车身激光切割与焊接报告.ppt

湖南大学激光研究所汽车白车身零部件激光三维切割与搭 接焊研究2010中国汽车车身技术国际研讨会湖南大学激光研究所车身零部件激光搭接焊的关键影响因素分析车身零部件激光搭接焊的关键影响因素分析车身异种板材的激光搭接焊研究车身异种板材的激光搭接焊研究汽车白车身零部件三维激光切割研究汽车白车身零部件三维激光切割研究绪论主要内容主要内容汽车白车身激光切割焊接单元总体布局设计汽车白车身激光切割焊接单元总体布局设计车身激光搭接焊与电阻点焊性能比较分析 结论湖南大学激光研究所背景及意义背景及意义汽车作为我国国民经济的支柱产业对带动制造业整体技术水平 提高的作用显著目前汽车产品的市场需求是多品种小批量， 并要求不断开发出新车型，使得制造模式步入按用户要求进行 柔性加工的精益生产阶段，传统的加工工艺将不能满足新生产 方式的要求制造业领域出现的这种柔性生产方式为激光制造 提供了广阔的舞台湖南大学激光研究所据统计，采用激光技术制 造车身，可节省约2/3的样 车新车身开发模具和约 70%的夹具，使生产周期 缩短50% ，白车身重量减 少20%，制造精度(形状、 尺寸等)和白车身总体质量 (强度、刚度等)显著提高 。

背景及意义背景及意义三维激光切割技术：可以取代冲压工艺中的冲孔模和修边模，减 少模具数量，节省模具设计和制造费用，缩短新车型开发周期； 激光焊接技术：可以取代白车身焊装中的传统焊接工艺，减少车 身材料消耗，减轻车身重量，提高车身强度和刚度，进而提高车 身的安全性能 湖南大学激光研究所现代轿车车身大约有400～500个冲压件，50多个分总成，将 各冲压件和分总成按照一定的组合工序，分别在相应的焊 装夹具上夹紧，用某种焊接方式将其焊接成完整的白车身 白车身的制造特点 湖南大学激光研究所白车身的激光制造工艺流程为：板材的激光拼焊，冲 压拉伸成形，零部件的激光三维切割，双件、多件激 光组焊，车身分总成及总成的激光焊接整个工艺流 程中包括三种类型的加工工艺，即：激光拼焊、激光 三维切割和激光组焊 白车身的制造特点 湖南大学激光研究所国际品牌的国产化车型：宝马、帕萨特、波罗、高尔夫、宝来、 速腾、迈腾、新捷达途安、奥迪、东风标致、福克斯等 国内自主汽车品牌：华晨、奇瑞、吉利、比亚迪及海马等激光焊接在车身上的应用 湖南大学激光研究所激光焊接在车身上的应用 湖南大学激光研究所激光切割在车身上的应用 在生产线上，采用激光切割机器人或三维机床对已经冲压成型 的部件进行立体切割。

高效激光切割系统的应用，大幅度 缩短了新车的研制时间和汽车的生产准备周期，使生产实现了 自动化和柔性化，而且生产效率也得到了大幅度的提高湖南大学激光研究所•侧围总成•侧围外板总成•侧围内板总成•侧围整体外板•B柱加强 板•后门锁扣安装板•前门铰链安装板•侧围内板•门槛加强块板•仪表台固定支架•仪表台横梁固定端前板•引擎盖开启拉手车身激光切割焊接单元总体布局设计湖南大学激光研究所车身激光切割焊接单元总体布局设计车身车门的切割焊接布局湖南大学激光研究所车身侧围的切割焊接布局车身激光切割焊接单元总体布局设计湖南大学激光研究所三维激光切割的难点 虽说三维激光切割原理与二维激光切割在本质上是相同的，但是三维激 光切割的切割机床、切割工件及数控编程要复杂得多，从而造成了三维 激光切割中特有的几个难点，主要为以下三个方面：碰撞 工件变形 转角过烧 在切割某些比较复杂的三维工件时，切割头为保证始终沿着切 割轨迹的法线运动，在某些位置会与工件发生碰撞 在三维激光切割中，某些转角处的曲率变化较大，或者在某段 切割轨迹中会有几个转角连续出现，此时容易产生过烧现象， 转角过烧是三维激光切割中一个较大的难点 有些冲压件由于冲压深度较深，会产生较大的回弹现象，使得 冲压件与数模有较大的偏差，实际的切割并不能按照软件模拟 的程序进行。

