第9章 汽车先进制造技术4、5

激光-电弧复合焊接技术还能够改善某些难焊材 激光 电弧复合焊接技术还能够改善某些难焊材 料的焊接性，如异质金属、铝合金等。 料的焊接性，如异质金属、铝合金等。
新型焊接技术——激光远程焊接
远程焊接的优点: 远程焊接的优点:
发挥了单侧， 发挥了单侧，非接触式 激光焊接带来的技术和经济 优势， 优势，并将其与高速扫描镜 片带来的优势相结合， 片带来的优势相结合，大大 缩短了焊接时间， 缩短了焊接时间，在整个焊 接流程中增加了总生产效率
激光拼接焊技术在车身部件中的应用
激光拼焊板优点： 激光拼焊板优点：
（1）增加汽车安全性、 ）增加汽车安全性、 （2）减轻重量、 ）减轻重量、 （3）减少加工工序、 ）减少加工工序、 （4）降低成本、 ）降低成本、 （5）提高生产效率、 ）提高生产效率、 （6）减少材料消耗 ） （7）提高总成装配的精确性 ）
激光拼焊板的应用
拼焊板在汽车工业上被大量应用为不同强度或不同表面 处理状态的零件的整体成形。 处理状态的零件的整体成形。使用拼焊板将几个小零件通 过激光焊接集成一个大的毛坯并进行冲压。 过激光焊接集成一个大的毛坯并进行冲压。充分发挥不同 强度、不同厚度板材的性能，并使汽车减重， 强度、不同厚度板材的性能，并使汽车减重，降低零部件 数量和保证安全。 数量和保证安全。
汽车零部件激光焊接
汽车零部件焊接采用激光焊代替传统焊接优点：
（1）零件焊接部位几乎没有变形， ）零件焊接部位几乎没有变形， 2） （2）焊接速度快 （3）不需要焊后热处理 ）
新型焊接技术——激光复合焊接 新型焊接技术
激光复合焊是将激光束与 其他热源结合起来， 其他热源结合起来，结合了两 者各自的优点，获得了最佳的 者各自的优点， 焊接效果、 焊接效果、更高的焊接速度和 良好的焊缝搭桥能力。 良好的焊缝搭桥能力。 激光—电弧复合焊接技术是 激光 电弧复合焊接技术是 一种功能多、可靠性高、 一种功能多、可靠性高、适应 性强的精密焊接工艺方法。 性强的精密焊接工艺方法。
（1）可焊接高焊点材料如钛、石英等，并能对异性材料进行焊接，效果良好。 ）可焊接高焊点材料如钛、石英等，并能对异性材料进行焊接，效果良好。 （2）聚焦光斑小，焊接速度快，作用时间短。热影响区小，变形小。 ）聚焦光斑小，焊接速度快，作用时间短。热影响区小，变形小。 （3）属于非接触焊接，无机械应力和机械变形。 ）属于非接触焊接，无机械应力和机械变形。 （4）易与计算机联机，能实现精确定位，实现自动焊接。 ）易与计算机联机，能实现精确定位，实现自动焊接。 （5）可在大气中进行，无环境污染。 ）可在大气中进行，无环境污染。 （6）可焊接难接近的部位，可以远距离焊接。 ）可焊接难接近的部位，可以远距离焊接。 （7）激光束易实现按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工， ）激光束易实现按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工， 为更精密的焊接提供了条件 （8）激光束功率密度很高，焊缝熔深大，速度快，效率高。 ）激光束功率密度很高，焊缝熔深大，速度快，效率高。 （9）激光焊缝组织均匀、晶粒很小、气孔少、夹杂缺陷少，在力学性能、抗 ）激光焊缝组织均匀、晶粒很小、气孔少、夹杂缺陷少，在力学性能、 腐蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。 腐蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。 熔池净化效应，能纯净焊缝金属。 （10）激光焊接具有 熔池净化效应，能纯净焊缝金属。 ）
搅拌摩擦焊可以用于众多汽车 零件的制造， 零件的制造，比如汽车车体顶棚 加强板、车体地板加强构件、 加强板、车体地板加强构件、铝 合金发动机构架、 合金发动机构架、发动机壳体内 悬架系统加强件、 衬、悬架系统加强件、侧体内衬 加强件、车门加强结构件、 加强件、车门加强结构件、后门 加强结构件等。 加强结构件等。
汽车工业焊接的总体发展趋势
焊接技术的发展趋势具有如下特点： 焊接技术的发展趋势具有如下特点：
