由OFweek中国高科技行业门户主办、OFweek电子工程网承办的“OFweek 2014 汽车电子与先进制造技术论坛”于3月19日下午在上海永达国际大厦成功举办。

　　随着全球汽车市场需求的扩大，汽车电子技术与激光加工、工业机器人等先进制造技术也以此为依托而迅速地更新与发展；这些技术推动了汽车业界的发展，同时也为广大的从业者们带来了更多的机遇与挑战。

　　在本次论坛上，OFweek特邀上海交大汽车工程研究院、深圳比亚迪微电子有限公司、安森美半导体、ST意法半导体、华工激光、大族激光、泰克科技等与会专家和资深行业人士就汽车电子和汽车制造产业的现状、市场前景和前沿技术等业内关注的焦点作了多个专题报告，并和台下企业代表和听众进行了广泛交流和深入探讨。此次研讨会共吸引近300名相关企业的中高层管理人员及高级工程师前来，也受到汽车电子和汽车制造行业同仁的大力支持。

　　在汽车智能化进程加速推进的同时，以3D打印、机器人、激光技术为代表的先进制造技术也在不断推动汽车制造业的更新换代。现代制造技术与传统汽车制造工艺的碰撞正在不断上演，先进制造技术与汽车生产的结合已是大势所趋，在此，大族激光钣金装备事业部汽车行业总监陈肖林为大家带来《激光切割和焊接在车身覆盖件加工的技术应用》的报告。

　　一、激光焊接技术基础知识篇

　　1、激光焊接原理

　　激光焊接实质是热熔化焊接。利用激光四大特性，通过光学系统将优异的激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使母材熔化并形成牢固的焊点或焊缝。根据激光热加工机理，分为两种机理：热传导焊和深熔焊。

　　焊接工艺示意图

　　2、激光焊接特点

　　焊接速度快，焊接效率高。

　　熔深大，焊缝深宽比大（深宽比：热传导焊一般0.5，激光深熔焊可达5-10）。

　　比能小（即热输入量或焊接线能量小）——焊接变形小。

　　焊接强度高，焊缝金相组织良好。黑色金属激光焊缝强度一般高于母材。

　　焊接精度好，可实现精密焊接。

　　可不加填充材料，实现自熔焊。

　　焊接材料适应性好。有色、黑色金属及部分非金属（塑料等 ）可采用激光焊接，异种材料也可采用激光焊接。只是不同材料激光焊接性能差异很大！对焊接件的适应性好。即焊接尺寸可很大，也可很小；形状可复杂，也可简单。

　　焊接系统柔性高。易于实现自动化控制和远距离焊接。

　　相比传统焊接，污染小、噪音小。是一种绿色制造。

　　可与其它焊接方式复合，进行激光复合焊接，达到增大熔深和适应不同材料目的。

　　可添加焊接材料进行激光钎焊。

　　可在大气中进行焊接。

　　可透过容器壁，焊接处在真空环境中的零件。

　　适用水下、太空环境中焊接。

　　3、常用激光焊接方式

　　3.1、自熔焊接

　　是指将高能量强度的激光束直接照射至材料表面，通过激光与材料的相互作用，使材料内部熔化，继而冷却结晶形成焊缝。根据热力学机理的不同，激光自熔焊又可分为激光热传导焊和激光深熔焊。热导焊时材料只是熔化，焊接过程简单平稳、熔深小；深熔焊时材料发生了熔化、气化和等离子化等一系过程，并伴有小孔效应，过程复杂，具有较大深宽比，是工业应用的主要激光焊接方法。

　　3.2、复合焊接

　　是指将激光热源和作为第二热源的电弧复合起来作用在同一熔池上的焊接方法。激光电弧复合焊结合了激光和电弧的优势，使其既具备一般电弧焊的高适应性特点，又具备激光焊接的大熔深、高速、低变形的特点。激光电弧复合焊中所添加的电弧主要有TIG电弧、等离子弧和GMA电弧（即熔化极气体保护焊，包括MIG焊和MAG焊）。激光-GMA电弧复合焊是目前最受业界瞩目，研究和应用最广的一种。

