激光焊接技术在汽车工业中的应用
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激光焊接技术在汽车工业中的应用
主要内容
1、激光焊接的原理及其焊接系统 2、汽车工业中的激光焊接技术 3、焊接过程的控制与检测系统 4、激光焊接在汽车工业中的实例 应用
5、激光焊接技术的明天
激光焊接原理
激光焊接是以激光作为热源， 以机器人作为运动系统。激 光热源有着极高的加热能力， 其发出的激光，依靠偏光镜 反射作用，将激光光束反射 后汇聚聚焦装置，把大量的 能量集中在很小的聚焦点上， 从而使聚焦点上拥有巨大的 能量，实现了能量密度高， 加热集中的目的，从而使接 触的材料融化、冷却实现焊 接。
NdYAG激光波长1.06um，产生的激光可通过光 栅传送适用于焊接精度高的工件，汽车工业中的 输出功率约为3-4KW
激光热传导焊接技术
脉冲激光照射焊件的 结合部，焊件表面 吸 收光能而使温度升高， 热量按照固体材料的 热传导理论向金属内 部传播扩散，达到熔 点后冷却凝固，焊件 熔接在一起。激光作 用时间一般是毫秒量 级。
激光复合焊接技术
激光复合焊接技术除了电 弧向焊接区输入能量外， 激光也向焊缝金属输入热 量，两种焊接方法同时作 用于焊接区，产生两个独 立的熔池，而后面的电弧 输入的热量同时起到了焊 后回火处理的作用，降低 焊缝硬度，增强了焊接适 应性且增加焊接效率，高 速焊接时电弧具有较高的 稳定性、更大的熔深，较 大缝隙的焊连能力、焊缝 的韧性更好的优点 。
激光焊接控制系统 包括焊接过程的视频监视系统、机器人的焊
缝自动跟踪系统和矫正系统、送丝控制系统等
焊接机器人
车门框弧焊夹具
激光焊接控制系统
汽车保险杠焊接夹具
汽车工业中的激光焊接技术
汽车工业中用于焊接的激光器必须要有做够大 的功率，因此必须是选用大功率激光器。常用 的激光器有CO2激光器和固体Nd:YAG激光器 二氧化碳激光器采用分子气体为工作物质，产生 平均波长10.6um的红外激光，可以连续输出很 高的功率，标准激光功率在2-5KW
焊接过程的控制与检测系统
激光焊接过程的控制主要是 对焊接工艺参数的控制，包 括激光功率、激光脉冲宽度、 激光脉冲重复频率、保护气 体以及离焦量的选择。
焊接控制过程主要是利用各种传 感器对焊接过程中产生的等离子 体进行检测，主要包括： 光信号检测 声音信号检测 等离子体电荷信号
激光焊接过程检测原理示意图
激光焊接在汽车工业中的实例应用
目前，在汽车工艺制造中，激光焊接是使用 最多的 激光加工技术。占激光焊加工15% 的份额 汽车工业中的激光焊接技术热输入量小，材 料变形量小，加工残余量小，零件刚性好， 能很好的满足现在车身结构向减轻重量、提 高刚性和抗冲击能力的方向发展的要求。
车身焊接
车身激光焊接主要用于车身框架结构的 焊接，具有较强的灵活性和机动性；可 以对形状特殊的门板、挡板、齿轮、仪 表板等零部件进行焊接，可应用于现代 高柔性的生产过程中，可以满足用户的 各种需求，采用激光焊接技术，可以减 少工件之间接合面的宽度，降低了板材 使用量， 同时使用激光焊的车身强度刚 度大大高于电焊车身，提高了车身的抗 冲击性和耐疲劳性，并且焊缝美观省去 影响视觉效果的装饰，增加其市场竞争 力。
激光焊接系统
在实际的工业加工中焊接系统包括：
激光器
