文字显示，磁带记录仪输入和输出程序。机器人的动作采用点到点的序步轨迹，具有很高的焊接自动化水平，既改善了工作条件，提高了产品质量和生产率，又降低材料消耗。 类似的高水平的生产线，在上海、武汉等地都有引进。但这些毕竟还远不能适应我国民族汽车工业迅速发展的需要，我们必须坚持技术创新，大力加速发展高效节能的焊接新材料、新工艺和新设备，发展应用机器人技术，发展轻便灵巧的智能设备，建立高效经济的焊接自动化系统，必须用计算机及信息技术改造传统产业，提高档次。 新松机器人深度服务汽车行业大市场 作为国内唯一的“机器人国家工程研究中心”，新松机器人自动化股份有限公司从事机器人及自动化前沿技术的研制、开发与应用。其系列机器人应用主要涵盖点焊、弧焊、搬运、装配、涂胶、喷涂、浇铸、注塑、水切割等各种自动化作业，广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械、冶金、电子装配、物流、烟草、五金交电、军事等行业。目前，机器人系列技术及应用、自动化成套技术装备、仓储物流自动化技术装备已形成新松公司三大主导产业领域，旨在为用户提供卓越的技术和服务。迄今已累计向市场推出了800多台机器人系统，是市场上极具竞争力的“机器人及自动化技术和服务”解决方案提供商，也是国内进行机器人研究开发与产业化应用的主导力量。 新松公司的机器人产业应用主要是承担各类汽车车身自动冲压线、白车身焊装线、汽车总装线、发动机装配线、工装夹具及输送系统的设计制造；焊装线钢结构、管网工程的设计制造；焊装线工艺设计、平面布置、机器人选型、机器人用自动焊钳设计与选型、非标机
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数(精)
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。 2.3.受激吸收 受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级E1的一个原子，在频率为的辐射场作用下吸收一个能量为hν的光子，并跃迁至高能级E2，这种过程称为受激吸收。自发辐射是不相干的，受激辐射是相干的。 由受激辐射和自发辐射的相干性可知，相干辐射的光子简并度很大。普通光源在红外和可见光波段实际上是非相干光源。如果能够创造这样一种情况：使得腔内某一特定模式的ρ很大，而其他所有模式的都很小，就能够在这一特定模式内形成很高的光子简并度，使相干
激光焊接的工艺参数及特性分析讲解
激光焊接的工艺参数及特性分析 一、激光焊接的工艺参数：1、功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。2、激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接 一、激光焊接的工艺参数： 1、功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。 2、激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。 3、激光脉冲宽度。脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。 4、离焦量对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离焦，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。 二、激光焊接工艺方法： 1、片与片间的焊接。包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。
汽车零部件的激光焊接技术
汽车零部件的激光焊接技术 发表时间：2018-09-27T11:10:52.253Z 来源：《防护工程》2018年第10期作者：田策1 吕陇州2 [导读] 在汽车制造业中，无论是车身组装，还是汽车零部件的生产尤其是在汽车零部件的生产中，激光焊获得了一致好评，也得到了广泛的应用。 田策1 吕陇州2 1.陕西德仕汽车部件（集团）有限责任公司陕西西安 710201； 2.陕汽大同专用汽车有限公司山西大同 037101 摘要：随着科学技术的进步，激光技术的应用领域也越来越广泛。激光焊接技术因其具备高精度、深穿透、高能量密度、适应性强等众多优点，受到了航空航天、机械电工、汽车制造等领域的高度重视。在汽车制造业中，无论是车身组装，还是汽车零部件的生产尤其是在汽车零部件的生产中，激光焊获得了一致好评，也得到了广泛的应用。 关键词：汽车零部件；激光焊接；汽车工业 Laser welding technology for auto parts Tian Ce1 Lv LongZhou2 1 Shaanxi Deshi Auto Parts（Group）Co.，Ltd.，Xi'an，Shaanxi 710201，China； 2 Shaanxi Auto Datong Special Purpose Vehicle Co.，Ltd.