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行业动态

【连接技术】Laser激光焊接

发布时间:2023-02-02 09:58:23 人气:113

早在19日,激光焊接技术就是一种激光加工技术 ** 用于焊接薄小零件。随着汽车工业的快速发展和人们需求的不断提高,激光焊接技术从20世纪80年代开始应用于汽车车身制造领域,以满足安全、环保、节能的要求,实现焊接产品制造的自动化、灵活性和智能化发展。据相关统计,欧美工业发达国家50%~70%的汽车零部件都是激光加工的,主要是激光焊接和切割。激光焊接已成为汽车生产的标准工艺。

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激光的含义:LightAmplification by Stimulated Emission of Radiation(光能通过诱导释放增加)。

LASER

L -  Light                          光线

A -  Amplification by       放大

S -  Stimulated                激励

E -  Emission of               发光

R -  Radiation                  辐射

     激光焊接的原理是激光发生器发出的激光束,聚焦在焊丝表面加热,使焊丝加热熔化,润湿车身钢板,填充钢板接头间隙,形成焊缝,最终实现良好的连接。焊接后,铜焊丝与钢板之间形成钎焊连接。铜焊丝与钢板分别为不同元素,形成的焊接层是高温后两种不同元素的融合。与传统的点焊相比,这种焊接方法具有更好的焊接质量、更快的速度和更高的焊接强度。

以下为TRUMPF激光焊接视频显示:

激光焊接的优点如下:

激光焊接的缺点如下:

激光焊接机器人系统组成

1 — 激光器;2 — 光导系统; 3 — 遥控盒;4 — 送丝机;

5 — 激光加工头; 6 — 操作机;7 — 机器人控制柜; 8 — 焊接电源

常用的激光加工头安装在机器人数字控制系统(上图7)的六自由度(常称为六轴)机器人(上图6)臂末端。根据用途可分为激光切割、激光焊接、激光熔化激光加工头。常用的激光加工头见图3所示。

以下为IPG激光头介绍视频:

1 激光钎焊

(1)原理

激光钎焊是一种以激光为热源,用熔点低于母材的材料填充金属(称为钎焊材料)的焊接方法。加热熔化后,用液体钎焊材料湿润母材,填充接头间隙,与母材相互扩散,实现连接。原理如图4所示。

(2)特点

激光钎焊工艺在焊接中的应用,不仅使产品更加美观,提高了密封性,而且显著提高了焊接区域的强度,提高了车辆的安全性能。母材料的连接方式为卷边对接,如图5所示。

(3)应用区域

激光钎焊是一种广泛应用于汽车车身焊接的焊接工艺。其主要优点是可以生成光滑的表面,避免熔化镀锌层。主要用于:侧外板与顶盖外板(如图6、图7所示,取消屋顶橡胶密封条,美观,节约成本);行李箱盖外板上下段(如图8所示)。

以下是汽车行李箱盖激光钎焊视频:

2 激光熔化焊

(1)原理

激光熔化焊是一种以激光为热源的焊接方法,在两个板的角连接处,每个熔化两个板的部分母材熔化附近的焊丝填充两个板的角连接处),形成液体金属,冷却后形成可靠的连接。其工艺原理如图9所示。

(2)特点

激光熔化焊可分为激光熔化焊、激光熔化焊(无填充)、激光熔化填充焊等,主要用于汽车前端、顶盖、地板、车门内板的焊接。母材料的连接方式为重叠,如图10所示。

(3)应用区域

激光熔焊主要用于车顶和门盖。如图11所示,激光熔焊用于汽车背门。

3 激光飞行焊

(1)原理

激光飞行焊(Welding on-Fly)称为激光远程焊接(remote laser welding)或激光机器人扫描焊接。它是在机器人的第六轴上安装一个高速扫描反射器(通常称为振动镜)扫描头,激光轨迹运动只能通过镜头摆动反射,而不需要机器人的手臂跟随运动。激光远程焊接系统高度灵活,效率高于普通激光焊接,一套系统可取代6~9套普通机器人点焊。激光头与工件的距离超过5000mm,可延长镜头保护玻璃的使用寿命。其工艺原理与熔焊相同,为板材搭接形式。图12显示,飞行焊用于车门。

(2)特点

与传统焊接相比,激光远程焊******的优点是可以提高生产效率。扫描头的快速镜头运动大大降低了定位机器手的时间,大大缩短了制造时间,平均电阻点焊0.5个焊点/s与速度相比,焊接速度为3~4个焊点/s,充分利用激光束。与传统的电阻点焊相比,激光远程焊接时间可缩短80%。以大众汽车公司为例,公司传统的电阻点焊工艺采用4台机器人、5把焊枪、34个焊点和34个装卸时间.7 s;目前采用激光扫描焊接,完成34个焊点,形状为C型(C型焊点强度高于圆点型焊点),只有一个机器人,一个PFO,时间缩短为13 s。