提供热源主要是大功率激光器
光导和聚焦系统 圆偏振镜、扩束镜、反射镜或光纤及聚焦镜等
组成 ，对激光焊接质量有极其重要的影响
焊接机器人 焊接夹具
根据激光熔焊、激光复合焊接技术等焊接技术的不同
以及焊接接头形式的不同而不同
保证激光焊接时所连接板材或总成的精确定位，保 证焊缝间隙，防止焊接变形，从而提高激 光焊接 头的质量
激光拼焊机
激光拼焊焊缝特性
（1）降低焊缝区域的体积， 例如，焊缝宽度不超过 0.5～1mm； （2）不增加焊缝高度； （3）对冲压成形性能影响 较小； （4）在焊缝上附加镀锌后， 可保持其阴极保护功能； （5）焊接过程中，热影响 区小。
齿轮及零部件激光焊接
采用激光焊接对齿轮等 零部件进行加工，可以 实现极微小的焊接变形， 焊接速度快，而且不需 要焊后热处理。常用于 变速器齿轮、气门挺杆、 车门铰链、传动轴、转 向轴、皮带轮、排气管、 离合器等的焊接。
同时，与传统的点焊 工艺不同，激光焊接 可以达到两块钢板之 间的分子结合，也就 是焊接后的钢板硬度 相当于一整块钢板， 不仅大幅提升了车身 强度，车身的结合精 度也得到大大提升
激光拼焊
激光拼焊是在车身设计制 造中，根据车身不同的设 计和性能要求，选择不同 规格、不同厚度、强度和 镀层的钢板通过激光载接 和拼装技术焊接在一起， 完成车身某一部位的制造， 例如前后车门内板、前后 纵梁、侧围、底板、轮罩、 中立柱等。具有减少零件、 模具数量、减少点焊数目 ， 优化材料用量，降低成本， 提高尺寸精度的特点。
激光深溶焊接技术
当激光功率热密度足够高， 使金属材料溶化、蒸发， 在激光束照射处形成一个 小孔。小孔继续吸收激光 束的光能，在小孔周围形 成熔融金属的熔池，激光 功率越大，熔池越深，当 激光相对焊件移动时，小 孔的中心也随之移动，并 处于相对稳定状态，于是 小孔的移动形成了焊缝。
与激光热传导焊接相比，激光深溶 焊接时激光的能量是通过小孔效应向材 料内部扩散，所以形成的缝隙窄而深。 同时其焊接速度与激光功率成正比，溶 深与速度成反比，所以欲使溶接速度增 加、溶深增大，就必须使用大功率激光 器。所以为获得高速度高质量的焊接效 果，常用1500—3500W的连续 输出的CO2激光器焊接。
激光焊接的特点
激光功率密度高可焊接高熔点、难熔材料如 钛、石英等 聚焦光斑小，焊接过程中焊接速度快、作用 时间短、 热影响区小、热变形小。 同时为非接触焊接，无机械应力和机械形变。 焊接装置易与计算机连接，能精确定位。并 能远距离焊接操作，非常灵活。 可以在大气中直接进行，并且无污染。
Hale Waihona Puke Baidu束！
谢谢欣赏！
激光焊接技术的明天
激光焊接技术在汽车领域的大量成功应用显 示出了激光焊接极其强大的生命力和非常广 阔的应用前景。 随着激光器制造技术的发展，以及我国汽车 工业的快速发展，激光焊接技术将会获得越 来越广泛的应用。激光焊接技术及其他激光 加工技术一定会在将来有更大的发展，成为 汽车业中重要的加工方。
激光焊接——汽车齿轮
液压挺杆激光焊接
塑料零部件的激光焊接
激光焊接塑料的基本原理 是：两种塑料在低压力下 被夹紧在一起，激光穿过 一个制品，然后被另外一 个制品吸收，吸收激光能 量的制品将光能转化为热 能，在塑料的接触面熔化， 形成一个焊接区。绝大多 数本色的塑料和许多有色 的半透明塑料都能实现激 光焊接（图如），例如聚 苯乙烯（PS）、聚氯乙烯 （PVC）和聚苯烯（PP）等 材料