（1）随着新的焊接材料和结构的不断出现， ）随着新的焊接材料和结构的不断出现， 需要开发新的焊接工艺方法。 需要开发新的焊接工艺方法。 （2）改进常用的普通焊接工艺方法，提高 ）改进常用的普通焊接工艺方法， 焊接过程机械化、自动化水平， 焊接过程机械化、自动化水平，提高焊接 质量和生产效率 （3）采用电子计算机控制焊接过程，大力 ）采用电子计算机控制焊接过程， 推广焊接机器人、 推广焊接机器人、焊接中心 （4）发展专用成套焊接设备 ）
9.4 焊接技术
焊接定义： 焊接定义： 焊接是被焊工件的材质（同种或异种）， 焊接是被焊工件的材质（同种或异种）， 通过加热或加压或两者并用， 通过加热或加压或两者并用，并且用或 不用填充材料， 不用填充材料，使工件的材质达到原子 间的建和而形成永久性连接的工艺过程。 间的建和而形成永久性连接的工艺过程。
激光—电弧复合焊原理 激光 电弧复合焊原理
激光与电弧同时作用于金 属表面的同一位置， 属表面的同一位置，两者互 相促进材料对其的能量利用 率
外加电弧之后， 外加电弧之后，低 温低密度的电弧等 离子体会稀释激光 产生的等离子体
激光熔化金属， 激光熔化金属， 为电弧提供了 大量的自由电 子，减小了电 弧通道的电阻
焊接优点： 焊接优点： （1）节省金属材料，减轻结构重量。 ）节省金属材料，减轻结构重量。 （2）结构强度高，街头密封性好 ）结构强度高， （3）焊接过程易实现机械化和自动化 ） （4）为结构设计提供较大的灵活性 ）
焊接方法 点焊 多点焊 电阻焊 凸焊、滚凸焊
零部件的应用 主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、 主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥 总成 和小零部件等。 和小零部件等。 用于车身底板、载货车车厢、车门、 用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖和行李 箱盖等。 箱盖等。 用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、 用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽 和小支架等。 和小支架等。 用于车身顶盖雨檐 用于钢圈、进排气阀杆、 用于钢圈、进排气阀杆、刀具等 用于车厢、后桥、车架、减震器阀杆、横梁、 用于车厢、后桥、车架、减震器阀杆、横梁、后桥壳 传动轴、 管、传动轴、液压缸和千斤顶等 用于机油盘、铝合金零部件的焊接和补焊。 用于机油盘、铝合金零部件的焊接和补焊。 用于厚板零部件如支架、备用胎、车架等。 用于厚板零部件如支架、备用胎、车架等。 用于半桥套管、法兰、 用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等 用于汽车阀杆、后桥、半轴、 用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等 用于齿轮、 用于齿轮、后桥等 由于车身底板、齿轮、 由于车身底板、齿轮、零件下料及修边等
电弧作用使母 材温度升高
提高了母 材对激光 的吸收率
提高了电 弧的能量 利用率
激光——电弧复合焊优点： 电弧复合焊优点： 激光 电弧复合焊优点
（1）有效地提高了焊接效率 ） （2）增加了间隙的适应性 ） （3）可以进行填丝，改善焊缝的组织性能 ）可以进行填丝， （4）通过两种热源的相互作用，提高彼此能量的利用率 ）通过两种热源的相互作用， （5）很宽的焊速调整范围 ）
激光焊接技术运用于汽车车身的优点
（1）大幅度提高汽车的刚度、强度和密封性； （2）降低汽车车身重量并达到节能的目的； （3）提高汽车车身的装配精度，使车身的刚度提升30%，从而提高 车身的安全性； （4）降低汽车车身制造过程中的冲压和装配成本，减少车身零件的 数目并提高车身一体化程度； （5）使整个汽车车身强度更高，安全性更好，并且降低了车辆行驶 过程中的噪音和震动，改善了乘坐舒适性。 （6）推动了汽车车身在不降低刚度和强度的前提下，向轻量化设计 方向发展。
搅拌摩擦焊工艺
夹紧固定 搅拌指头深入焊缝
搅拌指头沿焊缝移 动
搅拌指头高速旋转 与工件摩擦产生热 量，使工件塑化
