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1、 专科生毕业设计（论文）题题 目：目：激光焊接技术在汽车制造中的应用激光焊接技术在汽车制造中的应用学生姓名：学生姓名： 系系 别：别： 电电气信息工程系气信息工程系 专业年级：专业年级： 2008 级级材料成型与控制技材料成型与控制技术专业术专业 指导教师：指导教师： 2011 年年 6 月月 20 日日摘要激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一，与传统焊接技术相比有着较为明显的优势。随着激光技术的不断发展和汽车工业柔性、模块化生产方式的需要，激光焊接技术在汽车领域的应用范围越来越广，所占比例也越来越高，可达激光加工 15%的份额。本文就激光焊接在汽车领域中的应用，从激光焊接的技术概
2、况和激光焊接的发展趋势等方面进行综合论述。关键词关键词：激光焊接；优势；汽车；应用；发展ABSTRACTThe laser welding is one of important aspects OF laser processing material processing technology application，and traditional welding technology has obvious advantages compared. With the continuous development of laser technology and auto industries
3、 of flexible, modular production mode, laser welding technology needs in automotive field of applied broader, more and more is also high proportion of laser processing, can reach 15% share. This paper in automotive field laser welding, laser welding the application Comprehensive discussion from the
4、characteristics and development trend of laser welding etc. Key words :Laser welding ；Advantage；Automotive ；Application ；Development 目录第一章 前言 1第二章 激光焊接技术概况2.1 激光焊接的原理12.2 激光焊接相对于普通焊接的优势22.3 激光焊接过程控制3第三章 激光焊接在汽车工业中的应用3.1 汽车零部件的激光焊接43.2 激光拼焊技术43.3 汽车车身激光焊接技术53.4 激光复合焊接技术在汽车车身制造中的应用5第四章 激光焊接技术的前景及发展趋势4
5、.1 复合焊接64.2 激光焊接的控制和激光焊接的模型64.3 激光焊接的激光发生器及其工艺发展趋74.4 激光焊接技术前景7结论7致 谢 8参考文献8第一章第一章 前言前言激光焊接从上世纪 60 年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零件或器件的焊接到目前功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近40 年的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电设备等领域，所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。虽然与传统的焊接方法相比
6、，激光焊接尚存在设备昂贵，一次性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。其中，激光焊接在汽车制造领域中的许多成功应用已经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势，也为许多大功率激光器制造商和激光焊接设备制造商提供了更为诱人的经济效益前景。这也是激光焊接能够吸引国内外越来越多的科技人员从事研究和技术开发的原因。本文综述了近年来国内外激光焊接技术概况以及激光焊接技术的发展趋势，并介绍了激光焊接在汽车零件和车身制造领域的典型应用。第二章第二章 激光焊接技术概况激光焊接技术概况2.12.1 激光
7、焊接的原理激光焊接的原理激光焊接采用激光作为焊接热源，通过光学震荡器利用电能、化学能等原始能量将某些固态、液态或气态介质激发，产生相位几乎相同且波长近乎单一的光束，这些光束由于相位相同且波长单一，因而差异角非常小，可以传播较长距离，所以可以被高度集中起来加以利用。当激光束的功率密度足够大时，金属表面在激光束的照射下迅速升温，在极短的时问内可以达到沸点而发生汽化。当金属蒸汽以一定的速度离开金属熔池的表面时，会产生一个附加应力反作用于熔化的金属，使其向下凹陷，产生一个小凹坑。随着加热的继续进行，逐渐形成一细长的小孔。随着激光束的移动，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝(见图2-1)
