【技术】新型汽车激光焊接技术在高强钢板搭接焊接中的应用

新型汽车激光焊接技术竟然是一家钢铁企业开发出来的—实打实做钢材综合服务商之一

激光焊接是汽车车体使用的一种焊接方法，与电阻点焊和电弧焊相比，使用的历史较短。随着高功率CO2激光的扩大应用，激光焊接广泛用于汽车拼焊部件的制造。之后，可用光导纤维传输的高功率Nd:YAG激光在市场出售，以及机器人立体焊接技术的开发，使激光焊接代替电阻点焊用于汽车车体组装。但由于激光焊接设备价格高昂，以及对焊接接头精度要求很高，所以激光焊接的应用受到一定限制。

近年来由于高功率、聚焦性优良的光纤激光器和圆盘激光器的发展，激光焊接在汽车车体的应用再次受到人们的关注。高聚焦性激光的遥控激光焊接技术可大幅度缩短焊接时间，即使焊接设备价格高昂，在降低汽车制造成本方面仍具有明显效果，其应用在不断扩大。另一方面，近年来为实现汽车车体轻量化，不断推进高强钢板在车体上的应用。为了使车体部件既轻量化，又具有高刚性，对用连续焊接的激光-电弧复合焊取代电阻点焊的要求十分迫切。

作为世界一流钢铁企业的某钢铁公司在为促进汽车车体轻量化，开发和提供性能优良的汽车钢板的同时，对提高车体部件性能的焊接方法——激光焊接和激光-电弧复合焊接技术进行了开发。该钢铁公司最近研发的遥控激光焊在高强钢板搭接焊接的应用和激光焊、激光-电弧复合焊在车架凸缘部连续焊接提高部件刚性的效果很好。

遥控激光焊在高强钢板搭接焊接的应用

遥控激光焊的特点

通过对两片扫描反射镜角度的控制，在一定范围内，使激光束照射在工件上的位置快速移动，对激光束照射范围内的各个位置进行快速焊接。使用长焦距的聚焦棱镜，可以扩大激光束照射范围。因此，采用纤维激光器、圆盘激光器的激光焊接系统得到广泛应用。该系统由纤维激光发生器、六轴多关节机器人和扫描光学系统组成，焊接距离为450mm，激光束在焊接工件上的照射范围是?200mm。由于机器人动作与扫描同步的“飞行”焊接，实现了高效率的焊接作业。

遥控激光焊接系统的激光束经扫描反射镜反射进行扫描，所以与机器人和焊接机械不同，焊缝形状不受制约。除了直线焊缝，还可以进行圆形、C形、椭圆形、波浪形等多种形状焊缝的焊接。因此可根据部件的形状及性能要求选择适宜的焊缝形状。

遥控激光焊焊接高强钢板搭接接头的性能

遥控激光焊的优点是焊接时间大大小于电阻点焊。但目前对遥控激光焊焊接接头的性能研究还尚不充分。电阻点焊高强度钢板常出现的问题是焊接接头的剥离强度（十字拉伸强度）不足。为此，进行了遥控激光焊焊接接头的性能试验。

试验用钢板是厚度为1.6mm的980MPa级高强钢板，钢版牌号是JFS A2001、JSC980Y。使用遥控激光焊接机焊接十字拉伸试样搭接部位的中心，焊接部位是直径3-12mm的圆形贯通焊点。十字拉伸试样按JIS Z 3137制作，焊点直径为8mm。激光焊接的激光功率是4.0kW、焊接速度是2.5m/min、搭接面的焊接金属宽度约为0.8mm。

电阻点焊熔核直径的一般要求是4t1/2=5.1mm（t：板厚，本试验为1.6mm），本试验的点焊熔核大于一般要求。遥控激光焊接接头十字拉伸试验的断裂位置都在焊接金属附近的母材上。

遥控激光焊接接头十字拉伸强度随焊点直径的增加而增加，遥控激光焊焊点直径与点焊熔核直径相同的情况下，遥控激光焊接接头十字拉伸强度提高了约50%。根据该试验结果可以认为，采用遥控激光焊对980MPa级高强钢板进行焊接可以获得比电阻点焊窄的卷边，或者在焊接区尺寸相同的情况下，可以获得更高的剥离强度。