高能束焊在汽车工业中的应用(上)

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　　前言

　　焊接工艺是汽车制造技术中最有代表性的3大工艺之一(焊装、油漆、总装)。在汽车工业中，传统的焊接工艺有手工电弧焊、氧乙炔焊、手工点焊等。但传统焊接方法存在焊缝质量较差、焊后变形大、易产生气孔、焊渣难以除清等缺点，取而代之的是机械化程度较高的CO2气体保护焊、电阻点焊。然而在点焊过程中所出现的缺陷给汽车装配带来了一定的影响，这些问题往往是到了总装流水线上装配才发现需要进行补焊、补漏、校正变形，影响流水线的作业进度。尤其在铝合金方面，由于铝的导热性、低熔点和低屈服强度必须采用大电流，这使得电阻点焊铝合金产品引起的变形必定比钢制产品严重得多，同时也给焊接质量监控带来了较大的困难。

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　　随着汽车向着安全、环保、经济、可靠、耐久的方向发展，汽车焊装生产线也在逐渐向全自动化方向发展。为了适应这一要求，各国的汽车公司在提高产量的同时，要求努力提高汽车质量和降低成本。众所周知，实现自动化的前提是零部件的制造精度很高，焊接变形小，焊接部位外观光亮，所以要求焊接技术越来越高。而CO2气体保护焊和电阻点焊已不适宜尺寸要求高、变形量小的汽车零部件的焊接。因此，在汽车工业中正广泛地采用高能束焊接。例如，美国通用汽车公司已有，3000多个汽车零件采用激光焊。据资料，美国汽车工业应用高能束焊接技术后，进行成本核算发现，每辆车节约成本100美元以上。高能束焊接提供了高速焊，而且使部件质量减轻、制造时间缩短、生产成本降低。

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　　1高能束焊特点

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　　高能束焊是利用功率密度大于5×108W/m2的热源对材料进行焊接的技术，其中包括电子束焊接、激光焊接、等离子体焊接。在高能束焊接过程中，由于热源能量密度高，在极短作用时间内，被焊材料蒸发汽化，产生贯穿被焊材料厚度方向的空洞，称之为“匙孔”或者“小孔”。随着热源与被焊材料的相对运动，液态金属不断流向熔池后部填充小孔，从而形成连续的而且完全焊透的焊缝。“小孔效应”是高能束焊接过程的显著特征，改变了能量传递方式。与一般弧焊相比有明显的优点：

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　　a.焊接时基本不需要开坡口和填丝，熔深大；

　　b.加热集中、热输入少，焊接变形小、热影响区很小、焊缝组织细化、焊接精度高，并具有较高的生产率；c.适宜于难熔金属、热敏感性强的金属以及体积、尺寸悬殊工件间的焊接；

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　　d.高能束焊接的规范参数均能进行单独调节，而且可调范围宽。

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　　2高能束焊接在汽车工业中的应用

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　　2.1激光焊接的应用

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　　激光焊作为一种特殊工艺，可分为连续激光焊和脉冲激光焊两大类。它具有能量密度高、熔深大、焊接质量好、热影响区小、无污染和任何腐蚀以及易实现自动化等优点，使之在汽车领域中得到广泛应用。

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　　在汽车工业中主要使用连续激光焊。据专家预测，汽车零件中有50%以上电阻点焊生产线被激光焊生产线所取代。世界上很多著名汽车公司都建有专门的激光焊接专用生产线：美国通用汽车公司已经采用22条激光加工生产线；Thyssen钢铁公司的轿车底板拼焊生产线；大众汽车厂的齿轮激光加工生产线；奔驰汽车厂的18个厂房里有8个厂房安装了激光加工设备。

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