激光技术将成为车身焊接技术的发展方向

2007/1/9/9:34来源:汽车制造业
    在汽车工业中,焊接是一个关键环节,采用恰当的焊接方式具有可以提高车身抗碰撞能力,降低车身的重量、造车成本和油耗以及简化总装工序等优势。电阻栓焊是当今最普遍的焊接方式之一,但是专家预言在未来的5~10年中这种方式将被淘汰,而金属填充保护气焊也将失去其以往的重要性,与之相反,激光焊接成为热门话题。对于已被使用数年的传统焊接工艺来说,很难再对其工艺过程、焊接速度和质量进行改进;但对于激光拼焊来说,却有着极大的提升空间。
 
    激光焊接 

    1、过程及必要设施 

    激光(产生于被刺激的辐射放射物的光的放大作用)是一种特殊性质的光,单色并且连贯,因此可以将光集中于要做钢融解的一个微小斑点上。要创造激光辐射,就需要激光媒介。在将能量从外向内转入到这个媒介中的同时,可以产生被刺激的分子。在谐振器中这束单色光将在两个镜子之间反射,由反射产生出时间和空间凝聚的光子,其中一个部分透明的镜子能将这条射线反射出这台谐振器。

    针对大功率应用的重要激光器有两种:二氧化碳激光器和钕:钇铝石榴石激光器。二氧化碳激光器是气体激光,即为产生出激光辐射所使用的媒介是气体,刺激过程就是放电过程,二氧化碳激光的波长为10.6mm。钕:钇铝石榴石激光器是固体激光,激光放射媒介是钕原子在氧化铝中的点阵。由于激光放射原子的密度比较高, 因此固体激光的大小比气体激光要小,钕:钇铝石榴石激光的波长为1064nm,是二氧化碳激光的十分之一。 

    二氧化碳激光是现在比较强有力的激光,但钕:钇铝石榴石激光的操控系统极具优势。由于二氧化碳激光的波长为10.6mm,所以必须要安装一个“陡坡”装置,这就限制了可能的运动方式。而钕:钇铝石榴石激光的辐射可以用灵活的纤维质光学波导进行引导,因此可以允许激光发射头进行自由移动。
 
    2、优势及要求 

    激光焊接最重要的优势在于能够将非常高的能量聚焦于一点,激光束打在两个要焊接部分的边缘,输入能量把金属加热并将其融化。在激光束作用以后,溶化的材料将迅速冷却。在这个过程中,有一小部分的数量将进入被焊接的零件中。在焊接减少热变形的同时,也减少了输入的热能量。减少因热量影响的变形,并增加对准确性的纠正,可以节省大量金钱和时间。 

    然而,如何提高焊接速度和减少低能量输入是目前面临的挑战。在被供热的区域减少低能量输入虽有它的好处:珠光体、马氏体和奥氏体接缝结构的复杂钢型不会大范围改变结构,这一特点同样适用于其它钢,如被限定好碳沉淀的IF钢;但另一方面也存在一些不足,少量的能量会导致快速冷却,热能将被导入冷却部位。 

    为减少接缝的硬化,小心调整焊接的速度参数、激光功率、冷却比率和焦点位置是非常重要的。而为防止金属进一步硬化,还需采用保护气体加以保护,如氩气和氦气等不会在材料中发生任何热反应的气体。 

    激光光束的小光点尺寸引起的另一个问题是切边质量,如果在两个零件中间有要进行焊接的接缝,激光束要保证通过材料时不会与其相接触并将其融化。要避免这点,对零件精确性的要求非常高。目前,使用领域较普遍的是连接两个零件的长缝,这能够在越来越多的车身空白处发现。 

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