主要内容
1、激光焊接的原理及其焊接系统 2、汽车工业中的激光焊接技术 3、焊接过程的控制与检测系统 4、激光焊接在汽车工业中的实例 应用
5、激光焊接技术的明天
激光焊接原理
激光焊接是以激光作为热源， 以机器人作为运动系统。激 光热源有着极高的加热能力， 其发出的激光，依靠偏光镜 反射作用，将激光光束反射 后汇聚聚焦装置，把大量的 能量集中在很小的聚焦点上， 从而使聚焦点上拥有巨大的 能量，实现了能量密度高， 加热集中的目的，从而使接 触的材料融化、冷却实现焊 接。
NdYAG激光波长1.06um，产生的激光可通过光 栅传送适用于焊接精度高的工件，汽车工业中的 输出功率约为3-4KW
激光热传导焊接技术
脉冲激光照射焊件的 结合部，焊件表面 吸 收光能而使温度升高， 热量按照固体材料的 热传导理论向金属内 部传播扩散，达到熔 点后冷却凝固，焊件 熔接在一起。激光作 用时间一般是毫秒量 级。
激光复合焊接技术
激光复合焊接技术除了电 弧向焊接区输入能量外， 激光也向焊缝金属输入热 量，两种焊接方法同时作 用于焊接区，产生两个独 立的熔池，而后面的电弧 输入的热量同时起到了焊 后回火处理的作用，降低 焊缝硬度，增强了焊接适 应性且增加焊接效率，高 速焊接时电弧具有较高的 稳定性、更大的熔深，较 大缝隙的焊连能力、焊缝 的韧性更好的优点 。
激光焊接控制系统 包括焊接过程的视频监视系统、机器人的焊
缝自动跟踪系统和矫正系统、送丝控制系统等
焊接机器人
车门框弧焊夹具
激光焊接控制系统
汽车保险杠焊接夹具
汽车工业中的激光焊接技术
汽车工业中用于焊接的激光器必须要有做够大 的功率，因此必须是选用大功率激光器。常用 的激光器有CO2激光器和固体Nd:YAG激光器 二氧化碳激光器采用分子气体为工作物质，产生 平均波长10.6um的红外激光，可以连续输出很 高的功率，标准激光功率在2-5KW
焊接过程的控制与检测系统
激光焊接过程的控制主要是 对焊接工艺参数的控制，包 括激光功率、激光脉冲宽度、 激光脉冲重复频率、保护气 体以及离焦量的选择。
焊接控制过程主要是利用各种传 感器对焊接过程中产生的等离子 体进行检测，主要包括： 光信号检测 声音信号检测 等离子体电荷信号
激光焊接过程检测原理示意图
激光焊接在汽车工业中的实例应用
目前，在汽车工艺制造中，激光焊接是使用 最多的 激光加工技术。占激光焊加工15% 的份额 汽车工业中的激光焊接技术热输入量小，材 料变形量小，加工残余量小，零件刚性好， 能很好的满足现在车身结构向减轻重量、提 高刚性和抗冲击能力的方向发展的要求。
车身焊接
车身激光焊接主要用于车身框架结构的 焊接，具有较强的灵活性和机动性；可 以对形状特殊的门板、挡板、齿轮、仪 表板等零部件进行焊接，可应用于现代 高柔性的生产过程中，可以满足用户的 各种需求，采用激光焊接技术，可以减 少工件之间接合面的宽度，降低了板材 使用量， 同时使用激光焊的车身强度刚 度大大高于电焊车身，提高了车身的抗 冲击性和耐疲劳性，并且焊缝美观省去 影响视觉效果的装饰，增加其市场竞争 力。
激光焊接系统
在实际的工业加工中焊接系统包括：
激光器
提供热源主要是大功率激光器
光导和聚焦系统 圆偏振镜、扩束镜、反射镜或光纤及聚焦镜等
