從20世紀(jì)80年代德國(guó)大眾汽車制造廠率先采用激光焊接白車身以來，激光作為一種優(yōu)異的材料加工熱源在汽車白車身焊接中應(yīng)用越來越廣泛。單就白車身中采用激光焊接最普遍的車頂，側(cè)圍和后蓋上來說，在一些歐美系汽車制造廠已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)化的加工工藝。例如奧迪汽車的車頂與后行李箱蓋焊接已經(jīng)完全放棄點(diǎn)焊，在車頂和后行李箱蓋的設(shè)計(jì)上也完全放棄了針對(duì)點(diǎn)焊的大法蘭和用于密封條的凹槽設(shè)計(jì)，進(jìn)而采用法蘭邊更短，材料單一的法蘭對(duì)接設(shè)計(jì)，在提高車身強(qiáng)度的同時(shí)滿足了對(duì)車身輕量化和減少工藝步驟提高生產(chǎn)效率的要求。
歐美汽車制造廠對(duì)激光焊接技術(shù)的成熟使用，已經(jīng)使激光的白車身焊接不再是一種高端的焊接技術(shù)。在激光白車身焊接技術(shù)隨著大眾、奧迪等德系車剛剛進(jìn)入我國(guó)汽車制造領(lǐng)域時(shí)，由于德系車廠當(dāng)時(shí)對(duì)激光焊接的技術(shù)壟斷，經(jīng)過激光焊接的高強(qiáng)度車身一度成為他們?cè)谑袌?chǎng)中宣傳的亮點(diǎn)。
近十年來我國(guó)的眾多汽車制造廠也紛紛開始應(yīng)用激光進(jìn)行白車身的焊接，在亞洲已經(jīng)走在日韓車系的前面。在對(duì)國(guó)外技術(shù)實(shí)行引進(jìn)-模仿-國(guó)產(chǎn)化的道路上，我國(guó)汽車制造廠不斷突破重重技術(shù)難題，在歐美車系對(duì)激光成熟應(yīng)用的基礎(chǔ)上，積累了自己的經(jīng)驗(yàn)和成果。如江淮汽車的大尺寸、長(zhǎng)行程的薄板結(jié)構(gòu)件的焊接，就是在德系車激光站的基礎(chǔ)上進(jìn)行了適合自己工藝特點(diǎn)的改裝后投產(chǎn)運(yùn)行的。
在我國(guó)汽車制造廠在激光技術(shù)的引進(jìn)-模仿-國(guó)產(chǎn)化道路中，廣州阿比泰克焊接技術(shù)有限公司作為Scansonic激光產(chǎn)品在中國(guó)的銷售和服務(wù)總負(fù)責(zé)，在中德之間架起了一道技術(shù)交流的橋梁，多年以來不斷將德系車在白車身焊接方面的經(jīng)驗(yàn)和理念引進(jìn)回國(guó)，并與我國(guó)本土汽車制造廠進(jìn)行交流，從很多激光項(xiàng)目的調(diào)研階段起就提供技術(shù)支持與項(xiàng)目可行性探討，以公司在德國(guó)的強(qiáng)大工程師團(tuán)隊(duì)和16年的激光白車身焊接經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，在很大程度上為國(guó)產(chǎn)汽車制造廠縮短了激光項(xiàng)目的前期調(diào)研時(shí)間，減少了研發(fā)經(jīng)費(fèi)，降低了使用風(fēng)險(xiǎn)。
以下本文將向讀者介紹激光在白車身焊接的使用發(fā)展歷程中，在焊接過程中通過對(duì)激光光束的即時(shí)控制提高焊接精度而確保焊接質(zhì)量，進(jìn)而最大化的利用了激光焊接的優(yōu)點(diǎn)做詳細(xì)介紹。并對(duì)目前德系車制造廠在以提高生產(chǎn)節(jié)拍和車身輕量化的要求前提下，對(duì)激光在白車身焊接中提出的新的要求和設(shè)想，以及未來發(fā)展趨勢(shì)和所取得的研究成果做了一定闡述。希望對(duì)讀者和我國(guó)本土汽車制造廠在認(rèn)識(shí)國(guó)外激光焊接技術(shù)和未來發(fā)展方向上有一定幫助，也歡迎大家與我們之間相互學(xué)習(xí)進(jìn)行更多的技術(shù)交流，為提高我們自主品牌汽車在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力出一份力。
激光焊接白車身薄板最顯著的優(yōu)點(diǎn)是能量集中，焊接速度快。但在高速的焊接過程中，如何確保焊接質(zhì)量一直是所有汽車制造廠關(guān)注的焦點(diǎn)。
不同焊縫搭接形式可采用的焊接工藝不同，焊接強(qiáng)度也有所不同，要分析如何在白車身焊接中得到滿足各汽車制造廠所規(guī)定的焊縫強(qiáng)度，在此我們先總結(jié)一下目前汽車白車身焊接所采用的幾種主要焊縫搭接形式和用于這些搭接形式的焊接工藝。
焊接工藝上分為激光溶焊和激光釬焊
