汽车零部件的激光焊接技术

激光焊接

一、前言

随着科学技术的进步，激光技术的应用领域也越来越广泛。激光焊接技术因其具备高精度、深穿透、高能量密度、适应性强等众多优点，受到了航空航天、机械电工、汽车制造等领域的高度重视。在汽车制造业中，无论是车身组装，还是汽车零部件的生产尤其是在汽车零部件的生产中，激光焊获得了一致好评，也得到了广泛的应用。

二、激光焊接技术

焊接工序在汽车生产加工过程中时一项不可或缺的工序。汽车组装中最主要的车架、车桥、车身、车厢、变速箱、发动机等众多零部件的生产加工，也都离不开焊接工艺。在众多焊接技术中，各个汽车生产厂已更加重视激光焊接的发展和应用，在生产的轻量化、高强度的今天，高强度钢板、合金钢、不锈钢及铝合金也早已被应用到轿车车身的生产当中，在焊接不锈钢、铝合金等材料时，激光焊接技术有着无与伦比的出色效果。在当前，激光焊接技术已经成为最先进的汽车制造工艺之一。激光焊接技术不仅在汽车齿轮（包括联体齿轮）、变速器、滤油器、空调带轮和液压挺杆等零部件中得到广泛应用，就连车顶、车门、行李箱和发动机盖、气门挺杆、车门合叶链、汽车座椅滑动件、汽车安全气囊内胆、汽车缸垫的焊接、排汽管、滤清器的焊接、汽车离合器焊接等车体部位的激光焊接应用也受到广泛的认可。

三、激光焊接技术的优点

激光焊接技术在汽车零部件加工方面几乎可以达到完美的要求，在效率、经济、安全、强度、抗腐蚀等方面有着良好的性能。汽车的零部件价值占汽车总价值很大的比重，采用激光焊接工艺可以使汽车零部件的性能得到显著改善，也就提高汽车的品质。也已成为工业制造领域主流的标记方式，具备以下优点：

（一）热影响区域的变化范围会较小，因为热传导而产生的变形也相对较低；

（二）不受空间大小的影响，可焊接小型或间隔较近的零部件；

（三）无需使用电极，因此没有电极污染，而且该焊接工艺不属于接触式焊接，能够有效地降低器具的变形和耗损；

（四）不会受磁场的干扰；

（五）焊接品质较好，生产效率高，很好实现自动化。

（六）可以焊接的材料种类众多，并且各种不同材质的材料或不同物性的两种金属都可以接合，；

（七）提高了生产效率和提升了产品质量。例如：有了激光焊接技术，原本必须要使用铸造工艺的汽车零部件就可以改为冲压工艺，因此就相应的减轻了零部件的重量，不仅节约了原料，而且也符合当前汽车行业轻量化的大趋势。在以前，汽车变速器或传动系统齿轮组是整块材料经过很多种金属切削加工方式、多道工序才可以完成，耗费了大量的人力、物力、财力。现在众多欧美等发达国家的零部件商将齿轮组分解为很多个小的部分，分别加以生产加工，再经过激光焊接技术，不仅能保证零件的强度，而且加快了生产速度，简化了工艺，还可以节省大量的钢材。

四、激光焊接技术在汽车零部件上的运用

近年来，西方那些工业发达国家在生产家用轿车时，将近60%的汽车零部件就采用的是激光焊接技术加以生产。它被广泛的应用到变速齿轮、半轴、传动轴、散热器、离合器、发动机排气管、增压器轮轴、底盘等许多汽车部件的生产制造中，并且已经成为汽车零部件制造的标准工艺。

在焊接齿轮方面，传统的设计和制造理念已被激光焊接工艺从根本上改变了，激光焊接工艺为齿轮箱体类部件的生产加工提供了更具有经济性和更为紧凑的结构。例如：在奔驰公司的家用车系列变速箱齿轮中，就广泛地采用了激光焊接技术。与传统的加工技术相比，激光焊接技术不但减少了工序，节约了昂贵的原材料，而且大幅度提高了生产效率，并且还使得齿