　　复合焊接工艺示意图

　　复合焊接熔池形状示意图

　　3.3、激光钎焊

　　激光钎焊的原理：激光器发出的激光束聚焦在焊丝表面上加热，使焊丝受热熔化（母材未熔化）润湿母材，填充接头间隙，与母材结合，形成焊缝，实现良好的连接。

　　激光钎焊的特点

　　激光钎焊焊接速度快，噪声小。

　　可精确调节和控制热输入，热影响区和变形小，可以焊接特殊结构。

　　可钎焊几何形状复杂的工件，热输入更低，镀锌层烧损更少。

　　焊缝成形美观，质量稳定，焊后仅需简单处理甚至无需后处理。

　　通过外光路系统可以使光束改变方向和传播路径，因而可以方便的与机器人连接构成柔性加工系统。

　　由于在激光填丝钎焊是被连接件的间隙被渗透，焊缝具有防腐蚀性。当采用适当的工艺参数，焊缝可不经处理进行油漆。

　　3.4、激光填丝焊

　　是指在焊缝中预先填入特定焊接材料后用激光照射熔化或在激光照射的同时填入焊接材料以形成焊接接头的一种工艺方法。同激光非填丝焊相比激光填丝焊具有以下优点：（1）可以降低对工件坡口加工，装配的精度要求，提高焊缝成形质量，扩大激光焊的适用范围；（2）可以用较小的功率实现厚板焊接；（3）通过调节填丝成分，可以控制焊缝区域的组织性能。

　　商务车顶盖与侧围组焊常用激光填丝焊工艺

　　3.5、扫描式远程焊

　　远程激光焊是指采用高速扫描振镜头进行长工作距离加工的一种激光焊接方法。其定位精度高、时间短、焊接速度快、效率高；工作距离长，不会与焊装夹具干涉；光学镜片污染少；可定制任意形状焊缝以优化结构强度等。与电阻点焊相比，远程激光焊接技术充分发挥了单侧，非接触式激光焊接带来的技术和经济优势，并将其与高速扫描振镜具有的优势相结合，大大缩短了焊接时间，提高了总生产效率，可有效用于日益增多的汽车覆盖件及零部件焊接，如汽车座椅、车身覆盖件等常用到该工艺。

　　扫描式振镜头示意图

　　二、白车身制造激光焊接篇

　　1、汽车制造激光应用简介

　　汽车工业是一个需要大量加工和测试的生产型产业，也是激光技术应用最广泛的行业之一，安全性、舒适性、节能和环保一直是世界汽车工业发展的主题，激光技术作为现代汽车生产中的主要加工方法之一，其发展也主要是围绕着这一主题并结合本专业的自身特点进行的。由于激光焊接工艺优越性、效率高、柔性好等优势，随着汽车轻量化概念、安全性能观念日益增强，激光切割、激光焊接工艺在汽车工业领域尤其得到重视和广泛应用.其应用主要体现在汽车座椅、白车身、不等厚板拼焊、齿轮、一般零部件焊接五大类。

　　2、零部件应用案列

　　3、白车身制造

　　激光焊接已成为白车身制造标准工艺！

　　首先，激光焊接技术为车身如何实现轻量化和刚度提供了工艺保障.在汽车制造中的一个重要应用是汽车车身框架的激光焊接，其中一个典型例子就是汽车车身顶盖与车身侧板的焊接。传统的焊接方法为点焊，比较两者可以看出，采用激光焊接后，顶盖和侧面车身的搭接边宽度减少，降低了钢板使用量，同时提高了车体的刚度。目前这种车身框架的激光焊接技术在各大汽车制造商的较新型车中都得到了非常广泛的应用，例如Audi A2 车体框架是由铝合金材料焊接而成，比同样结构使用钢材可减少重量43kg，其中激光焊接的焊缝总长多达30m。

