不久前,吉利汽車發(fā)布了領(lǐng)克-ZERO concept新車型的智能純電動汽車架構(gòu),以此架構(gòu)為核心的新款汽車也正在試生產(chǎn)中,并將于2021年實現(xiàn)量產(chǎn)上市。據(jù)了解,大族激光智能裝備集團為該車型提供了頂蓋激光釬焊技術(shù)解決方案,已于今年5月完成交付。
激光釬焊簡介
從20世紀(jì)80年代開始,激光技術(shù)開始運用于汽車車身制造領(lǐng)域。激光焊接以其光束能量密度極高、加熱范圍小、焊縫及熱影響區(qū)域窄、焊接速度快、深寬比大和焊接變形小等優(yōu)點,在白車身制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
激光釬焊技術(shù)在上個世紀(jì) 90 年代初首先在德國得到開發(fā)。德國愛爾蘭根大學(xué)在激光填絲釬焊工藝和過程控制方面做了大量的工作,激光器常選用光束傳輸和調(diào)節(jié)方便的光纖激光器和半導(dǎo)體激光器,釬料根據(jù)母材常選用 Cu 基釬料,主要接頭形式包括對接、卷對接、搭接、卷搭接等。其最初的出發(fā)點是為了解決火焰釬焊熱輸入過大的問題,連接的工件主要為搭接或卷搭接形式的鋼板。激光釬焊作為激光焊接技術(shù)的一種,較之熔焊,釬焊時母材不熔化,僅釬料熔化,可以獲得光滑的焊縫表面,這不僅使產(chǎn)品更加美觀,還提高了密封性,而且顯著提高了焊接區(qū)域的強度,大大地提升了整車的安全性能。
目前,在國內(nèi)外的汽車制造業(yè),激光釬焊主要應(yīng)用在可視的外圍接合件上,如頂蓋與左右側(cè)圍的連接、行李箱上下兩部分的連接及流水槽等。
激光釬焊的原理
激光釬焊也稱激光填絲釬焊,是在電弧釬焊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的局部硬釬焊技術(shù)。其焊接原理是利用激光光束作為熱源,聚焦后的光束照射在填充的焊絲表面上,焊絲被光束能量加熱并熔化形成高溫液態(tài)金屬,從而填充到所需焊接的工件之間,即工件間的連接是通過釬焊層實現(xiàn)的,如下圖所示。釬焊屬于固相連接,它與熔焊方法不同,釬焊時母材不熔化,采用比母材熔化溫度低的釬料,加熱溫度采取低于母材固相線而高于釬料液相線的一種連接方法。當(dāng)被連接的零件和釬料加熱到釬料熔化,利用液態(tài)釬料在母材表面潤濕、鋪展與母材相互溶解和擴散,以及在母材間隙中潤濕、毛細(xì)流動、填縫與母材相互溶解和擴散而實現(xiàn)零件間的連接。
激光釬焊原理圖
激光釬焊的優(yōu)點
激光釬焊作為一種新興的焊接技術(shù),正在被越來越廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)中,特別在汽車白車身制造領(lǐng)域,激光填絲釬焊已經(jīng)得到比較成熟的應(yīng)用,在應(yīng)用過程中,激光釬焊有其獨特的優(yōu)勢和應(yīng)盡量避免的一些缺點。
(1)激光釬焊加熱溫度較低,只在焊縫表面產(chǎn)生熔化現(xiàn)象,工件內(nèi)部沒有完全熔透,基本不產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。
(2)激光釬焊接頭平整光滑,外形美觀。例如,白車身側(cè)圍和頂蓋在拼接的時候,如果采用激光深熔焊焊接,總裝時需要裝配頂飾條對焊縫進行遮蔽,但是如果采用激光釬焊,焊縫均勻、平整光滑,在總裝車間無需對焊縫進行遮蔽。
(3)激光釬焊多用波長1.06μm的激光作為光源,可用光纖傳輸,因此可在常規(guī)方式不易焊接的部位進行加工,靈活性好,更易實現(xiàn)自動化。
(4)由于激光束可以實現(xiàn)分光,可用半透鏡、反射鏡、棱鏡以及掃描鏡等光學(xué)元件進行時間與空間分割,所以激光釬焊能實現(xiàn)多點同時對稱焊。影響激光釬焊的焊接參數(shù)主要有:光斑直徑、激光功率、焊接速度和送絲速度。
激光釬焊的主要工藝參數(shù)
(1)光斑直徑:
光斑的直徑對釬料的鋪展影響較大。光斑直徑過小,激光集中在釬料上,對母材的加熱不足,釬料在母材上鋪展時冷卻過快,使釬料不易鋪展;光斑直徑過大,如果激光功率不夠則無法及時熔化焊絲,如果激光功率足夠則會嚴(yán)重?zé)龘p母材。對于卷對接接頭,光斑直徑與焊縫寬度(填充面寬度)基本一致時,釬料的鋪展較充分。
(2)激光功率:
焊絲熔化的速度取決于激光能量的大小,即激光功率。當(dāng)激光功率不足時,焊絲熔化速度慢,鋪展不充分,且作業(yè)時間長,生產(chǎn)效率低;當(dāng)激光功率過大時,焊絲熔化速度快,如果送絲速度跟不上,則焊縫的鋪展會間斷。激光功率的最大值受設(shè)備限制,調(diào)節(jié)激光功率的大小主要考慮其與焊接速度及送絲速度的匹配。
(3)焊接速度和送絲速度:
焊接速度決定作業(yè)時間的長短和生產(chǎn)效率的高低,所以應(yīng)根據(jù)設(shè)備可提供的激光功率的大小選擇適當(dāng)?shù)暮附铀俣纫蕴岣呱a(chǎn)效率。通常焊接速度越快,生產(chǎn)效率越高,但對于半徑較小的圓弧段焊縫或過渡段焊縫,過快的焊接速度產(chǎn)生的離心力將會阻礙熔融釬料的鋪展,使焊接過程不穩(wěn)定。選定了焊接速度(其最大值由機器人的性能決定)之后,需根據(jù)焊縫填充量的多少來匹配適當(dāng)?shù)乃徒z速度。送絲速度過快,焊縫表面會出現(xiàn)釬料的堆積,影響外觀質(zhì)量,送絲速度過慢則會使焊縫表面的出現(xiàn)下陷,過少的填充量會影響焊縫的焊接強度。當(dāng)然,送絲速度的調(diào)節(jié)也需要同時考慮激光功率的大小。
(4)其它因素:
另外,焊絲送絲角度、焊接頭傾斜角度及熱絲時熱絲電流等對焊接質(zhì)量也有較大影響,在工藝調(diào)試過程中要綜合考慮以上因素,才能獲得最佳的焊接品質(zhì)。
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