激光溶焊具有功率密度高，加熱集中，可以焊接高熔點(diǎn)材料，焊縫寬度小，直線性好，焊縫技術(shù)強(qiáng)度相對(duì)較高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是焊縫易腐蝕，焊接中熔孔穩(wěn)定性要求高，焊接參數(shù)調(diào)節(jié)范圍小，焊縫缺陷率很高，焊縫表面不平整，需后續(xù)打磨工序。
激光釬焊的優(yōu)點(diǎn)是，激光能量底，熱影響和車身變形小，可焊接復(fù)雜的幾何形狀，鍍鋅層燒損少，焊縫不宜腐蝕，焊接參數(shù)調(diào)節(jié)范圍大，焊接飛濺少，焊接狀態(tài)穩(wěn)定，焊縫缺陷率極低，焊縫成形美觀，焊后僅需簡(jiǎn)單處理甚至無需處理。在無焊接缺陷的前提下對(duì)比溶焊所得到的焊縫強(qiáng)度略低，激光釬焊對(duì)焊絲和光斑以及焊點(diǎn)三處的相對(duì)位置精度要求高。
白車身目前普遍采用的焊縫搭接方式有以下幾種，雙層/多層重疊搭接，角焊縫，法蘭對(duì)接焊縫。
不同的車身部位目前采用的搭接方式不同，主要是出于對(duì)母材材質(zhì)，焊縫強(qiáng)度，外觀以及焊接成本等因素的考慮。
雙層/多層重疊搭接
目前采用最多的焊縫搭接形式，主要用于汽車A，B，C柱、車底、側(cè)圍、擋泥板等多個(gè)部位。這種拼接方式主要采用激光深熔焊，焊接精度要求低，形成的焊縫強(qiáng)度高，設(shè)備價(jià)格低，操作簡(jiǎn)單。但在焊接鍍鋅板以及表面帶有油和水的材質(zhì)時(shí)，由于鍍鋅層和水油氣的揮發(fā)極易形成氣孔甚至透洞等焊接缺陷。在焊接前大多需要對(duì)板材打錨，使板材間形成空隙，易于排出揮發(fā)氣體。板材間空隙距離須確保在0.2 – 0.3毫米之間，空隙太小排氣效果差，空隙過大焊縫易形成塌陷，這就對(duì)打錨設(shè)備精度提出很高要求，并增加生產(chǎn)工序，降低生產(chǎn)效率。
為了提高焊接速度，目前市面上有多種飛行激光焊頭，其所焊接的焊縫拼接多是雙層疊加。
角焊縫
主要用于車門外框、車窗框、后行李箱蓋等部位。這種拼接方式焊接部位位于上層板的截?cái)嗝?，焊接部位鍍鋅層，油和水的揮發(fā)氣體有足夠的排放空間，焊縫質(zhì)量很大程度上得以改善。釬焊和熔焊均可采用。但激光光斑需要準(zhǔn)確作用于焊接點(diǎn)，定位難度極高，所以在起始的激光焊接中，采用這種拼接方式不多。自2000年以來，Scansonic的接觸式焊縫跟蹤系統(tǒng)(ALO：Adapter Laser Optik)通過其所有的專利技術(shù)，已經(jīng)解決了光斑和焊絲相對(duì)于焊縫焊點(diǎn)的定位問題，目前車場(chǎng)中大多采用的接觸式焊縫跟蹤系統(tǒng)都是此項(xiàng)專利技術(shù)。其使用率在90%以上。
角焊縫相對(duì)于雙層/多層搭接的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是法蘭邊較短，在當(dāng)前車身輕量化的趨勢(shì)中越來越多的被采用。
在鋁制車身的焊接上，角焊縫的采用極大的降低了熱裂的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)采用疊加方式的焊縫時(shí)，板材被溶化的部位位于未溶化的板材之間，在溶化部位冷卻過程中會(huì)在熱脹冷縮的作用下向未溶化部位冷縮凝固，進(jìn)而形成熱裂。而采用角焊縫進(jìn)行焊接時(shí)，冷凝過程更多是像雙層板材的一側(cè)移動(dòng)，使熱裂風(fēng)險(xiǎn)大大降低，但如何更有效的避免熱裂現(xiàn)象，在本文后半段的德系車的激光焊接未來發(fā)展趨勢(shì)中做進(jìn)一步闡述。
法蘭對(duì)接
主要用于車頂，車后行李箱蓋，流水槽等部位。對(duì)這種焊縫的焊接主要采用激光釬焊。這種對(duì)接方式實(shí)現(xiàn)了夾具以及焊接在母材同一側(cè)的可能性，使夾具和車身設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。同時(shí)，焊接過程中拼接的下部有足夠的空間排放揮發(fā)氣體，可以避免鍍鋅層和油水氣的揮發(fā)對(duì)焊縫質(zhì)量的影響。焊縫成型及佳，焊接表面過渡流暢光滑，焊接后稍加處理甚至不處理就可以進(jìn)入噴涂階段，但由于其占用空間較多，所以主要用于對(duì)焊接外觀要求高的車頂和后行李箱蓋還有流水槽的激光釬焊。焊接中對(duì)焊絲還有激光光斑相對(duì)于焊縫位置的確定，基本上還是采用Scansonic的焊縫跟蹤專利技術(shù)。
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