西安激光焊接工藝在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用有哪些？——推進(jìn)整車輕量化進(jìn)程，盡顯激光技術(shù)的安全分寸，隨著陜西安達(dá)利科技有限公司小編來(lái)看看：

講師首先指出本次的分享主題“推進(jìn)整車輕量化進(jìn)程，盡顯激光技術(shù)的安全分寸”的意義不只是簡(jiǎn)單的減重，而是在保證汽車安全性和品質(zhì)的前提下，將更多的新材料新結(jié)構(gòu)和新工藝用在汽車的功能件上，不僅使性能更加優(yōu)異，同時(shí)使重量更輕，對(duì)于焊接工藝要具備可靠性和安全性。

1公司簡(jiǎn)介和產(chǎn)品線介紹

進(jìn)入正題講師首先對(duì)IPG公司做了簡(jiǎn)單的介紹，公司總部在美國(guó)，研發(fā)中心分布在美國(guó)、德國(guó)、德國(guó)、意大利和俄羅斯4個(gè)國(guó)家，全球近5000名員工，全球有10個(gè)實(shí)驗(yàn)室，其中中國(guó)有4家。

以上是IPG產(chǎn)品線的圖譜，目前的產(chǎn)品線有飛秒、皮秒、納秒，綠光、紫外，還有主打在汽車領(lǐng)域的qcw、cw連續(xù)的激光器。在整個(gè)產(chǎn)品線上可以提供大于510種不同的光纖激光器，這510種不同的光纖激光器可以用于不同的未加工和宏觀加工的需求，客戶可以按照自己的需求進(jìn)行進(jìn)行采購(gòu)。

以上是IPG的實(shí)驗(yàn)室分布，實(shí)驗(yàn)室分布在北京、上海、深圳、武漢4地。

激光行業(yè)在中國(guó)是一個(gè)蓬勃向上發(fā)展的一個(gè)行業(yè)，這其中95%激光相關(guān)的業(yè)務(wù)都是在材料加工領(lǐng)域，而汽車領(lǐng)域又是在材料加工領(lǐng)域中間占.大份額。

2汽車輕量化進(jìn)程及應(yīng)用趨勢(shì)

3IPG光纖激光在汽車白車身上的應(yīng)用

這是某個(gè)車型高強(qiáng)度的鋼管和框架結(jié)構(gòu)的焊機(jī)。

這也是高強(qiáng)度鋼，這里的DP800和DP1000，是鐵素體加馬氏體的一個(gè)雙相鋼，甚至還用到了熱成型鋼，是車體的一個(gè)側(cè)圍，主要是用34道遠(yuǎn)程激光焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)，用激光焊做高強(qiáng)鋼的焊接能使它的性能得到很好的保證。

這個(gè)案例還是高強(qiáng)度鋼，也是屬于側(cè)圍的焊接，主要是有79道遠(yuǎn)程焊的c型焊縫組成，右邊是焊接的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)照片。

這是IPG做的一個(gè)領(lǐng)域車門(mén)的激光焊接，其實(shí)它的優(yōu)勢(shì)是蠻明顯的，他的熱量很集中，所以可以用小的熱輸入進(jìn)行焊接。

這是一個(gè)整體性的案例，現(xiàn)在鋁合金的案例比較多的就是鋁合金的拼焊板，比如有些會(huì)選擇異厚度的鋁合金進(jìn)行拼焊，還有車頂和側(cè)圍的焊接，還有后行李蓋的焊接。

這是填絲焊的例子，它是一個(gè)鋁合金的行李蓋，由于他焊接的表面要求是AA制等級(jí)表面，所以要求也比較高，右下角這個(gè)激光填絲焊的表面非常光滑，完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，等級(jí)的要求就取消了。

這也是一個(gè)鋁合金的激光焊，是邊緣焊接的形式，這個(gè)邊緣焊接的形式可以極大程度的實(shí)現(xiàn)減重，而且這個(gè)焊后的變形也非常小，可以完全取代之前的電阻點(diǎn)焊的工藝。