搅拌指头离开，尾 部塑性金属流在挤 压下重新结合形成 固相焊缝
搅拌摩擦焊主要优点有： 搅拌摩擦焊主要优点有：
（1）焊接接头质量高。 ）焊接接头质量高。 焊接接头不易产生缺陷。 ①焊接接头不易产生缺陷。 焊接接头热影响区显微组织变化小。 ②焊接接头热影响区显微组织变化小。 焊接工件不易变形。 ③焊接工件不易变形。 （2）能一次完成较长、较大截面、不同位置的焊接。由于不是依靠两焊接相对 ）能一次完成较长、较大截面、不同位置的焊接。 摩擦来进行焊接，根本上改变了传统的摩擦焊只能焊接简单断面的局限性， 摩擦来进行焊接，根本上改变了传统的摩擦焊只能焊接简单断面的局限性，扩 大了应用范围。 大了应用范围。 （3）操作便于机械化自动化。不需要熟练技巧的高水平焊工进行操作，因此质 ）操作便于机械化自动化。不需要熟练技巧的高水平焊工进行操作， 量稳定性好，重复性高。 量稳定性好，重复性高。 （4）低成本 ） 不需要填充材料，也不用保护气体； 厚焊接件边缘不用坡口加工； ①不需要填充材料，也不用保护气体；②厚焊接件边缘不用坡口加工；③焊接 铝材工件不用去氧化膜，只需用溶剂擦去油污即可； 对接容许留一定间隙， 铝材工件不用去氧化膜，只需用溶剂擦去油污即可；④对接容许留一定间隙， 不苟求装配精度； 节能，安全，无污染， 不苟求装配精度；⑤节能，安全，无污染，无烟尘
9.5机械加工及热处理技术 机械加工及热处理技术
汽车制造机械加工技术
现在的机械加工技术是将现代化信 息技术、自动化技术、 息技术、自动化技术、企业管理技 术的新成果运用于机械制造过程中， 术的新成果运用于机械制造过程中， 发展新的制造技术和生产模式， 发展新的制造技术和生产模式，是 机械产品的生产更加优质、高效、 机械产品的生产更加优质、高效、 低能、快捷、 低能、快捷、灵活
缝焊 汽车工业所用到的焊接方法及零部件的应用 对焊 CO2保护焊 氩弧焊 电弧焊 焊条电弧焊 埋弧焊 摩擦焊 电子束焊 特种焊 激光焊割 氧乙烷焊 钎焊
用于车身总成的补 用于散热器、铜和钢件、 用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接
搅拌摩擦焊在汽车制造中的应用
搅拌摩擦焊原理
由一个圆柱形的焊头伸 入工件的接缝处， 入工件的接缝处，通过焊头 的高速旋转， 的高速旋转，使其与焊接工 件材料摩擦， 件材料摩擦，从而使连接部 位的材料温度升高软化， 位的材料温度升高软化，同 时对材料进行搅拌摩擦来完 成焊接
车身总成激光组焊
激光组焊技术是将已冲压或切割成形的各种车身构 先两两件组焊，然后再多件组焊， 件，先两两件组焊，然后再多件组焊，从而形成白 车身分总成，各白车身分总成再组装成白车身总成。 车身分总成，各白车身分总成再组装成白车身总成。 白车身激光焊接虽然目前尚存在设备投资及维护成 本高，使用条件苛刻等问题， 本高，使用条件苛刻等问题，但由于其具备焊接精 度高、零件变形小， 度高、零件变形小，焊接结构强度与刚度提升显著 等一系列突出的优点， 等一系列突出的优点，而被世界各大汽车厂商采纳 使用。车身的激光焊接主要分为总成焊接、 使用。车身的激光焊接主要分为总成焊接、侧围与 车顶焊接、 车顶焊接、后续焊
激光焊接技术在汽车制造工业中应用
激光焊接是以激光作 为能量的载体的一种高 能密度焊接方法。 能密度焊接方法。激光 焊接是把能量很高的激 光束照射到工件上， 光束照射到工件上，使 工件受热溶化， 工件受热溶化，然后冷 却得到焊缝。 却得到焊缝。
激光焊接与常规焊接方法相比有如下特点： 激光焊接与常规焊接方法相比有如下特点：
汽车制造中焊接数值模拟技术的应用
通过焊接数值模拟， 通过焊接数值模拟，可以模拟出焊接过程中的应 力变化及分布情况， 力变化及分布情况，为制定合理的焊接工艺提供 理论依据 通过计算机模拟技术与设计者的经验相结合， 通过计算机模拟技术与设计者的经验相结合，可 以优化焊装车间平面布置和工作单元布局；预测 以优化焊装车间平面布置和工作单元布局； 工艺对产品的影响和各工序间的关联； 工艺对产品的影响和各工序间的关联；校验所需 设备数量和对自动化设备的需求； 设备数量和对自动化设备的需求；计算生产面积 和所需工人数；进行焊装线上的机器人、 和所需工人数；进行焊装线上的机器人、自动化 设备及人体作业仿真分析