汽車(chē)白車(chē)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(chē)白車(chē)身及其零部件制造,尤其是激光切割與焊接在國(guó)外已逐漸成為車(chē)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(guó)內(nèi)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,但在汽車(chē)制造方面的應(yīng)用與國(guó)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(chē)拼焊板,車(chē)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(guó)汽車(chē)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(chē)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(chē)車(chē)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,從車(chē)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(wèn)題:在車(chē)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(guò)燒、工件變形產(chǎn)生超程報(bào)警等；在車(chē)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(chē)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(wú)法進(jìn)

3、行熔焊連接、車(chē)身焊接部位激光焊縫長(zhǎng)度和間距的制定無(wú)章可循、各種新材料在車(chē)身上的應(yīng)用使得焊接難度增加等等。針對(duì)上述關(guān)鍵問(wèn)題,本文從理論和試驗(yàn)上展開(kāi)了全面研究。
　　 首先,基于某一車(chē)型的車(chē)門(mén)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(duì)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(guò)程中的碰撞、工件變形、轉(zhuǎn)角過(guò)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(guò)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(duì)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(duì)切割質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)定。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析,總結(jié)出了工藝參數(shù)對(duì)切割質(zhì)量的影響規(guī)律。
　　 其次,對(duì)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(duì)熔池形狀及溫度分布的影響。針對(duì)車(chē)身高強(qiáng)鍍鋅鋼、鍍鋅鋼、低碳鋼以及鋁合金等車(chē)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(chē)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(duì)位置對(duì)焊接性能也有一定的影響。
　　 隨后,針對(duì)汽車(chē)白車(chē)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(duì)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(duì)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(zhǎng)度不變時(shí),以

7、“短長(zhǎng)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(duì)激光焊與電阻點(diǎn)焊的性能進(jìn)行了比較分析。針對(duì)同一板材搭接接頭,設(shè)計(jì)了不同長(zhǎng)度的激光焊縫,通過(guò)對(duì)各長(zhǎng)度焊縫的接頭進(jìn)行力學(xué)性能比較,得出與一個(gè)電阻點(diǎn)焊性能相當(dāng)?shù)募す夂缚p長(zhǎng)度,并以此長(zhǎng)度作為激光焊的最短焊縫長(zhǎng)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(duì)位置等因素對(duì)最短激光焊縫長(zhǎng)度制定的影響。結(jié)果表明,板材厚度與焊縫表面熔寬不同