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激光焊接技術何時應用于激光焊接的,模具激光焊接公司告訴伱

2018-05-29

20世紀80年代中期,激光焊接技術開始被應用到汽車領域。自1993年大衆汽車首次在車頂蓋焊接中采用YAG激光焊接,如今激光焊接已經作為一種成熟、應用廣泛的技術被越來越多的汽車生産廠家所采用。


激光焊接中高強度的激光經過特殊的光學透鏡聚焦,彙聚于一點,從而産生高能量密度的光束,并作用于加工工件表面,使金屬在瞬間熔化甚至蒸發,被熔化的金屬在原子層面上進行重新接合,焊接後的強度等同于甚至強于一整塊金屬闆的強度,從而達到焊接的目的。

工業上的激光焊接多采用發光介質為Nd:YAG(钕钇鋁石榴石)的固體激光發生器,由于其發出的激光波長為1 064nm,金屬(特别是鐵)對它的吸收率接近40%,因而被大範圍的應用。

激光焊接的種類

應用于車身的激光焊接主要分為兩種方式:一種為熔焊,不需要填充物質,激光直接作用在工件表面上進行焊接;另一種為填充焊,即通常所說的釺焊,主要應用于汽車頂蓋的焊接。

根據激光束能量密度的大小,熔焊又可分為熱傳導焊和穿透焊。


模具激光焊接公司稱由于激光彙聚于一點時會産生相當高的溫度(與能量密度大小有關),當溫度達到1 490℃時鋼鐵就會熔化,利用此種熱效應進行焊接的方式為熱傳導焊。其過程為:首先通過激光将工件表面加熱到熔點,金屬熔化後會形成一個半球形的熔池,熔池的半徑和深度慢慢增大,當吸收的激光能量與熔池向四周擴散的熱量達到平衡時,熔池便不再擴大。沿預定軌迹移動激光光束,熔池也随之移動,熔池前方的金屬不斷熔化,後方的金屬冷卻,從而形成一條焊縫。熱傳導焊的優點體現在焊縫光滑且飛濺少,速度為1~3m/min,焊縫深度與寬度比小于1。綜上特點,此焊接方式多用于平闆拼焊。

在汽車白車身上,因為焊接鋼闆有2~4層,厚度可達4mm,所以對焊縫的深度有更高的要求,此時熱傳導焊無法滿足工藝的要求,我們需要另一種焊接方式——穿透焊。

穿透焊具有速度快、熔深更深的特點,它對激光能量密度的要求遠高于熱傳導焊。當激光作用于工件表面時,金屬迅速汽化(在2 590℃鋼鐵就會汽化為蒸汽),以蒸汽的形式擴散出熔池,并形成一個蒸汽通道,激光在通道内進行多次反射可以使金屬對激光能量的吸收率增加到75%,我們稱之為“小孔效應”,當産生的蒸汽壓力不足以擴散出熔池時,熔池便不再加深,形成一個穩定的焊接狀态。熔池經過的位置,在蒸汽通道周圍形成金屬熔液流動,使上下兩層闆熔合在一起,金屬冷卻後,便形成一條高強度焊縫。與熱傳導焊相比,穿透焊的優勢在于其焊接深度更深、速度更快,對于4mm厚的低碳鋼闆材,焊接速度可達5m/min;而其缺點在于其将金屬迅速汽化後産生的大量飛濺容易損傷工件及加工設備。


區别于熔焊的另一種焊接方式為填充焊,此種方式并不熔化工件本身,而是利用激光的熱效應熔化焊絲,并将其填充到所需焊接的兩個工件之間,其優點在于焊縫美觀,産生的熱變形小,汽車頂蓋的焊接多采用此種方式。下面結合實例來具體說明上述焊接方式。

汽車頂蓋激光釺焊技術

汽車頂蓋激光釺焊技術是最早應用于車身加工的激光工藝,其原理為利用激光将焊絲(一般為銅矽合金)熔化并填充到頂蓋與側圍工件的縫隙中,不但起到連接的作用還可以進行密封。激光源采用YAG連續型激光發生器,最高輸出可達4kW,由于焊絲的熔點相對鋼闆要低,所以選擇激光的輸出功率範圍為(1.8~2)kW,在熔化焊絲的同時,保證頂蓋和側圍不産生熱變形。激光采用柔性的光纜傳輸,可以使激光發生器與焊接工位分開,避免設備受到損傷。根據焊絲直徑的大小,在焊接端利用光學鏡頭改變激光聚焦的光斑大小使之相互匹配,如焊絲直徑為1.0mm,将激光聚焦的光斑直徑調整為1.2mm,使激光最大限度地作用于焊絲上。焊接過程中由機器人帶動自适應式焊接鏡頭(見圖1),轉動軸帶動伸縮臂在水平方向上轉動,而伸縮臂自身可以在垂直方向移動(見圖2)。

由于焊絲具有一定的強度,可以在焊接過程中作為導向指針,整個伸縮臂由焊絲導向運動軌迹,這樣就彌補了理論編程與實際焊縫上的位置偏差。


焊接工作站如圖3所示,整個系統采用PLC(可編程邏輯控制器)編程控制,機器人帶動鏡頭移動至焊接起始點,使焊絲切入焊縫,壓縮空氣打開,此時機器人控制器向激光發生器與送絲機發出指令,保證激光發射與送絲同步進行。焊絲被熔化後填入縫隙,經冷卻形成光滑平整的焊縫,焊接速度可達2m/min。焊接過程中使用保護氣體(氩氣或氮氣),可避免焊縫周邊工件被氧化,使焊縫視覺效果更加美觀。圖4為焊接後頂蓋的一部分。

模具激光焊接公司稱穿透焊的過程與釺焊有所不同,激光在兩層鋼闆上進行穿透焊接,無焊絲填充,機器人帶動鏡頭按照預先編定的軌迹直接焊接,無需導向裝置。穿透焊采用激光功率為4kW,遠高于釺焊。因為焊接中需要熔化工件,所以在焊縫的兩端需要設置功率斜坡,即在焊接起始時,功率在30ms内從1kW線性增加至4kW,結束時功率在30ms内從4kW降到1kW。這樣做的優點在于避免在起弧和收弧時将鋼闆焊穿,形成小洞,從而影響焊接質量。圖5中,車身B柱采用穿透焊,焊接厚度達到4mm。


為了防止鏽蝕,大衆汽車的白車身均采用雙面鍍鋅鋼闆。由于鋅的沸點(907℃)遠比鋼鐵(2 590℃)的沸點低,因此在焊接時,表面的鋅會首先汽化。如果兩層鋼闆貼得非常緊密,汽化後的鋅蒸汽無法排出,冷卻後将存留在焊縫中,這樣會大大降低焊縫的強度,影響焊接質量。因此,焊接前應先将工件沖出高度為0.3~0.5mm的小坑,以保證工件之間有足夠的縫隙排出鋅蒸汽。由于飛濺大,穿透焊的焊縫相對于釺焊更粗糙,但是強度比普通點焊要強得多。

如今,激光焊接應用于汽車白車身已經成為一種趨勢,采用激光焊接不僅可以降低車身重量、提高車身的裝配精度,同時還能大大加強車身的強度,在用戶享受舒适的同時,為其提供更高的安全保障。

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