汽車車身鈑金修復(fù)技術(shù) 課件 8任務(wù)三激光焊接

任務(wù)三激光焊接安全性、舒適性、節(jié)能和環(huán)保一直是汽車工業(yè)發(fā)展的主題，激光焊接技術(shù)作為現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中的主要加工方法之一，其發(fā)展也主要是圍繞著這一主題進(jìn)行的。由于激光焊接工藝優(yōu)越性、效率高、柔性好等優(yōu)勢，隨著汽車輕量化概念、安全性能觀念日益增強(qiáng)，激光焊接在汽車工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒌玫礁嘀匾暫蛷V泛應(yīng)用。激光焊接技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代，某些高端汽車品牌開始使用該技術(shù)，其設(shè)備投資成本很大，且對沖壓產(chǎn)品本身的質(zhì)量要求很高，但是激光焊接具有區(qū)別于傳統(tǒng)焊接工藝較多的優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前能源和環(huán)境問題日趨嚴(yán)重的大背景下，越來越多的汽車品牌于近年逐步開始大規(guī)模應(yīng)用。一、激光焊接的基本原理廣義上的激光焊接在車身中主要指的是激光熔焊和激光釬焊兩種方式，這里我們所說的激光焊接指的是狹義上的激光焊接-激光熔焊。激光熔焊指的是不需要填充物質(zhì)，激光直接作用在工件上使母材快速熔化，再重新凝固結(jié)晶形成焊縫的一種焊接方式。當(dāng)高強(qiáng)度激光照射在材料表面上時(shí)，部分光能將被材料吸收而轉(zhuǎn)變成熱能，使材料熔化、蒸發(fā)并沿著工件的厚度方向穿透形成狹長空洞，小孔隨著激光光束移動(dòng)形成焊縫，從而達(dá)到焊接的目的。激光焊接方式主要包括脈沖激光焊和連續(xù)激光焊，前者主要用于薄件材料和單點(diǎn)固定連續(xù)的焊接，后者主要用于厚板材料的焊接和切割，在車身制造中主要應(yīng)用脈沖激光焊。任務(wù)三激光焊接當(dāng)激光光斑照射到工件表面上的功率密度達(dá)到106W/cm2以上時(shí)，工件在激光的照射下被迅速加熱，其表面溫度在極短的時(shí)間內(nèi)升高到沸點(diǎn)，使金屬熔化和汽化。在液態(tài)金屬中形成一個(gè)充滿金屬蒸氣的細(xì)長孔洞。當(dāng)金屬蒸氣的反沖壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續(xù)加深，形成一個(gè)深度穩(wěn)定的小孔，小孔周圍就是焊接熔池，小孔隨著激光而移動(dòng)，小孔閉合后便形成焊縫，實(shí)現(xiàn)激光深熔焊接，如圖8-3-1所示。圖8-3-1激光焊接的基本原理任務(wù)三激光焊接二、激光焊接裝置結(jié)構(gòu)與優(yōu)點(diǎn)1.激光焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)激光焊接裝置結(jié)構(gòu)與激光釬焊裝置結(jié)構(gòu)大體相同，激光釬焊裝置取消送絲系統(tǒng)模塊（或停止該機(jī)構(gòu)運(yùn)行），即可構(gòu)成激光焊接系統(tǒng)，如圖8-3-2所示。圖8-3-2激光焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)任務(wù)三激光焊接2.激光焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)激光焊接技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：1）非接觸加工，不需要對工件加壓和表面處理，無電極、工具等的磨損消耗。2）功率密度大，功率密度可達(dá)105～107W/cm2，適合加工大厚度鋼板，加工速率高。3）加熱范圍小，殘余應(yīng)力和變形小。4）不需要真空環(huán)境，不產(chǎn)生X射線，無加工噪聲，對環(huán)境沒有污染。5）容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多路同時(shí)或分時(shí)焊接。6）對厚度與性能相差較大的異種金屬也可焊接。在車身制造過程中，激光焊接擁有減少材料用量，優(yōu)化零件和模具數(shù)量，降低成本，減輕車身以及提高尺寸精度等優(yōu)點(diǎn)。與其他焊接工藝相比，采用激光焊接技術(shù)的車身，可提高其50%的動(dòng)靜態(tài)剛度，從而顯著減低車輛行駛過程中噪聲和振動(dòng)，改善乘員乘坐舒適性。