车身零部件三维激光切割研究 湖南大学激光研究所碰撞问题的处理把切割头偏离一个角度β，即增加一个入射角避免与工件发生碰撞 发 生 碰 撞 消 除 碰 撞 入射角 变化对切割质量的影响入射角A5>A3>A2>A4>A6>A1， 以方案A7形式进行焊缝长度和间距布置的接头力学性能最好 不同焊缝总长度时接头的承载情况 不同焊缝布置方案下接头的承载情况湖南大学激光研究所由(a)第35条和第34条焊缝，在车门上进行激光焊接时，因焊 缝布置太长，焊缝表面凹凸不平或呈锯齿状的焊接缺陷因 为在三维件的搭接接头处，不能保证两板接触间隙的一致性 ，即变间隙状态，进行激光焊接时并导致焊接缺陷的产生 将两小段焊缝的布置形式取代一段长焊缝的布置形式后，焊 缝表面成形有很大的改善，如图 (b)所示 车身零部件激光搭接焊的关键影响因素分析 (a)34(a)35(b)35(b)34湖南大学激光研究所车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析在车身的激光焊接中，常见的焊接结构有对接接头、搭接接头 和角接接头等在实际生产中，大量的焊缝形式是多层镀锌钢 板(2～3层)搭接的I型焊缝 在车身激光焊接中，由于输入激 光功率密度高，若焊缝太长，因热积累容易产生热变形；若焊 缝太短，则无法满足车身焊接接头强度要求。