4IPG光纖激光在汽車零部件上的應(yīng)用

過(guò)去的零部件很多都是用二氧化碳激光做的，現(xiàn)在固體的激光器去取代二氧化碳，這是零部件焊接的一個(gè)趨勢(shì)，特別是對(duì)于北美市場(chǎng)很多新的燃油傳動(dòng)裝置開(kāi)始慢慢進(jìn)入市場(chǎng)，他會(huì)考慮用一些新的更經(jīng)濟(jì)更可靠的方法去體取代原有的設(shè)備。這里面IPG就通過(guò)大量的驗(yàn)證.終得出他們采用光纖激光器去取代二氧化碳不但可以得到非?？煽康暮附淤|(zhì)量，而且取消了氦氣保護(hù)的步驟，極大的節(jié)省了成本。

這些部件看起來(lái)似乎比較簡(jiǎn)單，因?yàn)椴皇卿X或者鎂或者復(fù)合材料等等比較新型的材料，但其實(shí)在傳動(dòng)系統(tǒng)的材料更新?lián)Q代里面也是不斷在升級(jí)的，越來(lái)越多的高合金元素，甚至滲碳或者滲碳氮部件用于這些零部件中，所以說(shuō)焊接的時(shí)候，裂紋的敏感性還是非常高的，這里IPG針對(duì)這些裂紋的敏感性比較高的部件也有自己相應(yīng)的一些技術(shù)，比如光纖配置，還有在焊接擺動(dòng)頭方面，都會(huì)采取綜合的比較好的配置。

在汽車座椅上也是一個(gè)重要的應(yīng)用，座椅在汽車的安全等級(jí)里面是十級(jí)，它對(duì)焊縫的可靠性，還有公益的棒性的要求，都是非常高。

這里講師再次將話題切換到白車身，主要是想說(shuō)說(shuō)新能源車的話題，新能源車使用電池驅(qū)動(dòng)，對(duì)于這個(gè)車輛的重量會(huì)比傳統(tǒng)的汽車會(huì)更加敏感，而且對(duì)于一些新材料的應(yīng)用會(huì)更加大刀闊斧，在國(guó)產(chǎn)新能源車的全鋁車身里，都是用的IPG的激光器做的全鋁車身的焊接。

除車身外非常重要的還有電池，在電池這方面IPG做的也是比較成熟的，都是用它設(shè)備相應(yīng)的款型去推薦。硬包電池，它的防爆閥、極柱、軟連接，殼體封口，注液孔，模組，都有相應(yīng)的推薦配置。

硬包電池的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)來(lái)說(shuō)已經(jīng)比較成熟了，軟包電池這塊大家還在摸索之中，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有特別的出臺(tái)，IPG在北美也成立了專門(mén)的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，差不多在今年的第三季度可以拿到相應(yīng)的測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)，這樣的話可以可以更好的服務(wù)于國(guó)內(nèi)電池客戶。

IPG去年收購(gòu)了一家加拿大的公司叫LGD，它翻譯出來(lái)就是焊縫的熔深動(dòng)態(tài)檢測(cè)，這臺(tái)設(shè)備可以和IPG的激光器和焊接頭很好的結(jié)合在一起，可以實(shí)現(xiàn)焊前對(duì)接面的間隙焊接工件的高度、焊接過(guò)程中熔深的實(shí)地測(cè)量、焊后表面質(zhì)量等等幾個(gè)方面綜合的測(cè)量，實(shí)際測(cè)量的熔深和在線的熔深有很好的一致性。

而且還可以實(shí)時(shí)的提取到這個(gè)小孔的行碼，即右邊黑色小孔的形貌圖，這樣就可以很更好的監(jiān)測(cè)實(shí)際的激光焊接的質(zhì)量，確保安全性。

通常， 由感應(yīng)線圈或鎢極隋性氣體（TIG）來(lái)進(jìn)行焊接。Attl和Matex PM聯(lián)合研發(fā)了一套新方案——激光焊接，這種加工工藝具有很多技術(shù)和成本優(yōu)勢(shì)，但是也存在一些挑戰(zhàn)。下面我們來(lái)討論一下。

焊接速度

通常這類生產(chǎn)線.重要的參數(shù)是生產(chǎn)速度，而生產(chǎn)速度是受焊接工藝和.后切割情況的限制。來(lái)看一下.常見(jiàn)的焊接光束配置：對(duì)頭鏈接1毫米厚的材料。運(yùn)用激光焊接，很容易達(dá)到10 m/min的焊接速度，這比常規(guī)TIG焊接要快很多，卻要比感應(yīng)焊接慢。但是，在甚至更厚的材料上激光焊接也可以達(dá)到這一速度，這主要取決于激光功率和投資預(yù)算。目前，在一個(gè)已經(jīng)安裝好的生產(chǎn)線上，激光焊接速度已經(jīng)超過(guò)20 m/min。

