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光學工程
汽車工業的焊接與激光焊接
轎車車身都采用金屬構件和復蓋件的分塊組合。將各種預先制好的結構件,例如風窗立柱,門立柱、門上橫、前后冀子板、前后圍板、頂蓋等零部件通過焊接和鉚接的方式進行組合裝配。其中焊接是汽車裝配流水線上不可缺少的工序。  

     車身焊接主要有電阻電焊、縫焊、二氧化碳焊等方式。電阻電焊通過施加在點焊電極上的電流將零件的接觸表面熔化,然后在壓力作用下連接在一起,主要用于車身構件及車架的焊接。縫焊用滾輪電極代替電阻電焊的點焊電極,滾輪電極傳遞焊接電流和壓力,其轉動與零件的移動相互協調,產生連續的焊縫,主要用于密封性焊接或縫點焊工件,例如油箱。二氧化碳焊是一種電弧焊,即局部加     熱來熔化和連接零件而不需要施壓的一種焊接方法,在電極與工件之間的電弧作為熱源,同時施加二氧化碳遮住電弧和熔化區,使之與大氣隔開,主要用于車身蒙皮的焊接。  

     根據不同的零件和要求,在汽車工業中采用了多樣化的焊接技術,應用到的焊接技術還有閃光焊、電子束焊、電栓焊、脈沖焊、摩擦焊等等。近年,還出現了激光焊,并且發展得很快,我國生產的一些轎車車身焊接,也采用了激光焊接。  

     激光技術采用偏光鏡反射激光產生的光束使其集中在聚焦裝置中產生巨大能量的光束,如果焦點靠近工件,工仵就會在幾毫秒內熔化和蒸發,這一效應可用于焊接工藝。激光焊接設備的關鍵是大功率激光器,主要有兩大類,一類是固體激光器,又稱Nd:YAG激光器。Nd(釹)是一種稀土族元素,YAG代表釔鋁柘榴石,晶體結構與紅寶石相似。Nd:YAG激光器波長為1.06μm,主要優點是產生的光束可以通過光纖傳送,因此可以省去復雜的光束傳送系統,適用于柔性制造系統或遠程加工,通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車工業常用輸出功率為3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一類是氣體激光器,又稱CO2激光器,分子氣體作工作介質,產生平均為10.6μm的紅外激光,可以連續工作并輸出很高的功率,標準激光功率在2-5千瓦之間。  

     激光焊接的特點是被焊接工件變形極小,幾乎沒有連接間隙,焊接深度/寬度比高,因此焊接質量比傳統焊接方法高。但是,如向保證激光焊接的質量,也就是激光焊接過程監測與質量控制是一個激光利用領域的重要內容,包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器,通過電子計算機處理,針對不同焊接對象和要求,實現諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫質量監測等項目,通過反饋控制調節焊接工藝參數,從而實現自動化激光焊接。  

     在激光焊接中,光束焦點位置是最關鍵的控制工藝參數之一,在一定激光功率和焊接速度下,只有焦點處于最佳位置范圍內才能獲得最大熔深和好的焊縫形狀。在實際激光焊接中,為了避免和減少影響焦點位置穩定性的因素,需要專門的夾緊和設備技術,這種設備的精確程度與激光焊接的質量高低是相輔相成的。  

     汽車工業中,激光技術主要用于車身拼焊、焊接和零件焊接。激光拼焊是在車身設計制造中,根據車身不同的設計和性能要求,選擇不同規格的鋼板,通過激光截剪和拼裝技術完成車身某一部位的制造,例如前檔風玻璃框架、車門內板、車身底板、中立柱等。激光拼焊具有減少零件和模具數量、減少點焊數目、優化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好處,目前已經被許多大汽車制造商和配件供應商所采用。激光焊接主要用于車身框架結構的焊接,例如頂蓋與側面車身的焊接,傳統焊接方法的電阻點焊已經逐漸被激光焊接所代替。用激光焊接技術,工件連接之間的接合面寬度可以減少,既降低了板材使用量也提高了車體的剛度。激光焊接零部件,零件焊接部位幾乎沒有變形,焊接速度快,而且不需要焊后熱處理,目前激光焊接零部件已經廣泛采用,常見于變速器齒輪、氣門挺桿、車門鉸鏈等。

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