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汽車上的激光焊接技術(shù)

來源:汽車之家2016-11-05 我要評論(0 )   

最近一段時間在汽車之家等論壇上有不少帖子談激光焊接的優(yōu)勢,教車友們?nèi)绾巫R別車身是不是激光焊接的。作為一名激光焊接的資深研究人員,小編也想和大家分享一下自己對...

最近一段時間在汽車之家等論壇上有不少帖子談激光焊接的優(yōu)勢,教車友們?nèi)绾巫R別車身是不是激光焊接的。作為一名激光焊接的資深研究人員,小編也想和大家分享一下自己對汽車上的激光焊接技術(shù)的理解。

1、什么是激光焊接,激光焊接有哪些特點?


激光焊接采用高能量密度的激光為熱源照射在材料連接處,使得分離的材料吸收激光能量后迅速發(fā)生熔化乃至汽化并共同形成熔池,在隨后的冷卻過程一起凝固從而連接在一起。圖1是管的激光焊接過程,圖中紅色區(qū)域內(nèi)大致是激光的傳播路徑,高亮度的區(qū)域內(nèi)是金屬受熱后汽化產(chǎn)生的金屬蒸氣??吹竭@里有的看官不禁要問,激光在哪里,我怎么沒看見。這是因為激光焊接用的高功率激光常見的有兩種:CO2激光和固體/光纖激光,前者的波長為10.6μm,或者的波長為1.06/1.07μm,都在紅外波段,因此肉眼是看不見的。

激光焊接主要有加熱范圍集中且精確可控、焊接變形小、焊接速度快等特點。為了幫助各位看官腦補一下,我們拿激光焊接和常見的電弧焊比較一下。激光光斑直徑可以精確控制,通常照射在材料表面的光斑直徑在0.2-0.6mm的范圍內(nèi),且越靠近光斑中心的位置能量越高(能量從中心到邊緣呈指數(shù)衰減,即高斯分布),激光焊的焊縫寬度可以控制在2mm以下。而電弧焊的電弧寬度無法精確控制且遠遠大于激光光斑直徑,電弧焊的焊縫寬度也遠遠大于激光焊,通常在6mm以上。由于激光焊接的能量很集中,從而熔化的材料少,需要的總熱量小,因此焊接變形小,焊接速度快。可以拿寫字來形象的比喻激光焊和電弧焊。激光焊就像用0.3mm的簽字筆寫字,字肯定就那么細,寫得很快,寫完紙基本沒變化,可以說是指哪兒打哪兒;電弧焊就像用很大的毛筆寫字,字不但粗,用的力氣不一樣字的粗細也不同,而且寫得慢,寫完紙由于浸水太多難免變形,只能說是打哪兒指哪兒。

 

2、激光焊接與電阻點焊相比,誰的強度更高?

從上面激光焊接的介紹我們可以看出,激光焊接貌似是一種高大上的焊接方法,那么用激光焊接來進行車身的焊接,和目前普遍使用的電阻點焊相比,誰的強度更高呢?

激光焊接的接頭是一條細長的連續(xù)的直線,如圖2所示,而電阻點焊的接頭則是一排略微下凹的離散的圓點,如圖3所示。如果說激光焊的接頭像拉鏈一樣把衣服的兩襟連在一起,那電阻點焊的接頭就像是扣衣服的扣子。那么激光焊和電阻點焊到底誰的強度更高呢?激光焊的焊縫金屬是經(jīng)過快速凝固獲得的,其晶粒(金屬的基本組成單元,可以理解為金屬的細胞)更加細小,有利于提高焊縫金屬的強度,因此激光焊焊縫金屬的強度要比電阻點焊焊縫金屬的強度高一點。同時不要忘了,電阻點焊的接頭是一串離散的點,剛才拿焊上的部分去和激光焊比都已經(jīng)比不過了,而那些沒焊上的地方還要“拖后腿”,那平均下來電阻點焊就更加比不過激光焊了。因此,對于相同長度的焊接接頭而言,激光焊的強度要高于電阻點焊。

 

3、為激光焊接買單是否值得?

看了上面的分析,大家似乎覺得小編的這個問題是廢話,肯定是選強度高的買啦,安全第一嘛。其實不然,且聽在下細細道來。

經(jīng)過廠家進行焊接參數(shù)優(yōu)化以后,電阻點焊接頭的強度雖然比不過激光焊,但是還是要比金屬母材高的,整體焊接車體的最薄弱環(huán)節(jié)在于母材上的焊接熱影響區(qū)。也就是說金屬母材(尤其是焊接熱影響區(qū))是最弱環(huán)節(jié),因此一旦車身受到強烈的外力時,絕大多數(shù)情況下都是金屬母材發(fā)生破壞,而不是焊接接頭。正是由于金屬母材這塊短板的存在,使得激光焊接的車身和電阻點焊的車身對外表現(xiàn)出來的強度幾乎沒有區(qū)別。激光焊接接頭強度雖高,奈何被金屬母材的強度拖后腿,沒有用武之地啊!

看到這里大家肯定又要問,既然激光焊接并不能提高車身整體的強度,那為什么有的制造商還要花大價錢引進激光焊接呢?那是因為激光焊接其實還有別的優(yōu)點。

首先,激光焊接的焊接速度要比電阻點焊快得多。例如6s的時間,激光焊可以焊1m長的焊縫,而電阻點焊只能焊1個點。其次,激光焊的接頭是連續(xù)的,自然就不會像電阻點焊接頭那樣存在漏水的問題,因此可以省去涂密封膠的工藝。

再次,激光焊接頭的變形小,有利于減小金屬覆蓋件之間的段差,提高車身精度,同時對于不同強度鋼板的拼接也有好處。

最后,激光焊接的飛濺很少,能夠讓天天“放煙花”的焊裝車間平靜下來,改善工人的作業(yè)環(huán)境。不過話說回來,上面的這些激光焊的優(yōu)點主要對制造商有意義,對于消費者來說,只要到手的車子間隙合適不漏水,其他的誰在乎呢?

綜上所述,小編個人覺得,在價格和配置相近的情況下,選激光焊接的車身是毫無疑問的。但是沒必要為了激光焊接來額外買單,而把激光焊接作為買車的重要指標(biāo)甚至是第一指標(biāo)就更加沒必要了。

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