祝金濤

（武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

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激光拼焊技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

祝金濤

（武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

摘 要：激光拼焊技術(shù)作為汽車輕量化的重要技術(shù)途徑之一，在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，文章介紹了激光拼焊技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)的優(yōu)勢、局限性以及我國的應(yīng)用現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)的研究熱點。

關(guān)鍵詞：激光拼焊板；優(yōu)勢和局限性；應(yīng)用現(xiàn)狀；研究熱點

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.055

CLC NO.: U465.9 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2016)03-171-02

引言

近年來，隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，從規(guī)模上看我國汽車市場世界第一。每天有超過1.5億輛汽車行駛在中國這片土地上，這個數(shù)量每年還在以2000萬以上的幅度增加著，隨之而來的環(huán)境問題也日益嚴(yán)峻。國內(nèi)各大汽車企業(yè)及研究機構(gòu)積極努力，在新能源汽車技術(shù)、汽車輕量化技術(shù)等方面的研究的投入不斷增加。激光拼焊板技術(shù)作為汽車輕量化的重要途徑之一，以其獨有的優(yōu)勢，在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛。

1、激光拼焊技術(shù)的發(fā)展

激光拼焊技術(shù)是指用激光能源，將若干不同材質(zhì)、不同厚度、不同鍍層、不同表面狀態(tài)的板材拼接在一起形成一整塊板，整體沖壓成零件的技術(shù)。其應(yīng)用于汽車行業(yè)最早始于上世紀(jì)八十年代的歐洲，起初并非用于實現(xiàn)汽車輕量化的目的，而是因鋼鐵廠家軋制設(shè)備限制，板材寬度方向無法滿足一些超寬的車身鈑金件要求，利用激光拼焊技術(shù)增加板寬。后來發(fā)展為現(xiàn)在不限母材材質(zhì)、厚度、表面狀態(tài)的拼焊技術(shù)用以滿足現(xiàn)代車身制造更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。歐、美、日等發(fā)達國家，激光拼焊板在汽車行業(yè)的應(yīng)用非常普遍，中國應(yīng)用較晚，直到2002年10月25日，中國第一條激光拼焊板專業(yè)化商業(yè)生產(chǎn)線才在武漢正式投入運轉(zhuǎn)。

激光拼焊技術(shù)屬于車身鈑金焊接加工技術(shù)中的一種，但激光拼焊板的生產(chǎn)并非像其他鈑金焊接工藝一樣由汽車制造廠家完成，而是作為半成品零件坯料，由外單位對母材進行落料、裁剪，再按汽車廠家的要求拼焊成一塊板來供貨。其核心技術(shù)掌握在拼焊廠家手中。國內(nèi)鋼鐵廠家紛紛以資產(chǎn)收購或合資的形式，掌握相關(guān)的技術(shù)，進入激光拼焊板市場。

2、激光拼焊板技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)的優(yōu)勢

汽車行業(yè)傳統(tǒng)的零件沖壓成型方式主要有：分離成型和整體成型。分離成型是指將多個簡單單元分別進行沖壓，然后再焊接在一起形成一個復(fù)雜的零件。整體成型是指將包含多個單元的零件毛胚整體成型成零件，在激光拼焊技術(shù)誕生前，整體成型母材為同一種材料，即材質(zhì)、厚度、表面狀態(tài)一樣，而汽車上某些復(fù)雜零件在不同部位要求不一樣的性能，激光拼焊技術(shù)先將不同強度性能、厚度的材料沖裁后焊接成整體毛胚，然后在進行整體沖壓成型，相較于傳統(tǒng)的整體成型在選材、用材方面更加合理、靈活，更好地滿足了現(xiàn)代汽車制造對車身的強度性能、重量及成本更優(yōu)的要求。

激光拼焊技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

（1）減輕汽車質(zhì)量。激光拼焊板成型成零件后，可以減少額外加強件的使用，同時一整塊鋼板毛胚中，不同厚度的組合，可以明顯降低單個零件的重量，實現(xiàn)整車輕量化的目的。

（2）減少車身零件的數(shù)量的同時提高產(chǎn)品制造精度。激光拼焊板技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了將原來需要分離成型的復(fù)雜零件轉(zhuǎn)化為整體成型，減少了大量的沖壓加工設(shè)備和工序，簡化了白車身的制造過程，同時提高了產(chǎn)品的精度，大大降低了零部件的制造及裝配工差。

工藝過程對比如下圖所示：

圖1　傳統(tǒng)的分離成型工藝過程簡圖

圖2　應(yīng)用激光拼焊技術(shù)整體成型工藝簡圖

1）為車身尺寸的擴大提供了可能，這也是激光拼焊技術(shù)最初應(yīng)用于汽車行業(yè)的目的。受鋼廠軋制設(shè)備限制，目前國內(nèi)鋼廠批量生產(chǎn)的最寬汽車用鋼尺寸為2080mm。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，豐富的車身外形要求材料板寬尺寸更大，激光拼焊技術(shù)為生產(chǎn)更大尺寸車身提供了有效而經(jīng)濟的途徑。