，Datong，Shanxi 037101，China Abstract：With the advancement of science and technology，the application of laser technology has become more and more widespread. Laser welding technology has been highly regarded by many fields such as aerospace，mechanical and electrical engineering，and automobile manufacturing due to its high precision，deep penetration，high energy density，and strong adaptability. In the automobile manufacturing industry，laser welding has been well received and widely used in both body assembly and automobile parts production，especially in the production of automotive parts. Keywords：automotive parts；laser welding；automotive industry 1 激光焊接技术 焊接在汽车生产加工过程中是一项不可或缺的工序。汽车组装中最主要的车架、车桥、车身、变速箱、发动机等众多零部件的生产加工都离不开焊接工艺。在众多焊接技术中，各个汽车生产厂已更加重视激光焊接的发展和应用，在产品趋于轻量化、高强度的今天，高强度钢板、合金钢、不锈钢及铝合金也早已被应用到轿车车身的生产当中，在焊接不锈钢、铝合金等材料时，激光焊接技术有着无与伦比的效果。在当前，激光焊接技术已经成为最先进的汽车制造工艺之一。激光焊接技术不仅在汽车齿轮（包括联体齿轮）、变速器、滤油器、空调带轮和液压挺杆等零部件中得到广泛应用，就连车顶、车门、行李箱和发动机盖等车体部位的激光焊接应用也受到广泛的认可。 2 激光焊接技术的优点 激光焊接技术在汽车零部件加工方面几乎可以达到完美的要求，在效率、经济、安全、强度、抗腐蚀等方面有着良好的性能。汽车零部件在整车总价值中占很大比重，采用激光焊接工艺可以使汽车零部件的性能得到显著改善，进一步提升整车品质。激光焊接也已成为工业制造领域主流的标记方式，其具备以下优点： （1）热影响区小，因热传导而产生的变形也相对较低； （2）不受空间大小的影响，可焊接小型或间隔较近的零部件； （3）无需使用电极，因此没有电极污染，而且该焊接工艺不属于接触式焊接，能够有效地降低器具的变形和耗损； （4）不会受磁场的干扰； （5）焊接品质较好，生产效率高，能很好实现自动化； （6）可以焊接的材料种类众多，并且各种不同材质的材料或不同物性的两种金属都可以接合； 提高了生产效率和产品质量。例如：有了激光焊接技术，原本必须要使用铸造工艺的汽车零部件就可以改为冲压工艺，因此就相应的减轻了零部件的重量，不仅节约了原料，而且也符合当前汽车行业轻量化的大趋势。在以前，汽车变速器或传动系统齿轮组是整块材料经过很多种金属切削加工方式、多道工序才可以完成，耗费了大量的人力、物力、财力。现在众多欧美等发达国家的零部件商将齿轮组分解为很多个小的部分，分别加以生产加工，再经过激光焊接技术，不仅能保证零件的强度，而且加快了生产速度，简化了工艺，还可以节省大量的钢材。 3 激光焊接技术在汽车零部件上的运用 近年来，西方工业发达国家在生产家用轿车时，将近60%的汽车零部件就采用的是激光焊接技术加以生产。它被广泛的应用到变速齿轮、半轴、传动轴、散热器、离合器、发动机排气管、增压器轮轴、底盘等许多汽车部件的生产制造中，并且已经成为汽车零部件制造的标准工艺。 在焊接齿轮方面，传统的设计和制造理念已被激光焊接工艺从根本上改变了，激光焊接工艺为齿轮箱体类部件的生产加工提供了更具有经济性和更为紧凑的结构。例如：在奔驰公司的家用车系列变速箱齿轮中，就广泛地采用了激光焊接技术。与传统的加工技术相比，激光焊接技术不但减少了工序，节约了昂贵的原材料，而且大幅度提高了生产效率，并且还使得齿轮箱结构更为紧密。在另一方面，齿轮与传动轴经过激光深熔焊已经熔化为一体，相比原来的齿轮和传动轴，无论是从使用精度还是从传递扭矩要求上，都会有很大的提升。 （1）美国的阿符科公司研制的功率为15 kW的HPL工业用CO2激光焊接机，用它来焊接汽车转动组件的两个齿轮，焊接时间缩短至 1s，因此每小时就可以焊接1000多件。 （2）在世界范围内汽车工业领先的德国，因为不断的技术创新和拥有先进的汽车零件加工技术和装备而收到很大的益处。在这中间，起到了重要的作用就是激光加工设备。德国思泰科工业技术公司（SITEC）是一家拥有10多年经验，专们从事激光加工设备的研发和制造的企业，也是欧洲众多知名厂商的合作伙伴，应用在德国大众汽车公司、西门子VDO公司等众多厂商的LWS系列激光加工中心就是由其生产的。以V ARIOMODUL为基础，SITEC公司结合最先进的激光加工设备，组成模块化和灵活性很强的柔性生产线，从而实现了汽车零部件
汽车制造中的焊接工艺..
