目前汽車車身焊接主要有電阻點焊、激光焊、MIG和MAG焊等方式,其中激光焊接技術主要用于車身不等厚板的拼焊和車身焊接。激光焊接主要用于車身框架結構的焊接,例如頂蓋與側圍的焊接。激光焊接運用于汽車,可以降低車身重量從而達到省油目的;提高車身的裝配精度,使車身剛度提升30%,從而提高了車身安全性;降低汽車車身制造過程中的沖壓和裝配成本,減少車身零件的數目,提高車身一體化程度。
1、激光焊的架構
激光焊接應用采用激光作為焊接熱源,工業機器人作為運動系統。激光熱源的優勢在于,它有著極高的加熱能力,能把大量的能量集中在很小的焊接點上,所以具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快和焊接變形小等特點,可實現薄板的快速連接。
(1)激光源:用于激光焊接的激光源主要有CO2氣體激光源和YAG固體激光源兩種。激光源最重要的性能是輸出功率和光束質量。從這兩方面考慮,CO2激光源比YAG激光源具有更大優勢,是目前深熔焊接主要采用的激光源。
(2)光導和聚焦系統:光導聚焦系統由圓偏振鏡、擴束鏡、反射鏡或光纖及聚焦鏡等組成,實現改變光束偏振狀態、方向、傳輸光束和聚焦的功能。這些光學零件的狀況對激光焊接質量有極其重要的影響。在大功率激光作用下,光學部件,尤其是透鏡性能會劣化,使透過率下降,產生熱透鏡效應,同時表面污染也會增加傳輸損耗。
(3)焊接機器人:由于激光熔焊、激光-MIG復合焊接技術方法的不同以及焊接接頭形式的不同,所以對焊接接頭的裝配精度要求也不同。搭接焊縫的激光熔焊和角焊縫的激光釬焊可以采用普通的焊接機器人。對于對接焊縫的激光釬焊和激光焊必須采用區別于常規機器人的絞臂式焊接機器人,通常設計焊縫自動跟蹤矯正系統。
(4)焊接夾具:可以保證激光焊接時所連接板材或總成的定位,保證焊縫間隙,防止焊接變形,從而提高激光焊接接頭的質量。
(5)激光焊接控制系統:控制系統主要包括焊接過程的視頻監視系統、機器人的焊縫自動跟蹤系統和矯正系統、送絲控制系統等。對于不同的激光焊接方式,控制系統的組成也有所相同。激光熔焊無需送絲系統、焊縫自動跟蹤系統和運行軌跡矯正系統。
2、激光焊的優勢
激光焊接的主要特點如下:
(1)熱量輸入很小、焊縫深寬比大,熱影響區小導致工件收縮和變形很小,無需焊后矯形;
(2)焊縫強度高、焊接速度快、焊縫窄且通常表面狀態好,免去焊后清理等工作;
(3)焊接一致性、穩定性好一般不加填充金屬和焊劑,并能實現部分異種材料焊接;
(4)光束易于控制,焊接定位易于實現自動化;
(5)非接觸加工,不需對工件加壓和進行表面處理;
(6)焊點小、能量密度高、適合于高速加工;
(7)短時間焊接,既對外界無熱影響,又對材料本身的熱變形及熱影響區小,尤其適合加工高熔點、高硬度、特種材料;
(8)無加工噪音,對環境無污染;
(9)可通過光纖實現遠距離、普通方法難以達到的部位、多路同時或分時焊接;
(10)很容易改變激光輸出焦距及焊點位置;
(11)很容易搭載到自動機、機器人裝置上;
(12)與其它焊接工藝方法比較激光焊接的前期投資較大;
(13)被焊工件裝配精度高,相對而言對光束操控的性也有較高的要求;
(14)由于飛濺大,穿透焊的焊縫相對于釬焊更粗糙,但是強度比普通點焊要高很多。