激光加工技术的典型应用

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图1 激光加工的汽车变档套

激光加工具有热影响低、材料变形小等诸多优点，因此，三维立体切割机、白车身顶盖激光焊接设备和离线式汽车拼焊成形设备等在汽车行业得到了广泛应用。
汽车行业是高新技术高度集中的行业，在欧美发达工业国家中，有50%～70%的汽车零部件是用激光加工来完成的，其中主要以激光焊接和激光切割为主。目前我国汽车工业与世界先进水平还有较大差距，其中最主要的是新技术、新装备应用的相对落后，自主开发能力较弱。
激光的典型应用
在此，本文以武汉法利莱切割系统有限责任公司的产品为例，介绍激光加工技术在汽车制造业的典型应用。
1.三维立体激光切割机
激光切割主要应用于平板切割下料以及三维五轴联动的立体切割，将高强度钢用于车身骨架，在保证车身强度和刚度的同时减轻重量，并提高汽车车身的抗撞性能和抗凹性能，由此显著提高汽车的安全性。对于一些具有复杂轮廓的高强度钢结构部件，无论从技术角度还是经济角度，激光切割是非常有效的加工手段。
2.汽车白车身顶盖激光焊接设备
此设备用于汽车白车身顶盖焊接，设备由两个机器人、一个光纤激光器、送丝机、焊接头、激光防护房和地板夹具组成。工作时采用一个机器人带着激光焊接头进行焊接。顶盖夹具由机器人搬运，通过4个V型定位块与两侧定位支撑架配合，形成定位。定位支撑架上的4个夹紧气缸将顶盖夹具夹紧。顶盖夹具与机器人之间包含快换装置，可以多车型工装切换。与目前传统的点焊工艺不同，激光焊接可以达到两块钢板之间的分子结合，通俗来说就是焊接后的钢板硬度相当于一整块钢板，从而将车身强度提升30%，车身的结合精度同样大大提升，另一方面，可以减少搭接宽度和一些加强部件，还可以压缩车身结构件本身的体积，从而减少车身重量。
3.离线式汽车拼焊板成形设备
大部分汽车使用的钢板是镀锌钢板，电阻焊工艺会破坏镀锌保护层。所以，激光焊接成为实现焊接裁焊板较理想的工艺，它能保证合格的焊缝成形，满足防腐蚀、高强度和抗疲劳的要求。激光焊接技术具有许多优点，焊缝很窄，热影响区很小，通过锌的长程牺牲效应，焊缝可以长时间不被腐蚀，焊接速度越快，焊缝硬度越高。
4.汽车隐形安全气囊仪表板激光弱化设备
该设备具备联动数控功能，可以对任何形状的工件进行切割，主要用于汽车隐形安全气囊仪表板的弱化加工。该设备结构设计合理，具有足够的静态、动态和热态刚度，系统具有良好的动态品质并在实际加工中能体现出较高的精度。该设备稳定可靠，使用、操作和维修方便，造型美观。
5.汽车变档套激光全自动切割设备
使用汽车变档套激光切割机，可将切割效率提高一倍。其切割质量比传统加工手段要好，端面光滑、定位准确而且精度高。

图2 武汉法利莱的仪表板安全气囊弱化设备

6.汽车安全气囊内胆激光焊接机
由于汽车安全气囊内胆配备火药，因此采用激光焊接方式，热影响区域小，可提高加工过程中的安全可靠性，同时提高生产效率，改善焊接质量问题。
7.汽车齿轮激光焊接
采用激光焊接技术进行齿轮总成的连接，可提高变速器齿轮的产品精度，简化产品结构及制造工艺，能方便地满足产品开发与试制中零部件结构的不断调整及样件制造的需要，并有利于设计人员对产品结构进行合理布局，不断提高产品开发与制造水平；同时，由于激光焊接的齿轮件结构紧凑，精度和可靠性提高，可减少车辆故障率，并提高车辆操纵灵活性，提高产品信誉。
8.汽车尾管激光焊接生产线
激光焊接不锈钢管具有接头热影响区窄、晶粒长大程度小和冷加工成形性能好的优点，可以很好地满足汽车排气管生产后续的所有冷加工工艺要求。焊接速度高，用5kW的激光焊接，速度可达6m/min；焊接质量稳定，质量高、变形小；对后续加工工序可以从简，生产效率高，在同等生产规模情况下可以减少设备的规模。
9.汽车后备箱激光焊接
后备箱由行李箱盖和后围板组成，由于成形具有90°角，因此采用激光硬钎填丝焊进行角焊。
传统的后备箱焊接采用MIG钎焊进行，由于后备箱材料通常为镀锌板，采用MIG钎焊的低热输入来解决镀锌层大量烧损所带来的问题，但是MIG钎焊的高速焊接与小电流下电弧的不稳定性限制了它的效率和质量，激光填丝焊主要针对具有焊接复杂成形或焊缝切线方向急剧改变的焊接，焊接成形表面光滑，难以形成平滑焊缝，另外，MIG钎焊污染较大。如果采用激光钎焊则焊接速度高，则焊缝成形好，质量稳定，镀锌层烧损少。
10.汽车保险杠激光开孔设备
汽车保险杠是异型件，采用传统的冲压方式非常复杂，并且零件容易产生变形和应力，采用激光切割方式，不需要复杂的夹具系统，无加工应力，切口无变形，更适合后期加工和安装。
结语
只有提高我国汽车工业装备的自主开发能力和创新能力，才能缩小我国汽车工业水平和先进国家的差距，从这个意义上说，汽车工业迫切需要更多具有自主知识产权的高新装备技术的支撑。
武汉法利莱切割系统有限责任公司（以下简称为“武汉法利莱”）多年来致力于为汽车制造业服务，已经成功开发了用于汽车白车身焊接设备、汽车尾管激光焊接生产线、汽车安全气囊外壳激光弱化设备、汽车安全气囊焊接设备、汽车变档套激光全自动切割设备、汽车齿轮焊接设备和汽车轮胎激光切割等一系列以激光在汽车制造行业应用为主体的产品，这些产品涉及汽车零部件生产、整车制造以及过去只能依赖进口设备的等多个汽车制造中的多个关键技术领域，武汉法利莱因此成为国内第一家以激光汽车制造专业设备而闻名的激光制造商。