　　其次，激光焊接技术相比传统电阻点焊，焊接工效也得到了大幅度提升；如国内上海大众的Polo、Passat 车型和一汽大众Bora、Audi等大多数车型 的制造中，也都采用了激光焊接技术。这是我国汽车制造业真正使用激光焊接技术的一个重要标志。

　　以上两点，激光加工技术同时可以为汽车制造企业带来巨大经济效益。

　　整车激光组焊

　　激光组焊是将各种车身构件，先两两双件组焊，然后再多件组焊，从而形成白车身分总成，各分总成再总装成车身。可应用于大批量、小批量及新的样车生产。激光焊接替代电阻焊接是一种必然趋势！

　　一般采用高功率固体激光器和机器人组合。

　　顶盖与侧围组焊

　　激光组焊技术的优缺点

　　激光焊接在焊接精度、效率、可靠性、自动化、柔性化、轻量化和降低成本等方面都具有无可比拟的优越性。在国外对汽车追求“安全第一”的环境下，激光焊接技术的发展很快。激光焊接在汽车工业中，特别是中高档车的生产中已成为标准工艺。

　　车身零部件激光搭接焊技术

　　车身零部件激光角接焊技术

　　激光钎焊(复合焊）焊接工艺

　　覆盖件应用

　　钢板激光拼焊技术

　　是将不同厚度、强度、材质钢板，“剪裁”成合适尺寸和形状的坯板，然后用激光焊接成能进行冲压的板材。一般是钢铁企业的附属产品。车身立柱、门内板、防撞杆等白车身零件为减轻车身重量，但又得保证车身强度。

　　钢板激光拼焊应用

　　门内板：在安装车门铰链子地方直接采用厚度大、强度高的板材，省去传统的加强工艺。

　　4、车身焊缝工艺标准

　　汽车钢板厚0.5mm到3.5mm，一般最大熔深不超过6mm，对于焊缝长度小于50mm

　　焊接图形一般设计成以下三种焊缝形状：

　　侧围立柱组焊应用案例

　　车身焊接工艺技术要求

　　焊缝长度L2最小值一般不小于25mm。

　　5、激光搭接焊与电阻点焊工艺对比

　　在车身的激光焊接中，常见的焊接结构有对接接头、搭接接头和角接接头等。在实际生产中，大量的焊缝形式是多层镀锌钢板(2～3层)搭接的I型焊缝 。在车身激光焊接中，由于输入激光功率密度高，若焊缝太长，因热积累容易产生热变形；若焊缝太短，则无法满足车身焊接接头强度要求。

　　电阻点焊：间距太小，在焊接后续焊点时容易引起分流，从而影响焊接强度。端点及边缘焊点位置设计时应该距离零件边缘有一定的距离，以确保其热影响区的完整性

　　激光焊：焊缝长度一般大于25mm，焊缝离边缘不小于5(mm即可。

　　焊缝纵向布置：接头承受的最大拉剪力为8.891kN

　　焊缝横向布置：接头承受的最大拉剪力为9.989kN

　　激光焊接接头：焊缝组织比较细小均匀，无气孔和裂纹等缺陷。心部是细小等轴晶区。热影响区是柱状晶区。

　　相对于激光焊接头，电阻点焊接头焊缝区组织较松散不均匀，晶粒的变形不均匀易产生过分的应力集中现象。热影响区晶粒也更粗大。

　　电阻点焊：最快每分钟20个点，焊接间距为25mm～30mm，即最大焊接速度0.6m/min；

　　激光焊：焊缝总长1627mm，焊接时间约为40s，即焊接速度可到达2.4m/min 。

　　在车门中间施加10.0kN的压力载荷

　　激光焊车门：中部的位移量为86.26mm；

　　电阻焊车门：中部的位移量为114.86mm。

　　GB15743-1995要求位移量不得大于152mm。