8、。焊缝的深浅与激光功率密度有关，当所用激光功率密度较低时熔深浅，深宽比较小。当激光功率密度较高时熔深大，深宽比也大，这时就比较易于形成深穿透性焊缝。目前包括座椅在内很多焊接工艺都是采用这种激光焊接技术。图2-1 激光深熔焊原理2.22.2 激光焊接相对于普通焊接的优势激光焊接相对于普通焊接的优势图2-2 激光焊接在生产中的应用相对于电阻焊、CO：焊和钎焊等焊接技术，激光焊接技术具有以下优势。(1)激光焊接的速度很快，最快可达20mmin。(2)由于激光束光斑小(0103mm)，功率密度高，加热范围小，速度快而且是非接触焊接，因此残余应力和焊接变形很小，这一点对于焊接质量来说很重要。(3)焊接强
9、度更好。由于激光焊接有很小的热变形，而且对邻近的金属没有机械扭曲作用，因此激光焊接能保证所焊产品的强度。(4)激光焊接可以大大减少预留的焊接边缘，减少搭接宽度和一些加强用的部件，因而可以降低材料的用量，优化设计，使座椅的设计更加柔性化。(5)激光束易于聚焦，可通过反射镜或光纤改变光的走向，也可在工件周围进行再导弓f，因而它的可达性好，在其他焊接方法难以接近的工件部位也能进行焊接，这一点是其他焊接方法所无法比拟的。(6)激光焊接的非接触性也避免了易损件的频繁更换和维护，如电极帽、电极杆和电缆等，既节约了成本，又提高了效率。(7)激光焊接还具有特殊的熔池净化功能，能净化焊缝金属。在焊接过程中，由于
10、激光的作用，焊接部位的金属熔化并且部分汽化，因杂质吸收光能的效率高，所以金属内的杂质首先被汽化吸出，从而使焊缝中的杂质含量减少，焊接质量提高。2.32.3 激光焊接过程控制激光焊接过程控制激光焊接过程控制的主要内容就是对焊接工艺参数的控制。在激光焊接时，光束焦点位置是影响激光深熔焊质量最关键而又最难监测和控制的工艺参数之一。在一定激光功率和焊接速度下，只有焦点处于最佳焦点位置范围时，才可获得最大熔深和良好的焊缝成形。偏离这个范围，熔深则下降，甚至破坏稳定的深熔焊过程，变为模式不稳定焊接或热导焊。但实际激光焊接时，存在多种因素影响焦点位置的稳定性，包括因非平面工件和焊接变形引起的焊接喷嘴工件距离
11、变化，激光器窗口、聚焦镜等元件热透镜效应引起焦点位置的变化，以及光束在飞行光路中不同位置引起焦点位置的变化等。如何迅速确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围，一直是激光焊接迫切要求解决而又难度很大的课题。图 2-3 激光焊接焦点位置双闭环控制系统组成图2-3是清华大学研制的CO2 激光焊接焦点位置的双闭环控制系统示意图。整个系统包括数控激光焊接机床(CNC)、特殊设计的激光焊炬以及检测控制系统。焊接喷嘴工件距离可以通过上下调节焊炬位置实现，而聚焦透镜位置则由电机驱动在焊炬内独立上下运动，实现焦点位置的调节。检测系统由电荷传感器(pcs 喷嘴)和装在喷嘴侧面的光学传感器(ps 传感器)组成。焊接
12、过程中，根据检测到的PCS 信号变化，系统可以自动调节喷嘴至工件表面距离，保证在焊接过程中保持喷嘴工件距离恒定；同时根据PS 信号调整聚焦透镜的位置，用于补偿因热透镜效应引起的焦点位置波动，使焦点位置始终处在最佳焦点位置范围。第三章第三章 激光焊接在汽车工业中的应用激光焊接在汽车工业中的应用3.13.1 汽车零部件的激光焊接汽车零部件的激光焊接激光焊接在汽车制造中的应用始于变速箱的齿轮焊接，由于采用了激光焊接，焊接后的齿轮几乎没有焊接变形，不需要焊后热处理，而且焊接速度大大提高，因此很快得到了应用。国外到目前为止，激光焊接已经在汽车零部件生产中得到非常广泛的应用，包括尾气排放系统（歧管、排气管
13、、消声器等）、变速箱双联齿轮、减振器储油缸筒体、滤清器、车门铰链等。国内汽车领域应用激光焊接主要有变速箱齿轮和减振器储油缸筒的焊接。3.23.2 激光拼焊技术激光拼焊技术激光焊接在汽车制造应用最为成功，同时效益最为明显的一项技术就是汽车车身的拼焊技术。激光拼焊的目的是为了降低车身重量，即在进行车身的设计制造时，根据车身不同部位的性能要求，选择钢材等级和厚度不同的钢板，通过激光裁剪和拼焊技术完成车身某一部位的制造。激光拼焊技术具有下列优点：减少零件和模具数量；缩短设计和开发周期；减少材料浪费；最合理使用不同级别、厚度和性能的钢板，减少车身重量；降低制造成本；提高尺寸精度；提高车身结构刚度和安全性
14、。德国大众最早于 1985 年将激光拼焊用于Audi 车型底盘的焊接，日本丰田于1986 年采用添丝激光焊的方法用于车身侧面框架的焊接。北美大批量应用激光拼焊技术是在1993 年，当时美国为了提高美国汽车同日本汽车的竞争力而提出了 2mm 工程。到目前为止，世界上几乎所有的著名汽车制造商都大量采用了激光拼焊技术，所涉及的汽车结构件包括车身侧框架、车门内板、挡风玻璃窗框、轮罩板、底板、中间支柱等。3.33.3 汽车车身激光焊接技术汽车车身激光焊接技术激光焊接在汽车制造中的另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，如图4a 所示，但现在正逐渐被激光焊接所代替（图3-1b）。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。国内，上海通用的Polo、上海大众Passat 车型和一汽Bora
