汽車白車身零部件激光三維切割與搭接焊研究.pdf

1、激光加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車白車身及其零部件制造,尤其是激光切割與焊接在國外已逐漸成為車身零部件制造的標(biāo)準(zhǔn)加工工藝。激光焊接、切割技術(shù)雖然在國內(nèi)取得了長足的發(fā)展,但在汽車制造方面的應(yīng)用與國外尚存在較大差距,目前主要還是引進(jìn)成套激光加工設(shè)備、生產(chǎn)線和工藝技術(shù),用于汽車拼焊板,車身組件的焊接和切割。這阻礙了激光這一高新技術(shù)的應(yīng)用推廣,降低了激光產(chǎn)業(yè)化水平。為提升我國汽車制造的先進(jìn)技術(shù)能力,在更廣范圍和更深層次上,加快激光加工在汽車制造業(yè)的應(yīng)

2、用與發(fā)展。首先要加強(qiáng)激光切割焊接汽車車身及其零部件的基礎(chǔ)理論及工藝技術(shù)研究,其次要加快其成套設(shè)備的研制。
　　 本文綜述了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,從車身的激光切割焊接實(shí)際應(yīng)用出發(fā),發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問題:在車身的三維激光切割中的空間狹窄位置切割頭易與工件發(fā)生碰撞、工件拐角處易產(chǎn)生過燒、工件變形產(chǎn)生超程報(bào)警等；在車身激光焊接中,某些空間狹窄焊接部位焊接頭也易與工件或央具產(chǎn)生干涉、兩車身零部件搭接位置因工件變形或夾持力度不夠易產(chǎn)生較大的間隙致使無法進(jìn)

3、行熔焊連接、車身焊接部位激光焊縫長度和間距的制定無章可循、各種新材料在車身上的應(yīng)用使得焊接難度增加等等。針對上述關(guān)鍵問題,本文從理論和試驗(yàn)上展開了全面研究。
　　 首先,基于某一車型的車門和側(cè)圍工件的結(jié)構(gòu)與工藝特點(diǎn),并兼顧生產(chǎn)單元的柔性及安全性,對生產(chǎn)單元進(jìn)行了布局總體設(shè)計(jì)和主要設(shè)備的選型。重點(diǎn)分析和解決了三維激光切割過程中的碰撞、工件變形、轉(zhuǎn)角過燒等難題。提出了激光型式(脈沖激光和連續(xù)激光)的選擇原則。并通過試驗(yàn)的方法研究了三

4、維激光切割工藝參數(shù)如激光功率、切割速度、輔助氣體壓力、脈沖頻率、占空比、光束入射角及焦點(diǎn)位置等對切割質(zhì)量的影響;從切縫寬度、切割面粗糙度、切割面波紋、掛渣及熱影響層深度等方面對切割質(zhì)量進(jìn)行了評定。通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析,總結(jié)出了工藝參數(shù)對切割質(zhì)量的影響規(guī)律。
　　 其次,對激光焊接熔池特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,分析了工藝參數(shù)對熔池形狀及溫度分布的影響。針對車身高強(qiáng)鍍鋅鋼、鍍鋅鋼、低碳鋼以及鋁合金等車身板材進(jìn)行了光纖激光與CO2激光搭接焊

5、試驗(yàn)。研究了異種材料高功率光纖激光與CO2激光搭接焊接頭的成形特性和力學(xué)性能情況,以控制和優(yōu)化車身零部件激光焊接質(zhì)量。結(jié)果表明,采用光纖激光與CO2激光焊接時(shí),焊縫形貌和接頭性能均存在一定的差異,且光纖激光的焊接性能較CO2激光好。此外,在相同參數(shù)下進(jìn)行異種板材激光搭接焊時(shí),板間間隙大小、兩板上下層的相對位置對焊接性能也有一定的影響。
　　 隨后,針對汽車白車身零部件激光搭接焊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和鍍鋅板搭接焊的難點(diǎn),分析了激光光束入射角

6、、板間間隙和焊縫布置形式等對接頭焊接性能的影響。并研究了基于不同板材組合的搭接接頭和各種影響因素下的臨界光束入射角和極限可焊板間間隙。結(jié)果表明,板材厚度、焊縫熔寬等對臨界光束入射角與極限板間間隙都有一定的影響。板材厚度較大時(shí),光束入射角不宜太大,而板間間隙可適當(dāng)增大;焊縫熔寬較窄時(shí),光束入射角可適當(dāng)增大,而板間間隙不能太大。此外,板間間隙與光束入射角也相互影響,板間間隙較小時(shí),光束入射角不宜太大。當(dāng)被焊試件規(guī)格尺寸和焊縫總長度不變時(shí),以

7、“短長度與多段數(shù)”形式進(jìn)行焊縫布置的接頭表面形貌和力學(xué)性能均較好。
　　 最后,對激光焊與電阻點(diǎn)焊的性能進(jìn)行了比較分析。針對同一板材搭接接頭,設(shè)計(jì)了不同長度的激光焊縫,通過對各長度焊縫的接頭進(jìn)行力學(xué)性能比較,得出與一個電阻點(diǎn)焊性能相當(dāng)?shù)募す夂缚p長度,并以此長度作為激光焊的最短焊縫長度。同時(shí),分析了不同板厚、不同材質(zhì)、不同焊縫表面熔寬以及異種板材的兩板相對位置等因素對最短激光焊縫長度制定的影響。結(jié)果表明,板材厚度與焊縫表面熔寬不同