激光拼焊板在汽車零部件領域的應用

      拼焊板是將幾塊不同材質、不同厚度、不同涂層的鋼材焊接成一塊整體板，以滿足零部件對材料性能的不同要求。激光焊接憑著多項顯著的優(yōu)點，非常適合用于生產拼焊板。本文介紹激光拼焊板技術的發(fā)展、優(yōu)勢及應用現狀。 

        市場風云變幻，只有被注入了最新技術成果的產品才能在日益激烈的市場競爭中勝出。激光拼焊板是高新技術的產物，拼焊板工藝的出現解決了汽車零件制造中各種不同甚至是矛盾的需求。 

技術的發(fā)展 

         傳統上汽車車身零件有兩種成形方法：分離成形和整體成形。其中，分離成形方法是利用不同的壓機分別成形單個零件，然后將各個零件焊接起來組成目標部件。這種方法雖然提高了材料選擇的靈活性，但同時也增加了沖壓和加工成本、裝配成本以及形狀配合問題，并且由于點焊時材料的重迭額外增加了車身的重量。 

        整體成形方法則是在一臺壓機上將一塊整體板同時成形幾個零件。從車身結構設計的觀點來看，每個車身零件具有不同的厚度和抗腐蝕性能要求，如果是單一板成形，必須對所有零部件的材料采用相同的等級、鍍層類型和材料厚度，導致對某些零件的選材裕度過大，從而增加了車身的重量，提高了成本，并且還會增大成形難度。這是整體成形方法與分離成形方法相比的一大缺點。 

        為了降低車身重量、提高車身的裝配精度、增加車身的剛度、降低汽車車身制造過程中的沖壓和裝配成本，減少車身零件的數目同時將其整體化是非常必要的。因而，一種同時克服傳統分離成形方法和整體成形方法的缺點的生產形式――拼焊板沖壓成形發(fā)展起來了。 

技術特點 

         拼焊板是將幾塊不同材質、不同厚度、不同涂層的鋼材焊接成一塊整體板，以滿足零部件不同部位對材料不同性能的要求。 

         以車門內板為例：為了保證功能的需要，車門內板的主體必須有一定的柔性，而門板的前、后部需要有一定的強度。如果采用傳統的沖壓成形方法就需要另外設計加強板，而采用拼焊技術，可先將三塊不同厚度的鋼板拼焊成一塊整板，即可沖壓成形。 

         激光拼焊板技術是基于成熟的激光焊接技術發(fā)展起來的現代加工工藝技術。激光焊接的高能密度、無填料、無搭接、深熔、速度快等特點，使得激光拼焊板技術具有以下特點：焊縫處的熱應變值較低，熱影響區(qū)小，通過激光束的聚焦給焊接邊緣提供需要的高能量，聚焦點的直徑可以達到零點幾個毫米，保留良好的材料成形性能；焊縫較狹窄且平整，消除成形過程的不利影響，避免了破壞工具、模具的危險；焊接生產效率高，能夠實現高度自動化。 

激光拼焊板生產設備主要有：傳送裝置、激光焊接設備、機械手、在線無損檢測設備等。一般根據產量的不同，可以采用不同的設備組合。 

         激光焊接的主要工藝流程：卷料開平 →落料 →激光焊接 →沖窩（如果需要） →堆垛包裝 

技術優(yōu)勢 

         采用激光拼焊板可以給汽車制造業(yè)帶來巨大的經濟效益，如車身裝配中的大量點焊，把兩個焊頭夾在工件邊緣上進行焊接，凸緣寬度需要16mm，而激光拼焊板無需搭接，點焊改為激光拼焊技術可以節(jié)省鋼材，節(jié)省的用量視采用拼焊板的數量而定；用傳統點焊焊接兩片0.8mm的鋼板沖壓件，平均是20點/min，焊距是25mm，速度則為0.5m/min，這會耗費相當的時間，采用激光拼焊板替代點焊工藝后所需要的時間可以得到大量節(jié)省、焊接質量得到質的提高。如此例子不勝枚舉。

        零件數量的減少，以及隨之而來的生產設備和制造工藝簡化，大大提高了生產效率，降低整車制造及裝配成本；由于產品的不同零件在成形前即通過激光連續(xù)焊接工藝焊接在一起，因而提高了產品的精度，大大降低了零部件的制造及裝配公差； 通過部件的優(yōu)化減輕了重量，從而降低油耗，處于環(huán)保時代，這一點非常重要；由于不再需要加強板，也沒有搭接接縫，大大提高了裝配件的抗腐蝕性能；通過消除搭接提高部件的耐腐蝕能力，大大減少了密封措施的使用；通過對材料厚度以及質量的嚴格篩選，在材料強度和抗沖擊性方面給零部件帶來本質的飛躍，同時改良了結構，在撞擊過程中，可以控制更多的能量得到吸收，從而改良車身部件的抗擊沖撞能力，提高車身的被動安全性； 實現對材料性能的最充分的利用，達到最合理的材料性能組合；材料厚度的可變性以及其可靠的質量，保證了在對某些重要位置的強化改進可以順利進行； 對產品的設計者而言增加了產品設計的靈活性。 

應用現狀 

         從20世紀80年代中期開始，拼焊板作為新技術在歐洲、美國、日本得到了廣泛的關注。拼焊板工藝主要是為汽車行業(yè)進行配套服務，尤其在車身零部件生產、制造和設計方面，拼焊板的使用有著巨大的優(yōu)勢。目前，無論實驗室還是汽車制造廠的實踐經驗，均證明了拼焊板可以成功地應用于汽車車身的制造。 

       1985年德國蒂森鋼鐵公司與德國大眾汽車公司合作，在Audi100車身上成功采用了全球第一塊激光拼焊板。90年代歐洲、北美、日本各大汽車生產廠開始在車身制造中大規(guī)模使用激光拼焊板技術，近年來該項技術在全球新型鋼制車身設計和制造上獲得了日益廣泛的應用。奔馳、寶馬、通用等各大汽車生產廠相繼在車身中采用了激光拼焊板技術。目前，由拼焊板生產的汽車零部件主要有前后車門內板、前后縱梁、側圍、底板、車門內側的A、B、C立柱、輪罩、尾門內板等。 

        中國的激光拼焊板技術應用現在剛剛起步。2002年10月25日，中國第一條激光拼焊板專業(yè)化商業(yè)生產線正式投入運行，作為全球最大拼焊板制造供應商的德國蒂森克虜伯集團拼焊板有限公司在海外的第八家公司（在亞洲的第一家），武漢蒂森克虜伯中人激光拼焊有限公司引進蒂森克虜伯公司生產的8kWCO2直線連續(xù)激光焊接生產線(Linear laser welding lines)（如圖4），并采用蒂森克虜伯拼焊板公司的全套專有技術和質量控制體系進行生產和工藝開發(fā)，該線最小工件間距為50mm，焊接速度可達10m/min，年生產能力可達20,000噸（一條線）。公司目前已為國內各大汽車生產企業(yè)提供配套服務。激光拼焊板不再依賴進口，給中國汽車制造2mm工程帶來直接的好處，使完美的車身制造質量成為可能，將大大促進中國汽車零部件制造水平的提高。

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