熱輸入/能耗

常規(guī)焊接和激光焊接.大的不同在于，激光焊接的整體熱輸入要低。造成這一結(jié)果的原因是激光光束制造出狹窄的焊接接縫并將能量從光束上快速傳至材料。我們估算了在厚度為1mm的高強(qiáng)度鋼上進(jìn)行焊接的能量輸出，使用激光焊接的話，約為15 J/cm，使用常規(guī)焊接則至少60 J/cm， 而使用熔化極氣體保護(hù)焊接為85 J/cm。

這一估算結(jié)果對(duì)于計(jì)算運(yùn)算結(jié)果極為重要，并對(duì)焊縫的機(jī)械性能產(chǎn)生重要影響，這通常在激光焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生更好的效果，但是快速冷卻材料或焊接的速度如果過(guò)高，也會(huì)導(dǎo)致意想不到的問(wèn)題。

焊縫性能

在基本材料上，任何技術(shù)產(chǎn)生的焊縫都有三個(gè)基本區(qū)域——熔區(qū)、熱影響區(qū)和過(guò)渡區(qū)。激光焊接由于其快速冷卻率，產(chǎn)生的焊縫更窄，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)， 因?yàn)檫@造成基本材料的變形更少，熱降解更低。但是，在焊接高碳鋼時(shí)，快速冷卻也會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題，尤其是預(yù)計(jì)到隨后的循環(huán)負(fù)荷。在這種情況下，熱影響區(qū)將變得過(guò)硬，易龜裂。通過(guò)選擇合適的激光光源、確定焦點(diǎn)尺寸以及其它焊接參數(shù)等細(xì)致的技術(shù)開(kāi)發(fā)能夠解決這一問(wèn)題。某些情況下， 甚至需要預(yù)熱或焊后加熱。因此，相較于其它技術(shù)，激光焊接能夠更好地焊接“棘手”鋼材。

將用于輕便型汽車構(gòu)造的高強(qiáng)度鋼都是使用激光焊接，從而保持其強(qiáng)度和可塑性，這與常規(guī)焊接截然不同，常規(guī)焊接會(huì)破壞這些鋼材的獨(dú)特微觀結(jié)構(gòu)， 并且將鋼材的機(jī)械性能降至和普通低碳鋼水平。

焊縫質(zhì)量

另外一個(gè)問(wèn)題是焊縫質(zhì)量及其在長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性。通常，激光焊縫的質(zhì)量更好，表面變形更少，氧化率更低等。在根側(cè)的焊接飛濺是有限的， 其下方甚至不需要使用保護(hù)氣體。焊接固定質(zhì)量也是選擇激光焊接.為重要的一個(gè)理由。

但是，正確地設(shè)定激光加工工藝則要復(fù)雜得多，因?yàn)檫@一工藝是一個(gè)小光點(diǎn)快速移動(dòng)，因而無(wú)法手動(dòng)對(duì)工藝波動(dòng)或瑕疵做出反應(yīng)。設(shè)備供應(yīng)商必須將焊接系統(tǒng)制造得盡可能堅(jiān)固耐用，從而能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)定和正確的設(shè)置，即使是在惡劣的工業(yè)環(huán)境中。

安裝一套焊縫質(zhì)量檢查系統(tǒng)大有裨益，因?yàn)樗軌驒z查焊縫的幾何結(jié)構(gòu)以及/或者焊接工藝的穩(wěn)定性。通常此類系統(tǒng)必須學(xué)會(huì)識(shí)別運(yùn)作正常情況下的焊縫結(jié)構(gòu)，這需要花費(fèi)一些時(shí)間。但是隨后，操作員可以進(jìn)行....的即時(shí)質(zhì)量檢查，這是一項(xiàng)很大的優(yōu)勢(shì)，在某些時(shí)候甚至是“必須”。

激光焊接系統(tǒng)據(jù)稱只要從上方使用普通氙氣。氦或者混合氣體具有某些優(yōu)勢(shì)，但是成本更高。這可能看起來(lái)是一個(gè)小問(wèn)題，但是氣體價(jià)格對(duì)于不同技術(shù)甚至不同的激光系統(tǒng)的整體運(yùn)行成本來(lái)說(shuō)極為重要。

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