讨论激光焊接-切割在汽车制造中应用

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1、讨论激光焊接切割在汽车制造中应用　　【摘要】随着激光技术的不断发展和汽车工业柔性、模块化生产方式的需要，激光技术在汽车领域的应用范围越来越广，所占比例也越来越高。本文就激光焊接在汽车座椅中的具体应用，从激光焊接的特点和激光焊接的发展趋势等方面进行综合论述。汽车座椅在传统的焊接工艺中一直以点焊、弧焊为主，特别是点焊，易变形、预留空间大、速度慢，已不能完全适应汽车工业发展的需要。而激光焊接技术克服了上述缺点，因而得到了越来越广泛的应用。下面从激光焊接的原理、激光相对于普通焊接的优点以及激光焊接工作站的组成等方面加以详细的阐述。【关键词】激

2、光焊接切割汽车座椅制造应用中图分类号：F407.471文献标识码：A一、激光焊接的原理7激光焊接采用激光作为焊接热源，通过光学震荡器利用电能、化学能等原始能量将某些固态、液态或气态介质激发，产生相位几乎相同且波长近乎单一的光束，这些光束由于相位相同且波长单一，因而差异角非常小，可以传播较长距离，所以可以被高度集中起来加以利用。当激光束的功率密度足够大时，金属表面在激光束的照射下迅速升温，在极短的时间内可以达到沸点而发生汽化。当金属蒸汽以一定的速度离开金属熔池的表面时，会产生一个附加应力反作用于熔化的金属，使其向下凹陷，产生一个小凹坑。随

3、着加热的继续进行，逐渐形成一个细长的小孔。随着激光束的移动，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝（见图1）。焊缝的深浅与激光功率密度有关，当所用激光功率密度较低时熔深浅，深宽比较小。当激光功率密度较高时熔深大，深宽比也大，这时就比较易于形成深穿透性焊缝。目前包括座椅在内很多焊接工艺都是采用这种激光焊接技术。1、熔池2、等离子体3激光束4焊缝5小孔如图、所示，根据激光焊接原理，单一的激光焊接是一种以自熔性焊接为主的焊接方法，这种焊接方法对焊件装配间隙要求高，要达到深熔焊所需激光的功率密度较大，因而焊接成本比较高，并且存在一定

4、的局限性。经过科研人员的不断探索，将激光和MIG焊接结合起来，形成了激光-MIG复合焊，原理如图2所示。在激光向焊缝金属输入热量的同时电弧也向焊接区输入能量，由于激光和电弧在不同程度和形式上影响复合焊接的性能，从而使焊接速度提高，焊接周期缩短，达到同样熔深所需的激光功率也大大降低，因而降低了焊接的成本。但激光-MIG复合焊在电源设备方面的投资成本相对较高，制约了发展。随着市场的进一步扩大，电源设备价格的不断下降，激光-MIG复合焊接技术将得到更加广泛的应用。7二、激光焊接相对于普通焊接的优势相对于电阻焊、CO2焊和钎焊等焊接技术，激光焊

5、接技术具有以下优势。（1）激光焊接的速度很快，最快可达20m/min。（2）由于激光束光斑小（0.1~0.3mm），功率密度高，加热范围小，速度快而且是非接触焊接，因此残余应力和焊接变形很小，这一点对于焊接质量来说很重要。（3）焊接强度更好。由于激光焊接有很小的热变形，而且对邻近的金属没有机械扭曲作用，因此激光焊接能保证所焊产品的强度。（4）激光焊接可以大大减少预留的焊接边缘，减少搭接宽度和一些加强用的部件，因而可以降低材料的用量，优化设计，使座椅的设计更加柔性化。（5）激光束易于聚焦，可通过反射镜或光纤改变光的走向，也可在工件周围进行

6、再导引，因而它的可达性好，在其他焊接方法难以接近的工件部位也能进行焊接，这一点是其他焊接方法所无法比拟的。（6）激光焊接的非接触性也避免了易损件的频繁更换和维护，如电极帽、电极杆和电缆等，既节约了成本，又提高了效率。7（7）激光焊接还具有特殊的熔池净化功能，能净化焊缝金属。在焊接过程中，由于激光的作用，焊接部位的金属熔化并且部分汽化，因杂质吸收光能的效率高，所以金属内的杂质首先被汽化吸出，从而使焊缝中的杂质含量减少，焊接质量提高。三、汽车座椅激光焊接工作站的组成激光焊接工作站由安全房、激光器、光导和聚焦系统、焊接机器人、焊接夹具、PLC

7、控制系统、监控系统及辅助系统组成。（1）安全房安全房和其他类型的焊接工作站类似，可以使焊接在更环保、更安全的条件下进行。（2）激光器!激光器的功能是输出一定功率的优质光束。目前激光器主要有两大类：一类是固体激光器（又称Nd:YAG激光器），波长为1.60um；另一类是气体激光器（又称CO2激光器）10.6um的红外激光，标准激光功率在2-5KW之间。从输出光束的质量和功率这两方面综合考虑，CO2激光器比YAG激光器具有更大优势，尤其是高功率模块化系列CO2激光器的问世，标志着大功率CO2激光器在工作期间的稳定性问题（机械稳定性和热稳定性

8、）得到根本解决，因而CO2激光器得到了广泛的应用。但是，近几年来，国外在研制和生产大功率YAG激光器方面也取得了突破性进展，最大功率已经能达到5KW，并已投入市场。由于YAG激光器波长仅为CO2激光器的1/