浅谈汽车上的激光焊接技术

xuezhandao

　　
　　引言：这是一篇让我觉得激动的文章，因为它来自清华大学博士的投稿。作为技术男小懂的个人兴趣号，得到工学博士的垂青，心里诚惶诚恐!因此我一字未改，甚至完全保留了博士写给我的非常善意的备注!以下是正文!
　　最近一段时间在汽车之家等论坛上有不少帖子谈激光焊接的优势，教车友们如何识别车身是不是激光焊接的。作为一名激光焊接的资深研究人员，小懂也想和大家分享一下自己对汽车上的激光焊接技术的理解。
　　1、什么是激光焊接，激光焊接有哪些特点？
　　激光焊接采用高能量密度的激光为热源照射在材料连接处，使得分离的材料吸收激光能量后迅速发生熔化乃至汽化并共同形成熔池，在随后的冷却过程一起凝固从而连接在一起。图1是管的激光焊接过程，图中红色区域内大致是激光的传播路径，高亮度的区域内是金属受热后汽化产生的金属蒸气。看到这里有的看官不禁要问，激光在哪里，我怎么没看见。这是因为激光焊接用的高功率激光常见的有两种：CO2激光和固体/光纤激光，前者的波长为10.6μm，或者的波长为1.06/1.07μm，都在红外波段，因此肉眼是看不见的。
　　

　　激光焊接主要有加热范围集中且精确可控、焊接变形小、焊接速度快等特点。为了帮助各位看官脑补一下，我们拿激光焊接和常见的电弧焊比较一下。激光光斑直径可以精确控制，通常照射在材料表面的光斑直径在0.2-0.6mm的范围内，且越靠近光斑中心的位置能量越高（能量从中心到边缘呈指数衰减，即高斯分布），激光焊的焊缝宽度可以控制在2mm以下。而电弧焊的电弧宽度无法精确控制且远远大于激光光斑直径，电弧焊的焊缝宽度也远远大于激光焊，通常在6mm以上。由于激光焊接的能量很集中，从而熔化的材料少，需要的总热量小，因此焊接变形小，焊接速度快。可以拿写字来形象的比喻激光焊和电弧焊。激光焊就像用0.3mm的签字笔写字，字肯定就那么细，写得很快，写完纸基本没变化，可以说是指哪儿打哪儿；电弧焊就像用很大的毛笔写字，字不但粗，用的力气不一样字的粗细也不同，而且写得慢，写完纸由于浸水太多难免变形，只能说是打哪儿指哪儿。
　　2、激光焊接与电阻点焊相比，谁的强度更高？
　　从上面激光焊接的介绍我们可以看出，激光焊接貌似是一种高大上的焊接方法，那么用激光焊接来进行车身的焊接，和目前普遍使用的电阻点焊相比，谁的强度更高呢？
　　激光焊接的接头是一条细长的连续的直线，如图2所示，而电阻点焊的接头则是一排略微下凹的离散的圆点，如图3所示。如果说激光焊的接头像拉链一样把衣服的两襟连在一起，那电阻点焊的接头就像是扣衣服的扣子。那么激光焊和电阻点焊到底谁的强度更高呢？激光焊的焊缝金属是经过快速凝固获得的，其晶粒（金属的基本组成单元，可以理解为金属的细胞）更加细小，有利于提高焊缝金属的强度，因此激光焊焊缝金属的强度要比电阻点焊焊缝金属的强度高一点。同时不要忘了，电阻点焊的接头是一串离散的点，刚才拿焊上的部分去和激光焊比都已经比不过了，而那些没焊上的地方还要“拖后腿”，那平均下来电阻点焊就更加比不过激光焊了。因此，对于相同长度的焊接接头而言，激光焊的强度要高于电阻点焊。
　　

　　

　　3、为激光焊接买单是否值得？
　　看了上面的分析，大家似乎觉得小懂的这个问题是废话，肯定是选强度高的买啦，安全第一嘛。其实不然，且听在下细细道来。
　　经过厂家进行焊接参数优化以后，电阻点焊接头的强度虽然比不过激光焊，但是还是要比金属母材高的，整体焊接车体的最薄弱环节在于母材上的焊接热影响区。也就是说金属母材（尤其是焊接热影响区）是最弱环节，因此一旦车身受到强烈的外力时，绝大多数情况下都是金属母材发生破坏，而不是焊接接头。正是由于金属母材这块短板的存在，使得激光焊接的车身和电阻点焊的车身对外表现出来的强度几乎没有区别。激光焊接接头强度虽高，奈何被金属母材的强度拖后腿，没有用武之地啊!
　　看到这里大家肯定又要问，既然激光焊接并不能提高车身整体的强度，那为什么有的制造商还要花大价钱引进激光焊接呢？那是因为激光焊接其实还有别的优点。
　　首先，激光焊接的焊接速度要比电阻点焊快得多。例如6s的时间，激光焊可以焊1m长的焊缝，而电阻点焊只能焊1个点。其次，激光焊的接头是连续的，自然就不会像电阻点焊接头那样存在漏水的问题，因此可以省去涂密封胶的工艺。
　　再次，激光焊接头的变形小，有利于减小金属覆盖件之间的段差，提高车身精度，同时对于不同强度钢板的拼接也有好处。
　　最后，激光焊接的飞溅很少，能够让天天“放烟花”的焊装车间平静下来，改善工人的作业环境。不过话说回来，上面的这些激光焊的优点主要对制造商有意义，对于消费者来说，只要到手的车子间隙合适不漏水，其他的谁在乎呢？
　　综上所述，小懂个人觉得，在价格和配置相近的情况下，选激光焊接的车身是毫无疑问的。但是没必要为了激光焊接来额外买单，而把激光焊接作为买车的重要指标甚至是第一指标就更加没必要了。为求安心的不差钱的壕请自动忽略本徘耙痪浠啊