汽车座椅激光焊接工艺研究阐述

摘 要：近年来，随着社会经济的繁荣发展，激光技术得到充足的完善。由于激光焊接工艺具备高质量、高精度、低变形等特性，现阶段汽车工业柔性、模块化生产方式的基本需求，激光焊接工艺在汽车工业领域的应用范围越来越广泛。

关键词：激光焊接；工艺；汽车工业；汽车座椅

中图分类号： U463 文献标志码：A

随着汽车工业的快速发展，人们对于汽车座椅的安全性和舒适性的要求也随之提高。另外，座椅的调节又影响着乘客乘坐的舒适度，可根据不同乘客需求适当进行调整。以往汽车座椅采取的焊接工艺大都是点焊、弧焊技术，其中点焊技术存在显著缺陷，比较容易变形、一般情况下，点焊预留空间都会比较大，而且焊接速度过于缓慢，由此可见，以往的传统焊接方式根本无法契合现代汽车工业发展的实际应用需求。反观现在兴起的激光焊接技术则完全不存在以上缺陷。所以这个激光焊接被广泛应用于汽车工业领域。

1 激光焊接的原理

激光焊接主要是通过激光技术来实现能源焊接，通过使用光学振荡设备以及利用包括电能、化学能在内的原始能量进而激发出固态、业态、气态等不同介质，在此之后会形成相位相同、波长集中的光束，正是由于这些光束具备以上特性，所以差异角都显得特别小，传播距离则显得较长，这样的光速可实现高度集中利用。激光束的功率与金属表面是否可以发生汽化密切相关，当其密度较大时，如果将激光束照射在金属表面上，金属表面温度就会迅速增高，在较短的时间就可以使其温度达到沸点后发生汽化。金属蒸汽在其速度达到特定程度时，就可离开金属熔池表面，此时会更加不利于金属融化。金属会出现向下凹陷的情况，形成一个小凹坑。随着温度上升，金属表面凹陷处会逐渐成为一个细长的小孔。随着激光束的移动变化，小孔前方融化的金属会绕开小孔流向后方，然后凝固成焊缝。焊缝是深是浅与激光功率密度高低密切相关，如果所采用的激光功率密度比较低，那么熔深会比较浅、深宽却比较小。焊接熔深是指在焊接接头横截面上，母材或者是焊道焊缝融化的实际深度。激光功率密度比较高时熔深也会加大，深宽也会加大，此时易形成穿透性焊縫。现阶段，包括汽车座椅在内的很多焊接工艺皆是采用这种激光焊接技术。

2 激光焊接的特点和优势

2.1 激光焊接的基本特征

进行激光焊接的工件变形极小，几乎不存在连接间隙，而且激光焊接的深度和宽度比普通焊接都要高。利用激光技术主要是通过监测激光焊接过程与质量控制来保证激光焊接的质量，激光技术利用领域主要涉及电感、电容、声波、光电等各种传感器的利用。并利用计算机做进一步的处理，根据不同焊接对象自身特点和要求，完成焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，根据实际反馈信息适当调整焊接工艺参数，实现自动化激光焊接。在激光焊接中，光束焦点是控制工艺参数的关键因素之一，在激光功率和焊接速度一定的情况下，焦点位置决定熔深的大小和焊接形状的好坏。在激光焊接的实践过程中，为保持焦点位置相对稳定，可通过专业设备技术来减少或避免影响其稳定性的因素，由此可见，设备精确度与激光焊接质量是相互影响作用的。

2.2 激光焊接的优势

2.2.1 激光焊接相对普通焊接的优势

与普通焊接工艺相比，激光焊接有以下优势。一是焊接速度快。激光焊接比传统焊接技术要快得多，焊接速度最高可达20m/min；二是激光束光斑小。功率密度大，加热范围小，所以焊接速度较快。同时激光焊接是非接触性的，因此它的残余应力比较小，焊接变形程度也较小，这方面因素直接影响焊接质量；三是焊接强度高。比普通焊接要高得多。而且激光焊接热变性较小，相邻的金属不具备机械扭曲功能；四是缩小预留焊接边缘，减少搭接宽度和加强焊接时可能用到的部件，因此可有效节约材料用量，优化完善设计，座椅设计可变得更加柔性化；五是激光束易聚焦，主要通过反射镜或光纤等工具改变光的走向，它的激光束可达性较强，其他焊接不容易接触的工件部位它可以完成焊接；六是激光焊接实际操作时的非接触性有效降低了易损件的更换率和维护次数，不但在很大程度上减少了成本浪费，而且优化焊接效率；七是激光焊接具有熔池净化功能，这种功能可以净化焊缝金属。这样焊缝杂质含量减少，可有效提升焊接质量。