大量采用激光焊接工藝的途安、速騰、邁騰在歐洲進(jìn)行的NCAP碰撞試驗(yàn)中均獲得了5顆星的最高安全性能標(biāo)志。三、激光焊接的種類及應(yīng)用應(yīng)用在汽車白車身上的激光焊接通常有組焊、拼焊、穿透焊三種方式，如圖8-3-3所示。任務(wù)三激光焊接圖8-3-3激光焊接的種類1.激光組焊組焊主要有頂蓋和側(cè)圍的連接、側(cè)圍組焊以及車門焊接。如福特、通用、沃爾沃和歐寶，均使用過組焊進(jìn)行頂蓋與側(cè)圍的連接，但隨著技術(shù)的發(fā)展，激光釬焊越來越廣泛地應(yīng)用于這一部位的焊接，目前只有沃爾沃仍在堅(jiān)持使用激光組焊；側(cè)圍方面福特SUV和轎車有使用激光組焊的車型，大眾的很多車型也在使用。激光組焊的應(yīng)用車型如圖8-3-4所示。圖8-3-4激光組焊的應(yīng)用車型任務(wù)三激光焊接2.激光拼焊拼焊板（Tailor-weldedblank,TWB）是由不同強(qiáng)度、不同厚度或不同涂層的鋼材焊接而成，由于激光焊接高效、焊縫成型好等優(yōu)勢，目前的汽車拼焊板都采用激光焊接而成。與普通鋼板相比，拼焊板的優(yōu)點(diǎn)主要有以下三個(gè)方面：①減輕車身重量應(yīng)用焊接的方法優(yōu)化板料的厚度，使車身重量降低，實(shí)現(xiàn)輕量化。②提高車身服役時(shí)間和碰撞性能使用激光拼焊，可以提高安全性能、駕駛性能、疲勞和耐蝕性能和車身剛性等。③降低成本使用激光拼焊，可以減少材料、減少加工程序和減少模具數(shù)量，使車身制造成本降低。采用激光拼焊板應(yīng)用于車身制造，可以減少零件、模具及焊接工裝數(shù)量，降低車身自重和成本，并提高產(chǎn)品的市場競爭力。主要應(yīng)用在覆蓋件居多，也有些使用在結(jié)構(gòu)件上。圖8-3-5為拼焊板在汽車白車身中的主要應(yīng)用。任務(wù)三激光焊接圖8-3-5激光拼焊板在汽車白車身中的應(yīng)用汽車拼焊板按焊縫類型分類可以分為三種，即單條直線焊縫、復(fù)數(shù)直線焊縫、非直線焊縫，如圖8-3-6所示。其中以單條直線焊縫類型應(yīng)用最多，生產(chǎn)工藝也相對簡單。非直線焊縫最復(fù)雜，一般根據(jù)沖壓件成型后的形狀設(shè)計(jì)焊縫，從而提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和沖壓性能。圖8-3-6激光拼焊板的分類任務(wù)三激光焊接3.穿透焊由于現(xiàn)代汽車車身多采用鍍鋅鋼板或優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)鋼，如果采用傳統(tǒng)的點(diǎn)焊技術(shù)，由于三層板和鍍鋅的緣故，必須采用較大的焊接電流和焊接壓力，其結(jié)果必然導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量下降和焊點(diǎn)變形嚴(yán)重，從而導(dǎo)致裝配質(zhì)量下降。就點(diǎn)焊本身而言，焊點(diǎn)的強(qiáng)度可以很高，但沒有焊點(diǎn)的部分還是斷續(xù)分離的。焊點(diǎn)容易變形，尤其是在焊接三層板連接、鍍鋅板連接和高強(qiáng)鋼的連接時(shí)，焊接變形較大，導(dǎo)致焊點(diǎn)處的平整度降低及產(chǎn)生縫隙，而且點(diǎn)焊會(huì)造成焊接點(diǎn)周圍的母材熱影響區(qū)強(qiáng)度下降，車輛遭嚴(yán)重撞擊時(shí)的斷裂部位往往是在該處。車身B柱采用穿透焊，焊接厚度可以達(dá)到4mm，如圖8-3-7所示。在焊接時(shí)，表面的鋅會(huì)首先汽化。如果兩層鋼板貼得非常緊密，汽化后的鋅蒸汽無法排出，冷卻后將存留在焊縫中，這樣會(huì)大大降低焊縫的強(qiáng)度，影響焊接質(zhì)量。由于飛濺大，穿透焊的焊縫相對于激光拼焊和組焊更粗糙，但是強(qiáng)度比普通點(diǎn)焊要強(qiáng)得多。圖8-3-7車身B柱的穿透焊任務(wù)三激光焊接四、激光焊接質(zhì)量檢測激光焊接質(zhì)量主要包括外觀質(zhì)量、焊縫成形（焊縫寬度、焊瘤凸出、焊縫有效深度、背面斷差和焊縫錯(cuò)邊等）和力學(xué)性能等（對焊縫進(jìn)行拉伸、杯突、硬度和彎曲等測試）方面的要求。外觀質(zhì)量檢測如表8-3-1所示。表8-3-1外觀質(zhì)量檢測序號缺陷形式缺陷特征檢測方式缺陷評價(jià)及返修方式1燒穿單層母材焊穿目視不能接受有母材燒穿，否則必須報(bào)廢2飛濺母材表面有可見飛濺目視條件接受不影響功能的飛濺，否則需要打磨返修3咬邊母材有可