与传统的点焊相比,激光飞行焊可以定制焊接形式,优化焊接强度,提高设计灵活性,适用于任何焊接形式和方向。图13显示了传统点焊和激光飞行焊的焊接方法。

(3)应用区域

目前,激光飞行焊主要用于一些焊点密集(焊接效率高)、承载要求低的零件,如汽车门、侧门洞止口等。图14为福特野马激光飞行焊区示意图。

以下是车门飞行焊视频:

4 激光复合焊

(1)原理

激光复合焊(LaserHybrid)主要指激光和MIG电弧复合焊接。激光复合焊接技术不是两种焊接方法,而是两种焊接方法同时作用于焊接区域。激光和电弧在不同程度和形式上影响复合焊接的性能。其工艺原理如图15所示。

(2)特点

激光焊接是以高能密度激光束为热源的高效精密焊接方法,但该工艺要求激光束与焊缝尺寸保持相应的一致性。相对而言,气体金属电弧焊更擅长处理间隙尺寸的不一致性。因此,激光复合焊接是一种将激光焊接核气体焊接相结合的工艺,以达到理想的焊接效果。激光复合焊接与MIG、如表1所示,激光焊的对比。

(3)应用区域

目前,激光复合焊接常用于顶盖和门的焊接。

激光复合焊视频显示如下:

1 与点焊对比

车身装配中可达数千个焊点,传统焊接采用电阻点焊工艺。电阻点焊工艺是用两个电极从两个方向压紧工件,在两个接头上加压通电,使接触面之间形成焊点,将工件焊接在一起。为满足组合和形状要求,每个焊点之间应保持一定的间隔(热影响和操作空间)mm以上)。焊钳焊接在工件边缘,凸缘宽度为16mm;激光焊接是单边焊接,凸缘宽度只有5mm,将点焊改为激光焊,由于凸缘设计不同,自行车可节省40钢kg。

激光焊接接头是一条细长的连续直线,电阻点焊接头是一排离散点,激光焊接金属快速凝固,更小,有利于提高焊接金属的强度,因此激光焊接金属的强度略高于电阻点焊接金属。

激光焊接的抗拉强度受焊缝长度、熔宽等因素的影响,点焊的抗拉强度也与焊点的数量和间距有关。虽然激光焊接在提高强度方面确实有优势,但考虑到实际生产,两者在强度上没有明显的可比性。但不可否认的是,激光焊接在提高刚度方面具有优势,特别是在提高刚度方面,因为它提高了板材之间的附着力,焊缝的一致性更好NVH性能上。

2 铝合金激光焊的优缺点

激光焊接铝合金时,与镀锌钢板焊接一样,在焊接过程中也会产生大量的气孔和裂纹,影响焊接质量。铝电离能低,焊接稳定性差,焊接不连续。此外,在高热量焊接方法的整个过程中,会产生三氧化铝和氮化铝,污染环境。

然而,铝合金板的表面可以在焊接前抛光,以增加其对激光能量的吸收;焊接时与惰性气体配合,防止气孔出现。

铝合金激光-电弧复合焊是解决激光焊接功率、激光束铝合金表面吸收率和深熔焊阈值的有前途的铝合金焊接工艺之一。目前,该工艺还不成熟,正处于研究和探索阶段。

激光焊接的难度因铝合金而异。1000系列、3000系列00系列、3000系列、5000系列焊接性好;4000系合金裂纹敏感性极低;5000系合金ω(Mg)=2%时,合金产生裂纹。随着镁含量的增加,焊接性能有所提高,但延展性和耐腐蚀性较差;2000系、6000系和7000系合金的热裂倾向较大,焊缝成型不良,焊后时效硬度明显降低。

因此,对于铝合金的激光焊接,应采取适当的工艺措施,正确选择焊接方法和焊接工艺,以获得良好的焊接效果。焊接前,是控制焊接工艺参数、改变焊接结构的有效方法。

3 焊接参数的选择

4 激光钎焊夹具系统

在激光焊接过程中,焊接钢板需要足够稳定地夹紧,因此将设计专用夹具。激光焊接夹体积大,结构复杂,整体为框架结构。左右车身两侧用夹具块顶住,定位支撑后用气缸夹住。上部设计了特殊的汽车顶盖激光钎焊定位紧固件,用多个压头压紧,用机器人抓住顶盖,放在车身上,用气缸夹紧,使车身钢板需要焊接的边缘足够紧。如图16所示。

工艺因素

1 目视检测

如表3所示。

2 破坏性检验

如图1所示8所示:

3 金相显微分析

激光焊缝微观缺陷种类如图19所示:

4 无损检验

可使用超声波、X射线等仪器对激光焊接质量进行检验。

根据激光焊接技术在汽车厂的实际应用效果,可以看出,采用激光焊接不仅能降低车身重量、提高车身的装配精度,同时还能大大加强车身的强度,在用户享受舒适的同时,为其提供更好的安全保障。相信随着激光焊接技术难题的不断突破和制造工艺的不断提高,激光焊接必将成为未来汽车白车身制造工艺中的重要组成部分。




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