激光焊接技术在汽车工业中的应用.pptx

激光焊接技术在汽车工业中的应用激光焊接技术在汽车工业中的应用 目前常用的焊接工艺有：电弧焊（氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、气体保护焊）电阻焊高能束焊（电子束焊、激光焊）钎焊以电阻热为能源：电渣焊、高频焊；以化学能为焊接能源：气焊、气压焊、爆炸焊；以机械能为焊接能源：摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊 激光焊接与常规焊接方法相比有如下特点（1）可焊接高熔点材料如钛、石英等，并能对异性材料进行焊接，效果 良好（2）聚焦光斑小，焊接速度快，作用时间短，热影响区小，热变形小（3）属于非接触焊接，无机械应力和机械变形（4）易与计算机联机，能实现精确定位，实现自动焊接（5）可在大气中进行，无环境污染（6）可焊接难以接近的部位，可以远距离焊接。在YAG激光加工技术中采用光纤传输技术，使激光技术得到更为广泛的推广和运用（7）激光束易实现按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件焊接工艺精度 变形 热影响 焊缝质量 焊料 使用条件 激光焊 精密 小 很小 好 无 钎焊 精糙 一般 一般 一般需要 整体加热 电阻焊 精糙 大 大 一般 无 需要电极 氩弧焊 一般 大 大 一般 需要 需要电极 等离子焊 较好 一般 一般 一般 需要 需要电极 电子束焊 精密 小小好无 需要真空 激光焊接原理激光焊接原理o激光焊接是以激光焊接是以激光作为热源激光作为热源，以以机器人机器人作为运动系统。激光作为运动系统。激光热源有着极高的加热能力，其热源有着极高的加热能力，其发出的激光，依靠发出的激光，依靠偏光镜反射偏光镜反射作用，将激光光束反射后作用，将激光光束反射后汇聚汇聚聚焦装置聚焦装置，把大量的能量集中，把大量的能量集中在很小的聚焦点上，从而在很小的聚焦点上，从而使聚使聚焦点上拥有巨大的能量焦点上拥有巨大的能量，实现，实现了能量密度高，加热集中的目了能量密度高，加热集中的目的，从而使接触的材料融化、的，从而使接触的材料融化、冷却实现焊接。冷却实现焊接。激光焊接系统激光焊接系统在实际的工业加工中焊接系统包括：在实际的工业加工中焊接系统包括：光导和聚焦系统光导和聚焦系统 圆偏振镜、扩束镜、反射镜或光纤及聚焦镜等 组成，对激光焊接质量有极其重要的影响 激光器激光器 提供热源主要是大功率激光器焊接夹具焊接夹具 保证激光焊接时所连接板材或总成的精确定位，保 证焊缝间隙，防止焊接变形，从而提高激 光焊接 头的质量激光焊接控制系统激光焊接控制系统 包括焊接过程的视频监视系统、机器人的焊 缝自动跟踪系统和矫正系统、送丝控制系统等 焊接机器人焊接机器人 根据激光熔焊、激光复合焊接技术等焊接技术的不同 以及焊接接头形式的不同而不同焊接机器人焊接机器人车门框弧焊夹具车门框弧焊夹具汽车保险杠焊接夹具汽车保险杠焊接夹具 激光焊接控制系统激光焊接控制系统汽车工业中的激光焊接技术汽车工业中的激光焊接技术o汽车工业中用于焊接的激光器必须要有做够大的功率，因此必须是选用大功率激光器。常用的激光器有CO2激光器和固体Nd:YAG激光器o 二氧化碳激光器采用分子气体为工作物质，产生 平均波长10.6um的红外激光，可以连续输出很 高的功率，标准激光功率在2-5KWo NdYAG激光波长1.06um，产生的激光可通过光 栅传送适用于焊接精度高的工件，汽车工业中的 输出功率约为3-4KW激光热传导焊接技术o脉冲激光照射焊件的脉冲激光照射焊件的结合部，焊件表面结合部，焊件表面 吸吸收光能而使温度升高，收光能而使温度升高，热量按照固体材料的热量按照固体材料的热传导理论向金属内热传导理论向金属内部传播扩散，达到熔部传播扩散，达到熔点后冷却凝固，焊件点后冷却凝固，焊件熔接在一起。