2.2.2 汽车座椅激光焊接的优势

激光焊接工艺经常用于汽车座椅的第二排靠背上，汽车座椅的第二排靠背传统焊接工艺基本集中在金属板材周围分布，促使背板与加强梁焊接后可承受18kN外力的冲撞测试。传统座椅焊接受其工艺要求及工艺参数限制，机器人大概需要2.6s左右的时间焊接一个点。座椅的第二排靠背大概有60～90个焊点，单件制造时间较长。而激光焊接工艺可以大幅度缩短焊接时间。为满足当前高产能需求，传统焊接基本需要投入多个机器人电子点焊站，而现代激光焊接只需要构建一个机器人焊接单元就可以实现，有效节约厂房占地面积和减少机器人电阻点焊工作站所耗用的人力资源。此外，激光焊接结构强度明显要比传统焊接结构强度要好得多。

3 汽车座椅激光焊接工作站的组成部分

3.1 安全房

安全房与焊接工作站类似，可以促使焊接减少环境污染、焊接环境更加安全。

3.2 激光器

当前激光器主要分为两大类：一类是固体激光器，另一类是气体激光器。综合输出光束的质量和功率考虑，气体激光器比固体激光器更具有优势。而国外在大功率固体激光器研制生产上取得了较大进展，最大功率达到 5kW并迅速投进了市场。固体激光焊接不仅促进金属表面吸收，同时还能使用光纤传输，把导光系统简单化，因此固体激光器与气体激光器相比更具优势。

3.3 光导和聚焦系统

光导和聚焦系统主要是由圆偏振镜、反射镜或聚焦镜等部分组成，它们与激光焊接质量密切相关。激光功率较大时，受其影响光学部件会逐渐劣化，甚至导致激光束透过率降低；同时光学部件表面污染将增加传输中能源损耗，最终导致聚焦距离发生变化，直接影响焊接的质量和效果。由此可见，要想保证优质的焊接质量，必须要严格把控光导部件的质量，以及做好焊接过程中维护和监测工作。

3.4 焊接机器人

焊接机器人就是实现光束与工件的相对运动，完成激光焊接。因为焊接机器人有6个自由度，因此可对多个角度进行柔性焊接。

3.5 焊接夹具

焊接夹具可以促使座椅连接件的位置更加精确，还可以有效地防止和矫正部分焊接变形。以往焊接模式模块较多，强度大，但由于焊枪具备可达性的特性，导致局部定位极为受限，进而导致焊后变形难以掌控。激光焊接夹具不用考虑预留较大的焊接空间，可均匀支撑压紧工件，以应对传统焊接无法定位焊接的地方，此时激光焊接存在显著优势。

3.6 控制系统

系统全部选用PLC控制，在悬臂上外置触摸屏，人机交互性好。

3.7 监控系统

激光焊接领域研究过程中，其研究重点就是对激光焊接整个过程监测与控制工作的研究。其监控系统主要是由摄像头、显示器和控制系统等主要部分构成的。再利用工作站内的高速摄像机及外围放置在悬臂上的显示器来进行机器人运动的控制观察，进而监控整个激光焊接过程。

3.8 辅助系统

激光焊接工作站的辅助系统包括排尘装置、PFO固定台和编程工作台等。

结语

综上所述，激光焊接工艺的产生完美地取代了传统点焊、弧焊工艺，促使座椅各部件的焊接工艺得到了很大的提升，随着激光焊接工艺的不断发展及工业自动化程度的逐渐提高，在不久的未来，激光焊接技术会广泛应用于各个领域。

参考文献

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