激光拼焊板在汽车零部件领域的应用

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拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板，以满足零部件对材料性能的不同要求。激光焊接凭着多项显著的优点，非常适合用于生产拼焊板。本文介绍激光拼焊板技术的发展、优势及应用现状。
市场风云变幻，只有被注入了最新技术成果的产品才能在日益激烈的市场竞争中胜出。激光拼焊板是高新技术的产物，拼焊板工艺的出现解决了汽车零件制造中各种不同甚至是矛盾的需求。
技术的发展
传统上汽车车身零件有两种成形方法：分离成形和整体成形。其中，分离成形方法是利用不同的压机分别成形单个零件，然后将各个零件焊接起来组成目标部件。这种方法虽然提高了材料选择的灵活性，但同时也增加了冲压和加工成本、装配成本以及形状配合问题，并且由于点焊时材料的重迭额外增加了车身的重量。
整体成形方法则是在一台压机上将一块整体板同时成形几个零件。从车身结构设计的观点来看，每个车身零件具有不同的厚度和抗腐蚀性能要求，如果是单一板成形，必须对所有零部件的材料采用相同的等级、镀层类型和材料厚度，导致对某些零件的选材裕度过大，从而增加了车身的重量，提高了成本，并且还会增大成形难度。这是整体成形方法与分离成形方法相比的一大缺点。
为了降低车身重量、提高车身的装配精度、增加车身的刚度、降低汽车车身制造过程中的冲压和装配成本，减少车身零件的数目同时将其整体化是非常必要的。因而，一种同时克服传统分离成形方法和整体成形方法的缺点的生产形式――拼焊板冲压成形发展起来了。
技术特点
拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板，以满足零部件不同部位对材料不同性能的要求。
以车门内板为例：为了保证功能的需要，车门内板的主体必须有一定的柔性，而门板的前、后部需要有一定的强度。如果采用传统的冲压成形方法就需要另外设计加强板，而采用拼焊技术，可先将三块不同厚度的钢板拼焊成一块整板，即可冲压成形。
激光拼焊板技术是基于成熟的激光焊接技术发展起来的现代加工工艺技术。激光焊接的高能密度、无填料、无搭接、深熔、速度快等特点，使得激光拼焊板技术具有以下特点：
焊缝处的热应变值较低，热影响区小，通过激光束的聚焦给焊接边缘提供需要的高能量，聚焦点的直径可以达到零点几个毫米，保留良好的材料成形性能；
焊缝较狭窄且平整，消除成形过程的不利影响，避免了破坏工具、模具的危险；
焊接生产效率高，能够实现高度自动化。
激光拼焊板生产设备主要有：传送装置、激光焊接设备、机械手、在线无损检测设备等。一般根据产量的不同，可以采用不同的设备组合。
激光焊接的主要工艺流程：卷料开平→落料→激光焊接→冲窝（如果需要）→堆垛包装
技术优势
采用激光拼焊板可以给汽车制造业带来巨大的经济效益，如车身装配中的大量点焊，把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接，凸缘宽度需要16mm，而激光拼焊板无需搭接，点焊改为激光拼焊技术可以节省钢材，节省的用量视采用拼焊板的数量而定；用传统点焊焊接两片0.8mm的钢板冲压件，平均是20点/min，焊距是25mm，速度则为0.5m/min，这会耗费相当的时间，采用激光拼焊板替代点焊工艺后所需要的时间可以得到大量节省、焊接质量得到质的提高。如此例子不胜枚举。
零件数量的减少，以及随之而来的生产设备和制造工艺简化，大大提高了生产效率，降低整车制造及装配成本；由于产品的不同零件在成形前即通过激光连续焊接工艺焊接在一起，因而提高了产品的精度，大大降低了零部件的制造及装配公差；
通过部件的优化减轻了重量，从而降低油耗，处于环保时代，这一点非常重要；
由于不再需要加强板，也没有搭接接缝，大大提高了装配件的抗腐蚀性能；
通过消除搭接提高部件的耐腐蚀能力，大大减少了密封措施的使用；
通过对材料厚度以及质量的严格筛选，在材料强度和抗冲击性方面给零部件带来本质的飞跃，同时改良了结构，在撞击过程中，可以控制更多的能量得到吸收，从而改良车身部件的抗击冲撞能力，提高车身的被动安全性；
实现对材料性能的最充分的利用，达到最合理的材料性能组合；
材料厚度的可变性以及其可靠的质量，保证了在对某些重要位置的强化改进可以顺利进行；
对产品的设计者而言增加了产品设计的灵活性。
应用现状
从20世纪80年代中期开始，拼焊板作为新技术在欧洲、美国、日本得到了广泛的关注。拼焊板工艺主要是为汽车行业进行配套服务，尤其在车身零部件生产、制造和设计方面，拼焊板的使用有着巨大的优势。目前，无论实验室还是汽车制造厂的实践经验，均证明了拼焊板可以成功地应用于汽车车身的制造。
1985年德国蒂森钢铁公司与德国大众汽车公司合作，在Audi100车身上成功采用了全球第一块激光拼焊板。90年代欧洲、北美、日本各大汽车生产厂开始在车身制造中大规模使用激光拼焊板技术，近年来该项技术在全球新型钢制车身设计和制造上获得了日益广泛的应用。奔驰、宝马、通用等各大汽车生产厂相继在车身中采用了激光拼焊板技术。目前，由拼焊板生产的汽车零部件主要有前后车门内板、前后纵梁、侧围、底板、车门内侧的A、B、C立柱、轮罩、尾门内板等。
中国的激光拼焊板技术应用现在刚刚起步。2002年10月25日，中国第一条激光拼焊板专业化商业生产线正式投入运行，作为全球最大拼焊板制造供应商的德国蒂森克虏伯集团拼焊板有限公司在海外的第八家公司（在亚洲的第一家），武汉蒂森克虏伯中人激光拼焊有限公司引进蒂森克虏伯公司生产的8kWCO2直线连续激光焊接生产线(Linearlaserweldinglines)（如图4），并采用蒂森克虏伯拼焊板公司的全套专有技术和质量控制体系进行生产和工艺开发，该线最小工件间距为50mm，焊接速度可达10m/min，年生产能力可达20,000吨（一条线）。公司目前已为国内各大汽车生产企业提供配套服务。激光拼焊板不再依赖进口，给中国汽车制造2mm工程带来直接的好处，使完美的车身制造质量成为可能，将大大促进中国汽车零部件制造水平的提高。