激光作熔接在一起。激光作用时间一般是毫秒量用时间一般是毫秒量级。级。激光深溶焊接技术o当激光功率当激光功率热密度足够高热密度足够高，使金属材料溶化、蒸发，使金属材料溶化、蒸发，在激光束照射处形成一个在激光束照射处形成一个小孔小孔。小孔继续吸收激光。小孔继续吸收激光束的光能，在小孔周围形束的光能，在小孔周围形成熔融金属的成熔融金属的熔池熔池，激光，激光功率越大，熔池越深，当功率越大，熔池越深，当激光相对焊件移动时，小激光相对焊件移动时，小孔的中心也随之移动，并孔的中心也随之移动，并处于相对稳定状态，于是处于相对稳定状态，于是小孔的移动形成了焊缝。小孔的移动形成了焊缝。与激光热传导焊接相比，激光深溶焊接时激光的能量是通过小孔效应向材料内部扩散，所以形成的缝隙窄而深。同时其焊接速度与激光功率成正比，溶深与速度成反比，所以欲使溶接速度增加、溶深增大，就必须使用大功率激光器。所以为获得高速度高质量的焊接效果，常用15003500W的连续 输出的CO2激光器焊接。激光复合焊接技术 o激光复合焊接技术除了电弧激光复合焊接技术除了电弧向焊接区输入能量外，激向焊接区输入能量外，激光也向焊缝金属输入热量，光也向焊缝金属输入热量，两种焊接方法同时作用两种焊接方法同时作用于于焊接区，产生焊接区，产生两个独立的两个独立的熔池熔池，而后面的电弧输入，而后面的电弧输入的热量同时起到了焊后的热量同时起到了焊后回回火处理火处理的作用，降低焊缝的作用，降低焊缝硬度，增强了焊接适应性硬度，增强了焊接适应性且增加焊接效率，高速焊且增加焊接效率，高速焊接时电弧具有较高的接时电弧具有较高的稳定稳定性性、更大的、更大的熔深熔深，较大缝，较大缝隙的焊连能力、焊缝的韧隙的焊连能力、焊缝的韧性更好的优点性更好的优点。焊缝焊接过程的控制与检测系统焊接过程的控制与检测系统o激光焊接过程的控制主要是对激光焊接过程的控制主要是对焊接工艺参数的控制，包括激焊接工艺参数的控制，包括激光功率、激光脉冲宽度、激光光功率、激光脉冲宽度、激光脉冲重复频率、保护气体以及脉冲重复频率、保护气体以及离焦量的选择。离焦量的选择。激光焊接过程检测原理示意图o 焊接控制过程主要是利用各种传焊接控制过程主要是利用各种传 感器对焊接过程中产生的等离子感器对焊接过程中产生的等离子 体进行检测，主要包括：体进行检测，主要包括：光信号检测光信号检测 声音信号检测声音信号检测 等离子体电荷信号等离子体电荷信号激光焊接在汽车工业中的实例应用激光焊接在汽车工业中的实例应用o目前，在汽车工艺制造中，激光焊接是使用 最多的 激光加工技术。占激光焊加工15%的份额o汽车工业中的激光焊接技术热输入量小，材料变形量小，加工残余量小，零件刚性好，能很好的满足现在车身结构向减轻重量、提高刚性和抗冲击能力的方向发展的要求。车身焊接 o车身激光焊接主要用于车身激光焊接主要用于车身框架车身框架结构的结构的焊接，具有较强的灵活性和机动性；可焊接，具有较强的灵活性和机动性；可以对形状特殊的门板、挡板、齿轮、仪以对形状特殊的门板、挡板、齿轮、仪表板等零部件进行焊接，可应用于现代表板等零部件进行焊接，可应用于现代高柔性的生产过程中，可以满足用户的高柔性的生产过程中，可以满足用户的各种需求，采用激光焊接技术，可以减各种需求，采用激光焊接技术，可以减少工件之间接合面的宽度，降低了板材少工件之间接合面的宽度，降低了板材使用量，使用量，同时使用激光焊的车身强度刚同时使用激光焊的车身强度刚度大大高于电焊车身，提高了车身的抗度大大高于电焊车身，提高了车身的抗冲击性和耐疲劳性，并且焊缝美观省去冲击性和耐疲劳性，并且焊缝美观省去影响视觉效果的装饰，增加其市场竞争影响视觉效果的装饰，增加其市场竞争力。