组成 ，对激光焊接质量有极其重要的影响
焊接机器人 焊接夹具
根据激光熔焊、激光复合焊接技术等焊接技术的不同
以及焊接接头形式的不同而不同
保证激光焊接时所连接板材或总成的精确定位，保 证焊缝间隙，防止焊接变形，从而提高激 光焊接 头的质量
激光拼焊机
激光拼焊焊缝特性
（1）降低焊缝区域的体积， 例如，焊缝宽度不超过 0.5～1mm； （2）不增加焊缝高度； （3）对冲压成形性能影响 较小； （4）在焊缝上附加镀锌后， 可保持其阴极保护功能； （5）焊接过程中，热影响 区小。
齿轮及零部件激光焊接
采用激光焊接对齿轮等 零部件进行加工，可以 实现极微小的焊接变形， 焊接速度快，而且不需 要焊后热处理。常用于 变速器齿轮、气门挺杆、 车门铰链、传动轴、转 向轴、皮带轮、排气管、 离合器等的焊接。
同时，与传统的点焊 工艺不同，激光焊接 可以达到两块钢板之 间的分子结合，也就 是焊接后的钢板硬度 相当于一整块钢板， 不仅大幅提升了车身 强度，车身的结合精 度也得到大大提升
激光拼焊
激光拼焊是在车身设计制 造中，根据车身不同的设 计和性能要求，选择不同 规格、不同厚度、强度和 镀层的钢板通过激光载接 和拼装技术焊接在一起， 完成车身某一部位的制造， 例如前后车门内板、前后 纵梁、侧围、底板、轮罩、 中立柱等。具有减少零件、 模具数量、减少点焊数目 ， 优化材料用量，降低成本， 提高尺寸精度的特点。
激光深溶焊接技术
当激光功率热密度足够高， 使金属材料溶化、蒸发， 在激光束照射处形成一个 小孔。小孔继续吸收激光 束的光能，在小孔周围形 成熔融金属的熔池，激光 功率越大，熔池越深，当 激光相对焊件移动时，小 孔的中心也随之移动，并 处于相对稳定状态，于是 小孔的移动形成了焊缝。
与激光热传导焊接相比，激光深溶 焊接时激光的能量是通过小孔效应向材 料内部扩散，所以形成的缝隙窄而深。 同时其焊接速度与激光功率成正比，溶 深与速度成反比，所以欲使溶接速度增 加、溶深增大，就必须使用大功率激光 器。所以为获得高速度高质量的焊接效 果，常用1500—3500W的连续 输出的CO2激光器焊接。
激光焊接的特点
激光功率密度高可焊接高熔点、难熔材料如 钛、石英等 聚焦光斑小，焊接过程中焊接速度快、作用 时间短、 热影响区小、热变形小。 同时为非接触焊接，无机械应力和机械形变。 焊接装置易与计算机连接，能精确定位。并 能远距离焊接操作，非常灵活。 可以在大气中直接进行，并且无污染。
Hale Waihona Puke Baidu束！
谢谢欣赏！
激光焊接技术的明天
激光焊接技术在汽车领域的大量成功应用显 示出了激光焊接极其强大的生命力和非常广 阔的应用前景。 随着激光器制造技术的发展，以及我国汽车 工业的快速发展，激光焊接技术将会获得越 来越广泛的应用。激光焊接技术及其他激光 加工技术一定会在将来有更大的发展，成为 汽车业中重要的加工方。
激光焊接——汽车齿轮
液压挺杆激光焊接
塑料零部件的激光焊接
激光焊接塑料的基本原理 是：两种塑料在低压力下 被夹紧在一起，激光穿过 一个制品，然后被另外一 个制品吸收，吸收激光能 量的制品将光能转化为热 能，在塑料的接触面熔化， 形成一个焊接区。绝大多 数本色的塑料和许多有色 的半透明塑料都能实现激 光焊接（图如），例如聚 苯乙烯（PS）、聚氯乙烯 （PVC）和聚苯烯（PP）等 材料