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汽車制造商越來越依賴于激光技術(shù)來進行高強度鋼的加工處理。無論是用于焊接、切割還是表面處理，激光加工的經(jīng)濟優(yōu)勢均得到進一步體現(xiàn)。

    高強度鋼在汽車工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，這使得汽車的制造成本進一步降低。其原因在于，高強度鋼的使用降低了汽車裝配環(huán)節(jié)中的零部件的數(shù)量，因此降低了生產(chǎn)成本，減輕了整車重量，最終使汽車的燃油消耗得以降低。

激光堆焊應(yīng)用——表面耐磨處理

    新型鋼材的使用并非一帆風順，沒有任何障礙。為了獲得高強度或超高強度性能，通常在成型期間對汽車零部件進行壓力硬化處理。奧地利格拉茨理工大學的模具與成型研究所進行的“Cool Tool”項目正是進行了這方面的研究。這套方案包含了一套對壓力硬化過程進行低溫回火的模具加工系統(tǒng)，這個系統(tǒng)利用經(jīng)過改進的技術(shù)，可以更加經(jīng)濟地對硼化合金鋼進行壓力硬化處理。冷卻通道的幾何形狀就像網(wǎng)絡(luò)一樣布滿于模具內(nèi)部，從而優(yōu)化了冷卻與加熱能力，縮短了加工周期。

    模具通常采用球墨鑄鐵材料制成，其成本很低，而且便于進行二次加工，但是存在表面強度低、耐磨性差等問題，所以有必要在承受高載荷區(qū)域覆上一層高硬度材料，激光粉末堆焊就可完成這個操作。事實證明，激光粉末堆焊是一種很好的完成此種工藝的方法。通快激光系統(tǒng)公司也進行了此種工藝的研究，并且開發(fā)出了金屬粉末直接沉積設(shè)備(Direct Metal Deposition，DMD)。

    在這種工藝中，金屬粉末以與激光光束同軸的方向被送入工件表面激光熔池中，而不必對工件進行預(yù)熱。金屬粉末與基體材料一起形成了高強度的耐磨冶金混合物。與傳統(tǒng)的燒結(jié)方法相比，激光粉末沉積有著無可比擬的優(yōu)勢：熱輸入量小，硬度增加而且表面裂紋減少；涂層內(nèi)部硬度有限分布，摩擦系數(shù)好；基體材料變形微乎其微，殘余應(yīng)力在成型中不會導致裂紋。而且激光粉末沉積完全可以用于自動化生產(chǎn)。

三維激光切割——無可替代的方法

    切邊是對高強度鋼的另一項挑戰(zhàn)。三維激光器切割適用于成型鈑金件的切邊，特別是對于強度高達1500 MPa的鋼板，因為沒有其他的加工方法可以替代。在這種情況下，用戶就沒有必要對昂貴的沖壓設(shè)備和剪裁設(shè)備進行投資。因為在加工這些高硬度的材料時，傳統(tǒng)設(shè)備的沖模或者刀具的使用壽命會大大縮短，而激光切割就不必考慮這些問題，還具有安裝時間短、可靈活更換產(chǎn)品或樣品生產(chǎn)等優(yōu)點。

    通快的三維激光產(chǎn)品TruLaserCell已應(yīng)用于大眾帕薩特B側(cè)圍的切割，當然包括切邊。B側(cè)圍由高強度鋼熱成型而成，其硬度很高而且要承受很大的應(yīng)力。高強度鋼所制的B側(cè)圍增加了耐沖撞力，提高了汽車的安全性。這也是盡管高強度鋼的成本較高，可是汽車制造商還是愿意使用的原因。

激光焊接——效率、柔性、經(jīng)濟

    激光既可進行高強度鋼的切割，也可用于焊接。激光焊接效率更高，更加經(jīng)濟，而且焊接質(zhì)量得到很大提升。但激光焊接對精度要求更高，而且激光器的投資成本相對而言也比較高。

    同激光切割相似，激光焊接的優(yōu)勢之一就是熱輸入量很小。因為對于高強度鋼來說，在熱輸入量過大的情況下，其中某些合金就會喪失高強度的特性。激光焊接同樣也是高質(zhì)量的加工過程，只有很小的熱變形，幾乎不會使材料產(chǎn)生翹曲，其精度也無與倫比。除此以外，激光還可以用來焊接某些不可想象的部件，如轎車后擋板和頂蓬連接處。而且，激光焊接與傳統(tǒng)點焊相比，需要的凸緣更小，這同樣降低了車身重量和燃油消耗。要實現(xiàn)這些優(yōu)越性，連續(xù)焊縫是必要的。

    掃描焊接(Scanner Welding)則提供了更高的焊接效率、更大的柔性以及更好經(jīng)濟性，特別是對于某些部件需要很多短的搭接焊縫時更是如此。掃描焊接也被稱之為遠距離焊接(Remote Welding)，這是一種使用掃描鏡組的動態(tài)焊接工藝。通常的工件移動或者是焊接鏡組移動時間減少了。一個或兩個振鏡在掃描鏡頭內(nèi)將激光光束快速在焊縫之間切換，所需時間幾乎為零。焊縫之間的距離越大，工件上的焊縫數(shù)量越多，這種技術(shù)的優(yōu)勢越明顯。可以采用各種形狀的焊縫而不要增加焊接時間，這使得熱變形進一步降低。采用這種技術(shù)，焊接時間可以降低60%。因此，一個掃描鏡組工作站可以替代幾個傳統(tǒng)的焊接工作站。

    在使用這種掃描焊接技術(shù)后，汽車車身的結(jié)構(gòu)件可以變得更加靈活。焊縫形狀可以根據(jù)焊點的強度要求采用不同的形式。這樣，焊接凸邊的尺寸相對電阻點焊可以進一步減小。汽車制造業(yè)因此得益于重量更輕、更加經(jīng)濟的高強度零部件。而且，激光掃描焊接僅需要從工件一側(cè)進行焊接，這可以使得接頭尺寸減小，降低車身重量但保證了車身強度。

    例如，掃描焊接工作站可以采用通快TLF激光的TrumaScanL4000或者是PFO配合工業(yè)機器人來實現(xiàn)。這種工作站也可以對整個車身進行三維加工。通快公司的高光束質(zhì)量的TruDisk固體激光器用來配合機器人系統(tǒng)進行掃描焊接。

    對未來車身結(jié)構(gòu)的研究表明，掃描焊接系統(tǒng)相對于電阻點焊來說，可以降低30%的投資成本，減少50%的加工區(qū)域，縮短60%的加工時間。

結(jié)論

激光技術(shù)為加工處理高強度鋼開啟了一條新渠道，提高了經(jīng)濟效益。預(yù)計未來激光技術(shù)還將對汽車設(shè)計產(chǎn)生巨大的影響。