轮箱结构更为紧密。在另一方面，齿轮与传动轴经过激光深熔焊已经熔化为一体，相比原来的齿轮和传动轴，无论是从使用精度还是从传递扭矩要求上，都会有很大的提升。

（一）美国的阿符科公司研制的功率为15 kW的HPL工业用CO2激光焊接机，用它来焊接汽车转动组件的两个齿轮，焊接时间缩短至1 s，因此每小时就可以焊接1 000 多件。

（二）在世界范围内汽车工业领先的德国，因为不断的技术创新和拥有先进的汽车零件加工技术和装备而收到很大的益处。在这中间，起到了重要的作用就是激光加工设备。一家拥有10多年经验的德国思泰科工业技术公司（S I T E C），它是专们从事激光加工设备的研发和制造的企业，也是欧洲众多知名厂商的合作伙伴，应用在德国大众汽车公司、西门子VDO公司等众多厂商的L W S系列激光加工中心就是由其生产的。以V A R I O M O D U L 为基础，S I T E C公司结合最先进的激光加工设备，组成模块化和灵活性很强的柔性生产线，从而实现了汽车零部件的高效率自动装配和测试。

（三）然而就目前国内情况来看，除了上海通用的P o l o、上海大众Passat车型等几家中外合资企业的国产化车型在制造过程中都采用了激光焊接技术，国内的诸多自主企业对于汽车白车身的激光焊接技术目前尚处在探索的阶段。国内也有一些自主汽车品牌企业在其新车型上对激光焊接技术进行研发应用，其中有华晨、奇瑞和吉利汽车也都在进行相关的尝试，并且作为先进的制造技术被业内人士广泛的接受，然而就目前的情况来看，激光焊技术主要是依靠引进国外成套装备或零件生产线。

五、汽车零部件激光焊接技术的缺陷

（一）激光焊接要求焊件的位置非常地精确，务必要在激光束的聚焦范围内。

（二）在焊件需使用夹具的时侯，必须要确保焊件的最终位置与激光束将冲击的焊点精密对准。

（三）能量转换效率不是很高，通常可能会低于10%。

（四）激光焊接的设备十分昂贵等。

因此，在这些原因的基础上，激光焊接的技术要在国内企业广泛应用还会有很长的路要走。

六、我国汽车零部件激光焊接技术的发展趋势

就目前情况来看，和国外先进的焊接技术相比，我国汽车的整体焊接工艺水平还有很大的差距。在近些年来，国内的许多汽车制造厂家也都开始非常重视焊接的自动化，例如长春的一汽大众公司就引进了的捷达车身焊装车间的13 条生产流水线，其自动化程度已经达到了80 %以上的水平，各条生产线基本上都是由计算机进行控制来自动完成工件的焊接和向下传送。还有就是，在这些生产线中，大量的焊接机器人被投入使用。机器人的驱动，也全是由计算机进行控制的。因为机器人还具有焊钳储存库的功能，根据焊装部位的不同要求，或者是焊装产品的变动，就能够自动地从储存库内抓取所需要的相应的焊钳。有机器人的动作，点到点的序步轨迹被采用了，因此就具备了很高的自动化水平，不但改善了工作条件，并且还大大地提高了生产效率和产品的质量，而且同时还节省了材料，有效的降低了生产成本。随着家庭轿车产业的发展逐渐小型化与轻量化，汽车材料也不断向多元化的目标发展，例如铝镁合金、热塑性合成材料及复合材料等都会得到广泛的应用。由于在汽车零部件中采用了大量的复合材料，然而为了达到车身结构诸多方面的要求，因此就必须要根据不同的材料采用不同的焊接工艺。因此，坚持技术创新，和大力加速发展高效节能的焊接新工艺及新设备是汽车零部件发展的必由之路。

七、结语

在日益众多且质量更加过硬的汽车零部件加工生产过程中，激光焊接技术立下了不可磨灭的汗马功劳，随着科学技术的不断发展，激光焊接技术也会更加完备，在汽车零部件的生产加工中将会有更大的作为。