力。o同时，与传统的点焊同时，与传统的点焊工艺不同，激光焊接工艺不同，激光焊接可以达到两块钢板之可以达到两块钢板之间的分子结合，也就间的分子结合，也就是焊接后的钢板硬度是焊接后的钢板硬度相当于一整块钢板，相当于一整块钢板，不仅大幅提升了车身不仅大幅提升了车身强度，车身的结合精强度，车身的结合精度也得到大大提升度也得到大大提升 激光拼焊 o激光拼焊是在车身设计制造激光拼焊是在车身设计制造中，根据车身不同的设计和中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不同规格、性能要求，选择不同规格、不同厚度、强度和镀层的钢不同厚度、强度和镀层的钢板通过激光载接和拼装技术板通过激光载接和拼装技术焊接在一起，完成车身某一焊接在一起，完成车身某一部位的制造，例如前后车门部位的制造，例如前后车门内板、前后纵梁、侧围、底内板、前后纵梁、侧围、底板、轮罩、中立柱等。具有板、轮罩、中立柱等。具有减少零件、模具数量、减少减少零件、模具数量、减少点焊数目点焊数目 ，优化材料用量，优化材料用量，降低成本，提高尺寸精度的降低成本，提高尺寸精度的特点。特点。激光拼焊机激光拼焊焊缝特性 o（1 1）降低焊缝区域的体积，）降低焊缝区域的体积，例如，焊缝宽度不超过例如，焊缝宽度不超过0.50.51mm1mm；（2 2）不增加焊缝高度；）不增加焊缝高度；（3 3）对冲压成形性能影响）对冲压成形性能影响较小；较小；（4 4）在焊缝上附加镀锌后，）在焊缝上附加镀锌后，可保持其阴极保护功能；可保持其阴极保护功能；（5 5）焊接过程中，热影响）焊接过程中，热影响 区小。区小。齿轮及零部件激光焊接 o采用激光焊接对齿轮等采用激光焊接对齿轮等零部件进行加工，可以零部件进行加工，可以实现极微小的焊接变形，实现极微小的焊接变形，焊接速度快，而且不需焊接速度快，而且不需要焊后热处理。常用于要焊后热处理。常用于变速器齿轮、气门挺杆、变速器齿轮、气门挺杆、车门铰链、传动轴、转车门铰链、传动轴、转向轴、皮带轮、排气管、向轴、皮带轮、排气管、离合器等的焊接。离合器等的焊接。液压挺杆激光焊接液压挺杆激光焊接 激光焊接激光焊接汽车齿轮汽车齿轮 塑料零部件的激光焊接 o激光焊接塑料的基本原理激光焊接塑料的基本原理是：两种塑料在低压力下是：两种塑料在低压力下被夹紧在一起，激光穿过被夹紧在一起，激光穿过一个制品，然后被另外一一个制品，然后被另外一个制品吸收，吸收激光能个制品吸收，吸收激光能量的制品将光能转化为热量的制品将光能转化为热能，在塑料的接触面熔化，能，在塑料的接触面熔化，形成一个焊接区。绝大多形成一个焊接区。绝大多数本色的塑料和许多有色数本色的塑料和许多有色的半透明塑料都能实现激的半透明塑料都能实现激光焊接（图如），例如聚光焊接（图如），例如聚苯乙烯（苯乙烯（PSPS）、聚氯乙烯）、聚氯乙烯（PVCPVC）和聚苯烯（）和聚苯烯（PPPP）等）等材料材料激光焊接技术的明天激光焊接技术的明天o激光焊接技术在汽车领域的大量成功应用显示出了激光焊接极其强大的生命力和非常广阔的应用前景。o随着激光器制造技术的发展，以及我国汽车工业的快速发展，激光焊接技术将会获得越来越广泛的应用。激光焊接技术及其他激光加工技术一定会在将来有更大的发展，成为汽车业中重要的加工方。谢谢欣赏！结束！