汽车制造中的焊接工艺 汽车制造四大工艺中，焊装尤其重要，而在焊装的前期规划中，车身焊接夹具的设计又是关键环节。工装夹具的设计是一门经验性很强的综合性技术，在设计时首先应考虑的是生产纲领，同时还必须熟悉产品结构，了解钣金件变形特点，把握零部件装配精度及容差分配，通晓工艺要求。只有做到这些，才能对焊接夹具进行全方位的设计，满足生产制造要求。汽车焊接生产线也是是汽车制造中的关键，焊接生产线中的各种工装夹具又是焊装线的重中之重，焊接夹具的设计则是前提和基础。设计工装夹具时，不仅要考虑生产纲领，还必须要熟悉产品结构，了解钣金件变形特点，通晓工艺要求等诸多内容。 生产纲领即合格产品的年产量，它决定了焊接夹具的自动化水平及焊接工位的配置，是通过生产节拍体现的，是焊接夹具设计首先应考虑的问题。生产节拍由夹具动作时间、装配时间、焊接时间、搬运时间等组成。夹具动作时间主要取决于夹具的自动化程度；装配时间主要取决于冲压件精度、工序件精度、操作者的熟练程度；焊接时间主要取决于焊接工艺水平、焊接设备的自动化程度、焊钳选型的合理化程度等；搬运时间主要取决于搬运的自动化程度、物流的合理化程度及生产现场管理水平等。只要把握以上几点，就能合理地解决焊接夹具的自动化水平与制造成本的矛盾。 汽车车身的结构特点与焊接的关系 汽车车身一般由外覆盖件、内覆盖件和骨架件组成，覆盖件的钢板厚度一般为0.8～1.2mm，有的车型外覆盖件钣金厚度仅有0.6mm、0.7mm，骨架件的钢板厚度多为1.2～2.5mm，也就是说它们大都为薄板件。对焊接夹具设计来说，应考虑如下特点： 1. 刚性差、易变形 经过成型的薄板冲压件有一定的刚性，但与机械加工件相比，刚性要差得多，而且单个大型冲压件容易变形，只有焊接成车身壳体后，才具有较强的刚性。以轿车车身大侧围外板为例，一
激光焊接工艺详解
激光焊接工艺详解 随着科学技术的发展，近年来出现了激光焊接。那么什么是激光焊接呢？激光焊接的特点与优点又有哪些呢？ 下图是激光焊接的工作原理： 首先，什么是激光？世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生，因受限于晶体的热容量，只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达106瓦，但仍属于低能量输出. 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，假如焦点靠近工件，工件就会在几毫秒内熔化和蒸发，这一效应可用于焊接工艺高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。激光焊接设备的关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd:YAG 激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝柘榴石，晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省往复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车产业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生均匀为10.6μm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2-5千瓦之间。 与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远间隔焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。
现代焊接技术对汽车生产质量的影响
现代焊接技术对汽车生产质量的影响 摘要：随着汽车工艺的发展，现代焊接技术在汽车生产过程中产生了举足轻重的作用，车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大组成都离不开焊接技术的应用。然而，不同的焊接方法会对汽车的生产质量产生不同的影响。本文简述了现代的几种不同的焊接方法及其在汽车工业中的应用现状,分析了现代焊接技术在汽车制造中的作用、特点和影响。 关键词：焊接技术汽车生产方法 Abstract: With the development of automobile technology, modern welding technology plays a very important role in automobile production process. Thesix compositionsof a car which consist ofengine, gearbox, axle, frame, body,compartmentare inseparable from the application of welding technology.However,different welding methods have different effect on car production quality. This paper briefly describes several different modern welding method and its application in automobile industry. Italso has analyzed the functions, characteristics and influencethose the modern welding technology produces in automobile manufacture. Key words:Welding technology car production method 焊接是利用各种形式的能量使被加工的材料产生永久连接的一种成型方法。