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大咖说|激光先进技术:提升汽车制造业水平的利器

发布时间:2020-09-08 | 关注: |

近年来,随着科学技术的持续进步,以激光技术为代表的先进制造技术正不断推动汽车制造业的更新换代和创新突破,其在汽车加工中的应用也愈发广泛。相较于传统制造技术,激光技术因其彰显的非接触式加工、高精度、高灵活性、高效率、高自动化和适应性强等诸多优点,在切割、焊接、打标及表面处理等领域大放异彩。本文针对汽车品种发展多样化更新快,汽车板需求从规模化向定制化生产转化,重点先容汽车板激光高速落料,白车身激光在线焊接以及汽车零部件焊接在汽车应用等方面的现状和趋势。



汽车板激光高速切割落料

众所周知,激光切割未来的核心发展趋势主要包括高精度、高速度、高功率、大厚度、宽幅面,以及三维切割和特种材料切割等几个方面。当前在激光切割领域,光纤激光切割凸显出一系列优势:功率不断提升、加工板材的厚度持续增加,并且切割速度亦越来越快(可达100m/min),这不仅大幅缩短了生产准备周期,同时使车间生产实现了高度的柔性化,加工面积减小了一半。相较传统的机械加工方式,激光加工的费用减少了50%。

如今,汽车板的用量需求愈发强劲,汽车工业的高速发展也对更多更专业的汽车板落料生产线提出诉求,汽车板需求要从规模化向定制化生产转化。这其中,关键是需要采用激光技术来加工汽车板。

如若采用现有的机械加工方式,单台设备价格约7000多万,单套模具的开模费用约220万,而机械开模时间大概要1-2个月。同时设计上面临着挑战:复杂形状难以落料成型。

随着高性能光纤技术的持续发展,不断推动了新型汽车板下料生产线的问世。

白车身在线焊接

汽车白车身的焊接被视为汽车生产流程中的一个重要环节,白车身的焊接质量直接关乎整车的质量和使用寿命。由于激光焊接具有非接触加工、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、无后续加工等优点,相较于传统的焊接方式,采用白车身激光焊接大幅提升了汽车制造效率,并降低其生产成本。

武汉华工激光工程有限责任企业携手神龙汽车以及其他一些战略合作伙伴共同开发出一系列汽车板拼焊系统,譬如:汽车板顶部的焊接系统,能在13秒时间内完成1.4米长度的焊缝焊接;当不同车型进行柔性混流生产时,生产线车型自动切换时间小于40秒(图9)。又如:车身焊接成形的生产线,其由2种车身地板夹具、1套车身传输系统 、1套车身升降装置、8个点焊机器人、16套机器人抓手网架夹具以及16个定位锁紧装置等元素组成。此外,顶盖激光焊接生产线则由两个机器人单元、光纤激光器、送丝机、焊接头、激光防护房和地板夹具组成。顶盖夹具与机器人之间包含快换装置,可迅速实现多车型工装切换。

图9. 不同车型柔性混流生产时,生产线车型自动切换时间小于40秒


图10. 神龙汽车的轿车白车身激光钎焊生产线项目


图11. 上海通用汽车企业的轿车白车身顶盖-侧围激光钎焊生产线项目


从焊接工艺研究看,以下几方面是需不断加大研发力度的领域:焊接过程的稳定性控制、焊缝缺陷控制、焊缝形状与组织控制、复杂结构焊接过程控制和激光焊接新技术。

汽车零部件激光焊接

除了白车身焊接以及汽车板的拼焊外,激光焊接在汽车零部件的加工中同样大显身手。毋庸置疑,激光焊接技术现已成为最先进的汽车制造工艺之一,在西方发达的工业国家,超过60%的汽车零部件都采用了激光焊接工艺进行加工,譬如, 安全气囊、汽车座椅调角器、座椅滑道、后备厢、齿轮和变速器等形形色色的汽车零部件的制造过程中均能寻获激光技术的踪影。同时,激光焊接在助力汽车零部件实现效率、安全、强度、环保、灵活加工等多方面都彰显出优势。采用激光焊接工艺能够使汽车零部件的整体性能得到大幅改善,由此进一步提升整车品质。

图12. 管件激光焊接


例如,图13展示的是一款汽车容器的半导体激光硬钎焊(Brazing)。采用的激光光源功率为1-3kW;光束质量100 - 150 mm mrad;光斑尺寸为1 到 2.5 mm, 1.5 x 1.5 or 2 x 6 mm2。填充焊料选用了镍基焊丝(CuSi3)。这一焊接工艺适宜焊接的材料包括钢板以及要求高焊缝质量的镀锌钢板等。


图13. 一款汽车容器的半导体激光硬钎焊


又如作为汽车的重要部件之一,安全气囊指撞车时在乘员产生二次碰撞前,使气囊膨胀保护乘员的一种装置。气囊爆发是由一个其内部的关键部件—气体发生器进行控制,爆发时发生氧化反应,生成大量气体,产生爆发。鉴于此,气囊内胆的密封性要求非常高,并且在内胆加工过程中,需要避免过热现象,从而使激光焊接工艺脱颖而出。在这一领域,华工激光能够提供合适的焊接技术,其核心优势包括焊缝熔深大,可达到2——3mm,焊接强度高,焊接变形小;焊接自动化程度和焊接精度高;而激光焊接安全气囊是一种非接触性加工,无需焊接辅助工具;此外,激光焊接无需焊条或填充料,由此打造出无杂质和无污染的焊缝。

本文来源:激光界订阅号

编辑:唐霞辉

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