电阻点焊：间距太小，在焊接后续焊点时容易引起分流，从而影响焊接 强度端点及边缘焊点位置设计时应该距离零件边缘有一定的距离，以 确保其热影响区的完整性 激光焊：焊缝长度？？(无手册可查)湖南大学激光研究所车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析1.试验方案与目的 焊缝纵向布置：接头承受的最大拉剪力为8.891kN 焊缝横向布置：接头承受的最大拉剪力为9.989kN 纵向和横向激光焊缝 纵向和横向激光焊缝拉剪断口位置湖南大学激光研究所车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析2.试验材料与接头形式板材焊接组合方案 搭接焊接示意图 湖南大学激光研究所车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析3 .试验参数 电阻焊工 艺参数表 激光焊工 艺参数表 湖南大学激光研究所车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析6mm 8mm 10mm 12mm 14mm 16mm18mm 20mm 22mm 21mm 26mm 30mm 不同激光焊缝长度搭接焊接头表面形貌 电阻点焊搭接接头表面形貌湖南大学激光研究所车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析表面 背面焊缝表面熔宽约1.0mm 焊缝表面熔宽约1.5mm 焊缝表面熔宽约2.0mm 湖南大学激光研究所电阻焊 试件抗 拉剪力 性能表 车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析一个焊点湖南大学激光研究所车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析焊缝长焊缝长 度 (mm)激光焊焊接接头头承受的最大拉剪力(kN)一个电电阻点焊焊接 头头承受的最大 拉剪力(kN）焊缝焊缝 表面熔宽约宽约 1.0mm 焊缝焊缝 表面熔宽约宽约 1.5mm 61.7492.8374.488 82.6092.984 102.8753.663 123.3343.995 144.1434.482 164.6174.798 185.0355.72 205.3616.219 256.6167.159 307.3987.783板厚为0.8mm与0.8mm DC56D焊接接头的力学性能 湖南大学激光研究所焊缝长焊缝长 度 （mm）激光焊焊接接头头承受的最大拉剪力 （kN）一个电电阻点焊焊接头头承受 的最大拉剪力（kN ）焊缝焊缝 表面熔宽约宽约 1.0mm 焊缝焊缝 表面熔宽约宽约 2.0mm 143.8474.7995.3015 164.3345.97 184.8396.099 205.5736.635 225.7038.612 246.9299.06 267.1219.059 309.98910.683焊缝长焊缝长 度(mm)激光焊焊接试试件承受的最大拉剪力（kN） （标标准拉剪试样试样 ）电电阻点焊试焊试 件承受的最大拉剪力（kN） （标标准拉剪试样试样 ）62.4953.541 82.557 103.125 123.537板厚为1.2mm与1.2mm DC56D焊接接头的力学性能 车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析湖南大学激光研究所焊缝长焊缝长 度 (mm)激光焊焊接接头头承受的最大拉剪力 （kN）一个电电阻点焊焊接头头承受 的最大拉剪力（kN）焊缝焊缝 表面熔宽约宽约 1.0mm 焊缝焊缝 表面熔宽约宽约 1.5mm 186.59846.81886.7534206.88177.4664227.20217.942248.41289.327 2610.926511.2282 2812.064412.5778板厚1.2mm与1.2mm H220YD 焊接接头的力学性能 车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析焊缝长焊缝长 度 (mm)激光焊焊接头头抗拉剪力（kN）电电阻点焊焊接头头抗拉剪力（kN） 0.8mm厚板为为上板1.2mm厚板为为上板0.8mm为为上板1.2mm为为上板 143.8824.074.6364.862 164.4124.565 184.7934.863 205.2075.503 255.7815.859 305.8786.048板厚0.8mm与1.2mm DC56D 焊接接头的力学性能 湖南大学激光研究所焊缝长焊缝长 度 (mm)激光焊焊接接头头承受的最大拉剪力（kN）电电阻点焊焊的最大抗拉剪（kN） DC56D为为上板H220YD为为上板DC56D为为上板H220YD为为上板 145.1494.855.30754.9704 165.6575.405 185.9885.581 206.3056.15 226.3876.281 288.0017.387 328.5658.371 409.549.079板厚0.8mm DC56D与H220YD 焊接接头的力学性能 车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析湖南大学激光研究所板厚0.8mm的DC56D 板厚1.2mm的DC56D异种板厚接头的抗拉剪能力 异种板材接头的抗拉剪能力 车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析湖南大学激光研究所车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析热影响区 焊缝区 热影响区 焊缝区 激光焊接头 电阻焊接头 激光焊接接头：焊缝组织比较细小均匀，无气孔和裂纹等缺陷。

心部是 细小等轴晶区热影响区是柱状晶区相对于激光焊接头，电阻点焊接头焊缝区组织较松散不均匀，晶粒的变形 不均匀易产生过分的应力集中现象热影响区晶粒也更粗大 湖南大学激光研究所车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析H220YD DC56D 湖南大学激光研究所车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊比较分析电阻点焊：最快每分钟 20个点，焊接间距为 25mm～30mm，即最大 焊接速度0.6m/min； 激光焊：焊缝总长 1627mm，焊接时间约 为40s，即焊接速度可到 达2.4m/min 在车门中间施加10.0kN的压 力载荷 激光焊车门：中部的位移量 为86.26mm； 电阻焊车门：中部的位移量 为114.86mm GB15743-1995要求位移量 不得大于152mm， 激光焊接车门过程 电阻点焊车门激光焊车门湖南大学激光研究所结 论1、研究了白车身覆盖件三维激光切割技术的特殊工艺，并进行了车身覆 盖件的三维激光切割试验研究，针对激光切割三维复杂车身覆盖件时遇到 的难点提出了有效的处理措施2、针对车身高强镀锌钢、镀锌钢、低碳钢以及铝合金等材料进行了高功 率光纤激光与CO2激光搭接焊研究。

分析了异种板材高功率光纤激光器 搭接焊关键技术、焊缝成形形貌和性能，以控制和优。