越来越经济实用的激光焊接技术

访武汉法利莱切割系统工程有限公司总经理李斌先生

发布时间:2010-07-13
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AI:在汽车及零部件制造业,通过用户的实际应用,激光焊接体现出了哪些优势?

李斌先生:20世纪80年代中期,激光焊接技术开始被应用到汽车领域。自1993年德国大众汽车公司首次在汽车顶盖焊接中采用YAG激光焊接,如今,激光焊接已经作为一种成熟的技术和工艺被越来越多的汽车及零部件企业所采用。

在汽车工业中,无论是车身焊装,还是汽车零部件的生产,特别是在汽车零部件的大批量生产线中,焊接质量要求高,焊接变形要求小,焊接部位要求美观,尽量省去二次加工。

激光焊接以焊接速度快、热影响区小、焊缝组织细化、焊接变形小以及适应性强等优点,能很好地满足汽车工业的要求,近年来得到了越来越广泛的应用,并体现出了诸多优势:

1.省去二次加工。激光焊接速度快,深宽比大,焊缝处的热应变值较低,热影响区小,通过激光束的聚焦给工件边缘提供焊接需要的高能量,聚焦点的直径可以达到零点几毫米,保留了材料的原有成形性能。

2.减少零件数量。激光拼焊板的使用可实现一体成形,大大提高了车身焊接质量,减少了大量冲压设备和模具,简化了工序。

3.提高车身耐蚀性。采用不同表而处理的钢板进行拼接,一些受腐蚀较严重的部位可选用更耐蚀的镀锌钢板和其他合金镀层板。

4.提高了生产效率,降低了整车制造成本。

5.减少了设备的占地面积。

6.提高车身质量和可靠性。由于连续激光焊可代替不连续的点焊、铆接,车身的刚度和紧固性得到提高,同时,在碰撞要求高的部位使用高强钢或厚板,而在碰撞要求低的部位使用低强钢或薄板,可提高零部件的安全性。

AI:随着激光技术的飞速进步,激光焊接有哪些最新发展动向和趋势?

李斌先生:在汽车工业中,焊接是一个关键环节,采用恰当的焊接方式可以提高车身安全性、减轻整车重量、降低制造成本和油耗以及简化总装工序。电阻焊是当今最普遍的焊接方式之一,但有专家预言,在未来的5~10年中,这种方式将会被逐步淘汰,而气体保护焊接工艺也将失去以往的重要性。与之相反,激光焊接将成为热门话题,而且其工艺过程、焊接速度和质量改进都有着极大的发展空间。

未来激光焊接技术将会采用哪种方式?答案有两个:

一种是逐步演变,即改进现有技术。这意味着激光焊接的发展需要一种新的激光源——光纤激光器,这是一种带有灵活的光纤谐振器的激光器,输入能量比率远远高于输出能量,整个设备将比较紧凑。大功率光纤激光器的另一个好处在于可以模块化制造,对于许多功率大约为300~500W的光纤谐振器,如果发生故障,更换模块非常容易。在这种情况下,由于激光自动工作的时间比较长,因此也不需要配备训练有素的专业技术员。


图1 汽车安全气囊外壳激光焊接设备

另一种是在一些以应用电阻螺柱焊接为主的地区被广为推荐的激光焊接方式——“交替龙门焊接”。用户在应用电阻螺柱焊接的同时配合一种有两个交替配置头的激光焊接系统,当一个激光器作业时,另一个配置头向下一个焊接位置移动,之后,激光器转至另一个配置头,效率大为提高,而且,相对来说,当焊接时间超过整个工序工作时间的50%时,激光焊接更为节省成本。

除此之外,汽车制造商也可能会大量采用完全新式的焊接技术,如摩擦焊接,它的优势是只需提供能够焊接两个零件所必要的低能量输入即可,而且热变形很小。但摩擦焊接的问题在于高压和快速自转要求金属零件必须被很好地固定才能达到最终焊接效果。目前,只有几家公司采用这项技术来焊接铝材料。

无论从哪个角度来说,激光拼焊技术将会是未来车身焊接技术的发展方向!

AI:在全球汽车行业,新材料和轻量化的趋势对激光焊接技术意味着哪些挑战?

李斌先生:随着全球环境和能源危机的日益加剧,节能减排成为了新一代轿车设计和制造中的重要课题,减少汽车自身重量是降低燃油消耗的有效措施之一。

车身轻量化的发展趋势促使轻质高强钢等被引入到车身中,新材料的应用一方面降低了汽车自重,另一方面也给连接技术及接头质量检测带来了一系列挑战。使用新型的伺服焊枪和中频逆变直流控制器能够很好地稳定焊接过程,提高焊接质量,而无损检测技术也很好地解决了质检的问题。

另据一项新近的研究成果,使用轻质高强材料可使车身减重25%,其中,采用特殊相变强化处理工艺的双相钢具有较高的强度和较好的延伸率,已经成为车身制造中应用前景最广阔的新型材料。当然,双相钢的应用在降低车重的同时,也给车身焊装提出了新的要求,尤其是点焊质量控制及焊点检测。

AI:对于汽车及零部件用户所关注的技术经济性,请您谈谈贵公司在这个方面所做的努力。

李斌先生:汽车车身顶盖焊接是汽车行业最尖端的焊接工艺,不仅工艺要求高,本身设计难度也相当大,国内汽车行业的顶盖焊接项目也因此一直被拥有成熟技术的外企承接,其设备和工艺的价格非常昂贵。

这些年,我国焊接技术飞跃发展。法利莱多年来一直致力于服务汽车行业,多年来技术的储备与沉淀,技术达到了国外先进水平,同时还具备良好的经济性。在2009年神龙汽车车身焊接项目竞标过程中,与法利莱同台竞争的还有三家外企——柯马、CFER、ABB,最终,法利莱凭借过硬的技术以及比外企低近一半的价格,最终赢得了该项目。

AI:“激光复合焊”是否是一个更经济的解决方案呢?

李斌先生:与各种单独使用的激光焊接技术相比,激光复合焊接技术具有显著的优点,主要体现在:更大的熔深/较大缝隙的焊接能力;焊缝的韧性更好,通过添加辅助材料可对焊缝晶格组织施加影响;无烧穿时焊缝背面下垂的现象;适用范围更广;借助于激光替换技术,投资较少。鉴于此,激光复合焊对汽车工业来说具有极大吸引力和经济效益。

目前,法利莱对激光复合焊技术已经进行了大量的基础研究和技术沉淀,技术和设备已成功应用于汽车、军工等行业。

AI:您对激光焊接技术在汽车及零部件行业的应用前景有着怎样的预期?

李斌先生:汽车行业是高新技术高度集中的行业,在欧美发达工业国家,有50%~70%的汽车零部件是利用激光加工来完成的,其中主要以激光焊接和激光切割为主。激光焊接技术在汽车及零部件行业的应用已经成为一种趋势,具有广阔的前景。

法利莱多年来致力于为汽车制造业服务,已经成功开发了汽车白车身焊接设备、汽车尾管激光焊接生产线、汽车安全气囊外壳激光弱化设备、汽车安全气囊焊接设备、汽车变挡套激光全自动切割设备、汽车齿轮焊接设备和汽车轮胎激光切割等一系列以激光应用为主体的产品,法利莱因此已成为我国国内第一家以激光汽车制造专业设备而闻名的激光制造商。法利莱的所有产品均能替代昂贵的进口设备,质量与国外设备相当,服务上乘,客户满意度很高。 

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