焊接成形能化大为小，以小拼大，特别适于制造大型的金属结构和机器零件；焊接与铸造、锻造等工艺相结合，可使复杂零件的成形工艺得以简化，便于实现机械化和自动化。[1]焊接技术尤其在汽车等机械行业中应用广泛。 焊接是汽车制造过程中一项重要的环节。汽车的白车身、发动机和变速箱等都离不开焊接技术的应用。在以“钢结构”为主的汽车车身的焊接加工中，汽车焊接又有不同于其他产品焊接的要求：1.对焊接件的尺寸精度要求高。为了保证产品的装配精度和尺寸稳定性，要求尽可能减少薄板件在焊前的精度偏差和焊后的热应力与变形。2.对焊缝接头的性能要求高，焊接接头不仅要满足静态和动态的力学性能指标，而且有苛刻的低周疲劳性能要求。3.对批量焊接生产品质高且一致性好的要求。4.对焊接生产过程高节拍、高效率的要求。5.对“零缺陷”的质量控制与保证，提出了自动化焊接过程的监测与信息化管理的要求。近几年来，汽车工业在焊接新技术的应用及推广方面起了积极的推动作用。针对汽车产品“更轻、更安全、性能更好且成本更低”的发展目标，当前的汽车焊接技术正在传统的材料连接概念与方法的基础上迅速地延伸和拓展，并向先进的“精量化焊接制造”的方向发展。 车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大组成都离不开焊接技术的应用，在汽车零部件的制造中，点焊、凸焊、缝焊、滚点（凸）焊、焊条电弧焊、CO?气体保护焊、氩弧焊、气焊、钎焊、摩擦焊、电子束焊和激光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，因此，在汽车生产中应用最多。在投资费用中点
激光焊接工艺实践课程学习指南讲解
《激光焊接工艺实践》课程学习指南 一、课程资源导航 二、学前要求 学习本课程需要有一定的预备基础知识，需要配置一台计算机，对计算机具体要求如下： (一) 必备基础 学习本课程的学习者必须具备一定的基础： 1.会熟练使用计算机，如常用操作系统Windows XP或者Linux，还有常用软件如PowerPoint、Word等； 2.一定的激光加工技术和工程材料学知识。 (二) 软硬件环境 1.硬件环境：
三、学习目标与要求 课程设置是基于光机电应用技术专业职业岗位能力的培养需要，要求学生通过视频课件、动画和现场实训操作等多种学习资源，掌握激光焊接原理、工艺特点和应用领域。通过本课程学习，学生不仅应该掌握激光焊接加工的基础理论，更要培养、锻炼实际动手操作能力，从而使其在掌握专业知识的基础上获得所需要的职业技能。具体要求如下： ?了解激光焊接工艺的过程和机理； ?学习根据材料特点和焊接工艺要求来选择合适的激光焊接设备； ?针对不同激光焊接设备，学会选择合适的激光焊接参数并能够对设备进行调试、维护； ?针对不同激光焊接过程，学会分析影响焊接质量的因素和解决的措施； ?学习激光焊接的安全操作常识和正确的操作规范。 四、学习路径 1.学习模式 在校学生学习方式：课堂学习+操作实训+网络辅助+标准化试题库考试 网络学习方式：教材自学+按课件学习+网上导学+实训实验+标准化试题库考试2.课程知识学习路径 按知识点渐进式学习：先导课程为激光加工原理、工程材料学等。 3.推荐书籍和参考 （1）郑启光，邵丹编著，激光加工工艺与设备，北京：机械工业出版社，2009,10；（2）刘其斌编著，激光加工技术及其应用，北京：冶金工业出版社，2007；（3）蒙大桥，张友寿，何建军等译，材料激光工艺过程，北京：机械工业出版社，2012,9； （4）现代激光焊接技术，陈彦宾，科学出版社，2010，,10； （5）激光焊接与切割质量控制，陈武柱，机械工业出版社，2010。 五、考核标准 学生学习考核标准请参见本课程资源“考核方案”
激光焊接基本原理讲解-共14页
一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接
激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。
铝合金激光焊接技术
一、铝合金激光焊接的发展 铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。 不过，铝合金本身的特性使得其相关的焊接技术面临着一些亟待解决的问题：表面难溶的氧化膜、接头软化、易产生气孔、容易热变形以及热导率过大等。以往的生产实践中，铝合金的焊接常用钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。虽然这两种焊接方式能量密度较大，焊接铝合金时能获得良好的接头，但仍然存在熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。用这些传统的、应用于黑色金属的焊接方法焊接铝合金，并不能达到工业上高效、无缺陷、性能佳的要求，于是人们开始寻求新的焊接方法，20世纪中后期激光技术逐渐开始应用于工业。欧洲空中客车公 司生产的A340飞机机身，就采用激光焊接技术取代原有的铆接工艺，使机身的重量减轻18 %左右，制造成本降低了近25 %。德国奥迪公司A2和A8全铝结构轿车也获益于铝合金激光焊接技术的开发和应用。这些成功的事例大大促使对激光焊接铝合金的研究，激光技术已经成为了未来铝合金焊接技术的主要发展方向，因为激光焊接具有其独特的优点： (1) 能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能得到窄的熔化区和热影响区以及熔深大的焊缝。 (2) 冷却速度快，焊缝组织微细，故焊接接头性能良好。 (3)焊接能量可精确控制，可靠性高，针对不同的要求有较高的适应性。 (4)可进行微型焊接或实现远距离传输，不需要真空装置，利于大批量自动 化生产。 二、激光焊接铝合金的难点及解决措施 1.铝合金表面的高反射性和高导热性 这一特点可以用铝合金的微观结构来解释。由于铝合金中存在密度很大的自由电子，自由电子受到激光（强烈的电磁波）强迫震动而产生次级电磁波，造成强烈的反射波和较弱的透射波，因而铝合金表面对激光具有较高的反射率和很小