2）提高車身品質(zhì)和安全性。由于采用連續(xù)的激光焊接代替不連續(xù)的點焊，車身結(jié)構(gòu)剛性和可靠性大大提高，這是汽車行業(yè)應(yīng)用激光拼焊技術(shù)最重要的原因之一。同時，為提高碰撞安全性，某些鈑金零件要求不同部位強度不同，以便在發(fā)生碰撞時控制變形的部位，引導(dǎo)變形方向，應(yīng)用激光拼焊技術(shù)，在此類零件強度要求高的部位使用高強鋼或厚板，強度要求低的地方使用低強鋼或薄板。

3、激光拼焊板的應(yīng)用現(xiàn)狀和局限性

3.1 激光拼焊板國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀

圖3

激光拼焊技術(shù)的研究以及激光拼焊板的應(yīng)用，我國起步較晚，目前正處于高速發(fā)展的爬坡階段。中高端車型作為汽車各項領(lǐng)先技術(shù)引領(lǐng)者，也是國內(nèi)激光拼焊技術(shù)最先和最廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品。經(jīng)過10幾年的研究和發(fā)展應(yīng)用，低端車型也開始越來越多的應(yīng)用激光拼焊板。

激光拼焊板在車身上的應(yīng)用主要集中在結(jié)構(gòu)件和內(nèi)覆蓋件。如圖3所示。

3.2 激光拼焊板的局限性

3.2.1 成型性能方面

由于激光拼焊板存在厚度突變和焊縫的影響，且焊接添加金屬材料與被焊接基材在材料特性上必然有一定差異，致使拼接焊縫及其附近區(qū)域有較明顯的加工硬化現(xiàn)象，并且在沿長度方向上的硬度也會發(fā)生跳躍式的變化，即便增加一道熱處理工藝，拼焊板的成型性能依然低于單一板材，不適用于成型特別復(fù)雜，拉延量較大的零件。

3.2.2 應(yīng)用效果方面

激光拼焊板的焊縫從外觀上來說即使采用任何涂裝措施也無法徹底掩蓋，因此它不適宜用作車身外覆蓋件材料，而一般用來制作內(nèi)覆蓋件或支承結(jié)構(gòu)件。

4、激光拼焊技術(shù)目前的研究熱點

隨著我國汽車行業(yè)激光拼焊板用量的不斷增加，國內(nèi)各大高校、研究機構(gòu)也在積極研究投入，目前的研究熱點主要集中在以下兩個方面：成型性能；針對汽車車身各典型零件的拼焊方案設(shè)計優(yōu)化。

成型性能是車身鈑金件對材料的最基本的要求，現(xiàn)代車身外形越來越豐富，單個零件的成型越來越復(fù)雜。激光拼焊板由激光焊縫和焊縫兩邊的母材構(gòu)成，母材材質(zhì)和厚度的選擇、焊縫的方向和位置等都將影響最終拼焊板的成型性能。

拼焊方案應(yīng)根據(jù)目標(biāo)零件對成型性能、強度性能等的要求對母材材質(zhì)和厚度、焊縫方向和位置進行合理的選擇和設(shè)計。以減輕零件質(zhì)量和提高車身結(jié)構(gòu)強度為目標(biāo)，以零件的性能要求為約束，同時兼顧工藝可制造性以及不同材料之間的激光焊接特性等。

5、結(jié)論

隨著汽車輕量化的發(fā)展，高強度和超高強度鋼拼焊板需求勢必越來越大，拼焊板成型性能和拼焊方案設(shè)計方面的研究有待進一步的深入，整車廠家在實際應(yīng)用經(jīng)驗方面也需不斷積累，以滿足在使用量和應(yīng)用范圍不斷增加的汽車行業(yè)激光拼焊板的需求。

參考文獻

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Application of laser tailor welding technology in automobile industry

Zhu Jintao
( Wuhan university of technology school of automotive engineering, Hubei Wuhan 430070 )

Abstract:As one of the important technological approaches of automobile lightweight, laser tailor welding technology is widely used in the automobile industry.This paper introduces its advantages and limitations, also contains its present application and research hotspots in Chinese automobile industry.

Keywords:tailor welded blanks; advantages and limitations; present application; research hotspots

作者簡介：祝金濤，碩士研究生，就讀于武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院。2010年至2013年就職于東風(fēng)柳州汽車有限公司CV采購部，負(fù)責(zé)車身板材采購管理工作。

中圖分類號：U465.9

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-7988(2016)03-171-02